Отопление, вентиляция, кондиционирование - Heating, ventilation, and air conditioning

Блок HVAC на крыше с видом на отверстие для забора свежего воздуха

Вентиляционный канал с розеткой диффузор вентиляция. Они устанавливаются по всему зданию для перемещения воздуха в помещения и из них.

Схема управления в бытовой установке HVAC. Провода, подключенные к синей клеммной колодке в правом верхнем углу платы, ведут к термостат. Корпус вентилятора находится прямо за платой, а фильтры можно увидеть наверху. Безопасность блокировка переключатель находится внизу слева.

Отопление, вентиляция, кондиционирование (HVAC)^[1] - это технология экологического комфорта в помещениях и на транспорте. Его цель - предоставить тепловой комфорт и приемлемо качество воздуха в помещении. Проектирование систем HVAC - это одна из дисциплин машиностроение, основанный на принципах термодинамика, механика жидкости и теплопередача. "Холодильное оборудование "иногда добавляется к аббревиатуре поля, так как HVAC & R или же HVACR или "вентиляция" опускается, как в HACR (как в обозначении HACR-рейтинга Автоматические выключатели ).

HVAC - важная часть жилых структур, таких как дома на одну семью, многоквартирные дома, отели и жилые помещения для пожилых людей, средние и большие промышленные и офисные здания, такие как небоскребы и больницы, транспортные средства, такие как автомобили, поезда, самолеты, корабли и подводные лодки, а также в морской среде, где безопасно и здоровое здание условия регулируются по температуре и влажности, с использованием свежего воздуха снаружи.

Вентиляция или вентиляция («V» в HVAC) - это процесс обмена или замены воздуха в любом помещении для обеспечения высокого качества воздуха в помещении, который включает контроль температуры, пополнение кислородом и удаление влаги, запахов, дыма, тепла, пыли, переносимых по воздуху бактерий, углерода. диоксид и другие газы. Вентиляция удаляет неприятные запахи и излишнюю влажность, выводит наружный воздух, поддерживает циркуляцию воздуха внутри здания и предотвращает застой внутреннего воздуха.

Под вентиляцией часто понимают намеренную подачу наружного воздуха во внутренние помещения здания. Это один из наиболее важных факторов для поддержания приемлемого качество воздуха в помещении в зданиях. Способы вентиляции здания делятся на механический / принудительный и естественный типы.^[2]

Обзор

Три основные функции отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха взаимосвязаны, особенно с необходимостью обеспечения теплового комфорта и приемлемого качества воздуха в помещении при разумных затратах на установку, эксплуатацию и техническое обслуживание. Системы HVAC могут использоваться как в домашних, так и в коммерческих условиях. Системы HVAC могут обеспечивать вентиляцию и поддерживать соотношение давления между помещениями. Средства доставки и удаления воздуха из помещений известны как распределение воздуха в помещении.^[3]

Индивидуальные системы

В современных зданиях проектирование, монтаж и Системы управления из этих функций интегрированы в одну или несколько систем HVAC. Для очень маленьких зданий подрядчики обычно оценивают мощность и тип необходимой системы, а затем проектируют систему, выбирая соответствующий хладагент и различные необходимые компоненты. Для больших зданий, инженеров-проектировщиков зданий, инженеров-механиков или строительные услуги инженеры анализируют, проектируют и определяют системы HVAC. Затем специализированные механические подрядчики и поставщики производят, устанавливают и вводят в эксплуатацию системы. Разрешения на строительство и проверки оборудования на соответствие нормам обычно требуются для зданий любого размера.

Районные сети

Хотя HVAC выполняется в отдельных зданиях или других закрытых помещениях (например, НОРАД подземный штаб), задействованное оборудование в некоторых случаях является продолжением более крупного районное отопление (DH) или централизованное охлаждение (DC) сеть или комбинированная сеть DHC. В таких случаях аспекты эксплуатации и технического обслуживания упрощаются, и становится необходимым измерение для выставления счетов за потребленную энергию, а в некоторых случаях за энергию, которая возвращается в более крупную систему. Например, в данный момент одно здание может использовать охлажденную воду для кондиционирования воздуха, а теплая вода, которую оно возвращает, может использоваться в другом здании для отопления или для всей отопительной части сети DHC (вероятно, с добавлением энергии для повышения мощности). температура).^[4][5][6]

Основание HVAC на более крупной сети помогает обеспечить экономию масштаба, которая часто невозможна для отдельных зданий, для использования возобновляемых источников энергии, таких как солнечное тепло,^[7][8][9] зимние холода,^[10][11] охлаждающий потенциал в некоторых местах озера или морская вода за свободное охлаждение, и разрешающая функция сезонное хранение тепловой энергии. Использование природных источников, которые могут быть использованы для систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, может иметь огромное значение для окружающей среды и помочь расширить знания об использовании различных методов.

История

HVAC основан на изобретениях и открытиях, сделанных Николай Львов, Майкл Фарадей, Ролла К. Карпентер, Уиллис Кэрриер, Эдвин Рууд, Рубен Трейн, Джеймс Джоуль, Уильям Рэнкин, Сади Карно, и много других.^[12]

Множество изобретений в этот период времени предшествовали созданию первой системы комфортного кондиционирования воздуха, которая была разработана в 1902 году Альфредом Вольфом (Купер, 2003) для Нью-Йоркской фондовой биржи, в то время как Уиллис Кэрриер оснастил Sacketts-Wilhems Printing Company технологией AC. агрегат того же года. Coyne College был первой школой, предлагающей обучение HVAC в 1899 году.^[13]

Изобретение компонентов систем HVAC шло рука об руку с Индустриальная революция компании и изобретатели по всему миру постоянно внедряют новые методы модернизации, повышения эффективности и системного контроля.

Обогрев

Обогреватели - это приборы, предназначенные для выработки тепла (т.е. тепла) для здания. Это можно сделать через центральное отопление. Такая система содержит котел, печь, или же Тепловой насос для нагрева воды, пара или воздуха в центральном месте, например топка в доме или механическая комната в большом здании. Тепло может передаваться конвекция, проводимость, или радиация. Обогреватели используются для обогрева одноместных комнат и состоят только из одного блока.

Поколение

Центральное отопление

Подогреватели существуют для различных видов топлива, в том числе твердое топливо, жидкости, и газы. Другой тип источника тепла - это электричество, обычно нагревательные ленты из проволоки с высоким сопротивлением (см. Нихром ). Этот принцип также используется для обогревателей плинтусов и переносные обогреватели. Электрические нагреватели часто используются в качестве резервного или дополнительного тепла для систем тепловых насосов.

Тепловой насос приобрел популярность в 1950-х годах в Японии и США.^[14] Тепловые насосы могут извлекать тепло из различные источники, например, воздух из окружающей среды, отработанный воздух из здания или с земли. Тепловые насосы передают тепло снаружи конструкции в воздух внутри. Первоначально системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха с тепловым насосом использовались только в умеренном климате, но с улучшением работы при низких температурах и снижением нагрузок за счет более эффективных домов они становятся все более популярными в более прохладных климатических условиях.

Распределение

Вода / пар

В случае нагрева воды или пара для передачи тепла в комнаты используются трубопроводы. Большинство современных водогрейных систем отопления имеют циркуляционный насос, который представляет собой насос для перемещения горячей воды по распределительной системе (в отличие от более старых системы с гравитационным питанием ). Тепло может передаваться в окружающий воздух с помощью радиаторы, змеевики горячей воды (гидро-воздух) или другие теплообменники. Радиаторы можно устанавливать на стенах или в полу для обогрева пола.

Использование воды в качестве теплоносителя известно как гидроника. Нагретая вода может также использоваться во вспомогательном теплообменнике для подачи горячей воды для купания и стирки.

Воздуха

Системы теплого воздуха распределяют нагретый воздух через канальные системы подачи и возврата воздуха через металлические или стеклопластиковые каналы. Во многих системах используются одни и те же воздуховоды для распределения воздуха, охлаждаемого змеевиком испарителя для кондиционирования воздуха. Подача воздуха обычно фильтруется через воздухоочистители для удаления пыли и частиц пыльцы.^{[нужна цитата ]}

Опасности

Использование печей, обогревателей и бойлеров в качестве метода отопления помещений может привести к неполному сгоранию и выделению монооксид углерода, оксиды азота, формальдегид, летучие органические соединения, и другие побочные продукты сгорания. Неполное сгорание происходит при недостатке кислорода; на входе - топливо, содержащее различные загрязнители, а на выходе - вредные побочные продукты, в первую очередь окись углерода, газ без вкуса и запаха, имеющий серьезные неблагоприятные последствия для здоровья.^[15]

Без надлежащей вентиляции окись углерода может быть смертельной при концентрации 1000 ppm (0,1%). Однако при концентрации в несколько сотен частей на миллион угарный газ вызывает головные боли, усталость, тошноту и рвоту. Окись углерода связывается с гемоглобином в крови, образуя карбоксигемоглобин, снижая способность крови переносить кислород. Основными проблемами здоровья, связанными с воздействием окиси углерода, являются его сердечно-сосудистые и нейроповеденческие эффекты. Окись углерода может вызвать атеросклероз (затвердение артерий), а также вызвать сердечные приступы. Неврологически воздействие окиси углерода снижает координацию рук и глаз, бдительность и постоянную работоспособность. Это также может повлиять на временную дискриминацию.^[16]

Вентиляция

Вентиляция - это процесс изменения или замены воздуха в любом помещении для контроля температуры или удаления любой комбинации влаги, запахов, дыма, тепла, пыли, переносимых по воздуху бактерий или двуокиси углерода, а также для пополнения запасов кислорода. Под вентиляцией часто понимают намеренную подачу наружного воздуха в внутреннее пространство здания. Это один из наиболее важных факторов для поддержания приемлемого качества воздуха внутри зданий. Способы вентиляции здания можно разделить на: механический / принудительный и естественный типы.^[17]

Механическая или принудительная вентиляция

Вытяжка вентиляции HVAC для 12-ти этажного дома

Механическая или принудительная вентиляция обеспечивается обработчик воздуха (AHU) и используется для контроля качества воздуха в помещении. Избыток влажность, запахи и загрязнения часто можно контролировать путем разбавления или замены наружным воздухом. Однако во влажном климате требуется больше энергии для удаления лишней влаги из вентиляционного воздуха.

Кухни и ванные комнаты обычно имеют механические вытяжки для контроля запахов, а иногда и влажности. Факторы, влияющие на конструкцию таких систем, включают скорость потока (которая зависит от скорости вращения вентилятора и размера выпускного отверстия) и уровень шума. Прямой привод вентиляторы доступны для многих приложений и могут снизить потребность в техническом обслуживании.

Летом потолок поклонники а настольные / напольные вентиляторы обеспечивают циркуляцию воздуха в помещении с целью снижения воспринимаемой температуры за счет увеличения испарения пота на коже пассажиров. Потому что горячий воздух поднимается, потолочные вентиляторы может использоваться для сохранения тепла в комнате зимой за счет циркуляции теплого стратифицированного воздуха от потолка к полу.

Естественная вентиляция

Вентиляция на нисходящий система, по побуждению, или принцип «пленума», применяется в школах (1899)

Естественная вентиляция - это вентиляция здания наружным воздухом без использования вентиляторов или других механических систем. Это может быть через открывающиеся окна, жалюзи или дренажные отверстия когда пространство маленькое и позволяет архитектура. ASHRAE определил естественную вентиляцию как поток воздуха через открытые окна, двери, решетки и другие запланированные ограждающая конструкция проникновения, и как обусловленные естественными и / или искусственно созданными перепадами давления. ^[2]

В более сложных схемах теплый воздух может подниматься и выходить из высоких проемов зданий наружу (стековый эффект ), в результате чего холодный наружный воздух втягивается в невысокие проемы здания. В схемах естественной вентиляции может потребоваться очень мало энергии, но необходимо соблюдать осторожность, чтобы обеспечить комфорт. В теплом или влажном климате поддержание теплового комфорта только за счет естественной вентиляции может оказаться невозможным. Кондиционер системы используются в качестве резервных копий или дополнений. Со стороны воздуха экономайзеры также используйте наружный воздух для кондиционирования помещений, но при этом используйте вентиляторы, воздуховоды, заслонки и системы управления для подачи и распределения холодного наружного воздуха, когда это необходимо.

Важным компонентом естественной вентиляции является скорость воздухообмена или воздухообмен в час: почасовая норма вентиляции, деленная на объем помещения. Например, шесть замен воздуха в час означает, что количество нового воздуха, равное объему помещения, добавляется каждые десять минут. Для удобства человека типично минимум четыре воздухообмена в час, хотя на складах может быть только два. Слишком высокая скорость воздухообмена может быть неудобной, как и аэродинамическая труба которые имеют тысячи изменений в час. Самые высокие показатели воздухообмена наблюдаются в людных помещениях, барах, ночных клубах, коммерческих кухнях - от 30 до 50 воздухообменов в час.^[18]

Давление в помещении может быть как положительным, так и отрицательным по отношению к внешнему виду помещения. Положительное давление возникает, когда поступает больше воздуха, чем выпускается, и обычно используется для уменьшения проникновения посторонних загрязняющих веществ.^[19]

Заболевания, передающиеся воздушно-капельным путем

Естественная вентиляция - ключевой фактор в сокращении распространения заболеваний, передающихся воздушно-капельным путем, таких как туберкулез, простуда, грипп и менингит. Открытие дверей и окон - хороший способ максимизировать естественную вентиляцию, что значительно снизит риск заражения по воздуху, чем при использовании дорогостоящих и требующих обслуживания механических систем. Старомодные клинические помещения с высокими потолками и большими окнами обеспечивают максимальную защиту. Естественная вентиляция стоит недорого и не требует технического обслуживания и особенно подходит для условий с ограниченными ресурсами и тропическим климатом, где бремя ТБ и передачи ТБ в учреждениях является самым высоким. В условиях, когда респираторная изоляция затруднена и позволяют климатические условия, окна и двери следует открывать, чтобы снизить риск заражения воздушно-капельным путем. Естественная вентиляция требует небольшого ухода и стоит недорого.^[20]

Кондиционер

Система кондиционирования воздуха или автономный кондиционер обеспечивает охлаждение и / или контроль влажности для всего или части здания. Здания с кондиционированием воздуха часто имеют герметичные окна, потому что открытые окна будут работать против системы, предназначенной для поддержания постоянных условий воздуха в помещении. Снаружи свежий воздух обычно втягивается в систему через вентиляционное отверстие в камеру смешивания воздуха для смешивания с возвратным воздухом помещения. Затем смешанный воздух поступает в секцию теплообменника внутреннего или наружного блока, где воздух должен охлаждаться, а затем направляется в пространство, создавая положительное давление воздуха. Процент возвратного воздуха, состоящего из свежего воздуха, обычно можно регулировать, регулируя открытие этого вентиляционного отверстия. Обычно забираемый свежий воздух составляет около 10% от общего приточного воздуха.^{[нужна цитата ]}

Кондиционирование и охлаждение обеспечивается за счет отвода тепла. Тепло можно отвести через радиация, конвекция или проводимость. Среда теплопередачи представляет собой систему охлаждения, такую ​​как вода, воздух, лед, а химические вещества называются хладагенты. Хладагент используется либо в системе теплового насоса, в которой компрессор используется для управления термодинамикой. цикл охлаждения или в системе естественного охлаждения, в которой используются насосы для циркуляции холодного хладагента (обычно воды или смеси гликоля).

Крайне важно, чтобы мощность кондиционера была достаточной для охлаждаемой зоны. Недостаточная мощность системы кондиционирования приведет к потерям энергии и неэффективному использованию. Для любого установленного кондиционера требуется соответствующая мощность в лошадиных силах.

Холодильный цикл

Простая стилизованная схема холодильного цикла: 1)змеевик конденсатора, 2) расширительный клапан, 3) змеевик испарителя, 4) компрессор

Холодильный цикл использует четыре основных элемента для охлаждения: компрессор, конденсатор, измерительное устройство и испаритель.

• На входе в компрессор хладагент внутри системы находится в газообразном состоянии низкого давления, низкой температуры. В компрессор перекачивает газообразный хладагент до высокого давления и температуры.
• Оттуда он поступает в теплообменник (иногда называемый змеевик конденсатора или конденсатор), где он теряет тепло наружу, охлаждается и конденсируется в жидкую фазу.
• An расширительный клапан (также называемое дозирующим устройством) регулирует поток жидкого хладагента с надлежащей скоростью.
• Жидкий хладагент возвращается в другой теплообменник, где ему дают испариться, поэтому теплообменник часто называют теплообменником. испарительный змеевик или испаритель. Когда жидкий хладагент испаряется, он поглощает тепло из внутреннего воздуха, возвращается в компрессор и повторяет цикл. При этом тепло поглощается из помещения и передается на улицу, что приводит к охлаждению здания.

В изменчивом климате система может включать реверсивный клапан который переключается с нагрева зимой на охлаждение летом. Путем изменения направления потока хладагента цикл охлаждения теплового насоса переключается с охлаждения на нагрев или наоборот. Это позволяет нагревать и охлаждать объект с помощью одной единицы оборудования одними и теми же средствами и с одним и тем же оборудованием.

Естественное охлаждение

Системы естественного охлаждения могут иметь очень высокую эффективность и иногда комбинируются с сезонным накоплением тепловой энергии, так что холод зимой можно использовать для кондиционирования воздуха летом. Обычными средами хранения являются глубокие водоносные горизонты или естественный подземный массив горных пород, доступ к которому осуществляется через группу скважин небольшого диаметра, оборудованных теплообменниками. Некоторые системы с небольшими хранилищами представляют собой гибриды, использующие естественное охлаждение в начале сезона охлаждения, а затем применяющие тепловой насос для охлаждения циркуляции, поступающей из хранилища. Тепловой насос добавляется, потому что аккумулятор действует как радиатор когда система находится в режиме охлаждения (в отличие от зарядки), в результате чего температура постепенно повышается в течение сезона охлаждения.

Некоторые системы включают «режим экономайзера», который иногда называют «режимом естественного охлаждения». В режиме экономии система управления откроет (полностью или частично) заслонку наружного воздуха и закроет (полностью или частично) заслонку возвратного воздуха. Это приведет к подаче свежего наружного воздуха в систему. Когда наружный воздух холоднее, чем требуемый холодный воздух, это позволит удовлетворить потребность без использования механического источника охлаждения (обычно охлажденной воды или блока прямого расширения "DX"), тем самым экономя энергию. Система управления может сравнивать температуру наружного воздуха и рециркулирующего воздуха или сравнивать энтальпия воздуха, как это часто бывает в климате, где влажность является более важной проблемой. В обоих случаях внешний воздух должен быть менее энергичным, чем возвратный воздух, чтобы система перешла в режим экономайзера.

Упакованная система против сплит-системы

Центральные системы кондиционирования воздуха (или комплексные системы) с комбинированным наружным конденсатором / испарителем часто устанавливаются в жилых, офисных и общественных зданиях в Северной Америке, но их трудно модернизировать (устанавливать в здании, которое раньше было не предназначен для его приема) из-за требуемых громоздких воздуховодов. (В таких ситуациях используются бесканальные системы Minisplit.) За пределами Северной Америки блочные системы используются только в ограниченных приложениях, включая большие внутренние помещения, такие как стадионы, театры или выставочные залы.

Альтернативой пакетным системам является использование отдельных внутренних и внешних змеевиков в сплит-системы. Сплит-системы являются предпочтительными и широко используются во всем мире, за исключением Северной Америки. В Северной Америке сплит-системы чаще всего используются в жилых помещениях, но они набирают популярность в небольших коммерческих зданиях. Сплит-системы являются отличным выбором для небольших зданий, в которых невозможно использование воздуховодов или где эффективность кондиционирования пространства имеет первостепенное значение.^[21] Преимущества бесканальных систем кондиционирования воздуха включают простоту установки, отсутствие воздуховодов, больший зональный контроль, гибкость управления и бесшумную работу.^[22] При кондиционировании помещения потери в воздуховоде могут составлять 30% потребления энергии.^[23] Использование minisplit может привести к экономии энергии при кондиционировании помещения, поскольку отсутствуют потери, связанные с воздуховодом.

В сплит-системе змеевик испарителя подключается к удаленному конденсаторному блоку с помощью трубопровода хладагента между внутренним и наружным блоками вместо воздуховодов напрямую от наружного блока. Внутренние блоки с направленными вентиляционными отверстиями устанавливаются на стены, подвешиваются к потолку или вписываются в потолок. Другие внутренние блоки устанавливаются внутри полости потолка, так что короткие отрезки воздуховода направляют воздух из внутреннего блока в вентиляционные отверстия или диффузоры по всему помещению.

Сплит-системы более эффективны и занимают меньше места, чем пакетные системы. С другой стороны, пакетные системы, как правило, имеют немного более низкий уровень шума в помещении по сравнению со сплит-системами, поскольку двигатель вентилятора расположен снаружи.

Осушение

Осушение (осушение воздуха) в системе кондиционирования воздуха обеспечивается испарителем. Поскольку испаритель работает при температуре ниже точка росы, влага из воздуха конденсируется на трубках змеевика испарителя. Эта влага собирается на дне испарителя в поддоне и удаляется по трубопроводу в центральный слив или на землю снаружи.

А осушитель представляет собой устройство, похожее на кондиционер, которое регулирует влажность помещения или здания. Его часто используют в подвалах с более высоким относительная влажность из-за их более низкой температуры (и склонности к влажным полам и стенам). На предприятиях розничной торговли продуктами питания большие открытые холодильные шкафы очень эффективно осушают внутренний воздух. И наоборот, увлажнитель увеличивает влажность в здании.

Обслуживание

Все современные системы кондиционирования, даже небольшие оконные блоки, оснащены внутренними воздушными фильтрами. Они, как правило, сделаны из легкого марлевого материала и должны быть заменены или промыты в зависимости от условий. Например, в здании с высокой запыленностью или в доме с пушистыми домашними животными нужно будет менять фильтры чаще, чем в зданиях без этих загрязнений. Невозможность замены этих фильтров по мере необходимости приведет к снижению скорости теплообмена, что приведет к потере энергии, сокращению срока службы оборудования и увеличению счетов за электроэнергию; низкий поток воздуха может привести к обледенению змеевиков испарителя, что может полностью остановить поток воздуха. Кроме того, очень грязные или забитые фильтры могут вызвать перегрев во время цикла нагрева и привести к повреждению системы или даже возгоранию.

Поскольку кондиционер передает тепло между внутренним и наружным змеевиками, оба должны содержаться в чистоте. Это означает, что, помимо замены воздушного фильтра на змеевике испарителя, необходимо также регулярно чистить змеевик конденсатора. Несоблюдение требований по содержанию конденсатора в чистоте в конечном итоге приведет к повреждению компрессора, поскольку змеевик конденсатора отвечает за отвод тепла в помещении (принимаемого испарителем) и тепла, выделяемого электродвигателем, приводящим в движение компрессор.

Энергоэффективность

С 80-х годов прошлого века производители климатического оборудования ^[24] прилагают усилия, чтобы сделать производимые ими системы более эффективными. Первоначально это было вызвано ростом стоимости энергии, а в последнее время - повышением осведомленности об экологических проблемах. Кроме того, повышение эффективности системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха также может помочь улучшить здоровье и производительность труда людей.^[25] В США EPA ввел более жесткие ограничения с годами. Есть несколько способов сделать системы HVAC более эффективными.

Тепловая энергия

В прошлом водяное отопление было более эффективным для отопления зданий и было стандартом в США. Сегодня, принудительный воздух системы могут удваиваться для кондиционирования воздуха и более популярны.

Некоторые преимущества систем принудительной подачи воздуха, которые сейчас широко используются в церквях, школах и элитных жилых домах, заключаются в следующем:

• Лучшие эффекты кондиционирования воздуха
• Экономия энергии до 15-20%
• Даже кондиционирование^{[нужна цитата ]}

Недостатком является стоимость установки, которая может быть немного выше, чем у традиционных систем HVAC.

Энергоэффективность систем центрального отопления можно повысить еще больше, если ввести зонированное отопление. Это позволяет более равномерно подавать тепло, как в системах нецентрального отопления. Зоны контролируются несколькими термостатами. В системах водяного отопления термостаты управляют зонные клапаны, а в системах приточного воздуха они управляют демпферы зоны внутри вентиляционных отверстий, выборочно блокирующих поток воздуха. В этом случае система управления очень важна для поддержания надлежащей температуры.

Прогнозирование это еще один метод управления отоплением здания путем расчета потребности в тепловой энергии, которая должна подаваться в здание в каждую единицу времени.

Тепловой насос наземного источника

Наземные тепловые насосы, или геотермальные, похожи на обычные тепловые насосы, но вместо передачи тепла наружному воздуху или от него они полагаются на стабильную, равномерную температуру земли для обеспечения отопления и кондиционирования воздуха. Во многих регионах наблюдаются сезонные экстремальные температуры, поэтому для обогрева или охлаждения зданий потребуется мощное отопительное и охлаждающее оборудование. Например, обычная система теплового насоса, используемая для обогрева здания в районе Монтаны -57.° C (−70 ° F ) низкой температуры или охладите здание до самой высокой температуры, когда-либо зарегистрированной в США - 57 ° C (134 ° F) в Долина Смерти, Калифорния, в 1913 году потребовалось бы большое количество энергии из-за огромной разницы между внутренней и внешней температурами воздуха. Однако на метр ниже поверхности земли температура земли остается относительно постоянной. Используя этот большой источник земли с относительно умеренной температурой, мощность системы отопления или охлаждения часто может быть значительно снижена. Хотя температура земли варьируется в зависимости от широты, на глубине 1,8 метра (6 футов) под землей температура обычно колеблется только от 7 до 24 ° C (от 45 до 75 ° F).

Рекуперация энергии вентиляции

Восстановление энергии системы иногда используют вентиляция с рекуперацией тепла или же вентиляция с рекуперацией энергии системы, которые используют теплообменники или же энтальпийные колеса восстановить разумный или же скрытая теплота от отработанного воздуха. Это достигается за счет передачи энергии поступающему снаружи свежему воздуху.

Энергия кондиционирования

Производительность парокомпрессионных холодильных циклов ограничена термодинамика.^[26] Эти устройства для кондиционирования воздуха и теплового насоса двигаться нагревать, а не преобразовывать его из одной формы в другую, поэтому тепловая эффективность не описывают надлежащим образом характеристики этих устройств. Коэффициент производительности (COP) измеряет производительность, но этот безразмерный показатель не был принят. Вместо этого коэффициент энергоэффективности (EER) традиционно использовался для характеристики производительности многих систем HVAC. EER - это коэффициент энергоэффективности, основанный на температуре наружного воздуха 35 ° C (95 ° F). Для более точного описания производительности оборудования для кондиционирования воздуха в течение типичного сезона охлаждения используется модифицированная версия EER, сезонного коэффициента энергоэффективности (ВИДЯЩИЙ), или в Европе ESEER, используется. Рейтинги SEER основаны на средних сезонных температурах, а не на постоянной температуре наружного воздуха 35 ° C (95 ° F). Текущий минимальный отраслевой рейтинг SEER составляет 14 SEER.^[27]Инженеры указали на некоторые области, в которых можно повысить эффективность существующего оборудования. Например, лопасти вентилятора, используемые для перемещения воздуха, обычно штампуются из листового металла, что является экономичным методом производства, но в результате они не являются аэродинамически эффективными. Хорошо спроектированное лезвие могло снизить электрическую мощность, необходимую для перемещения воздуха на треть.^[28]

Регулируемая вентиляция кухни

Автоматическая вентиляция кухни (DCKV) - это подход к управлению зданием, позволяющий регулировать объем вытяжного и приточного воздуха с кухни в ответ на фактическую нагрузку на готовку на коммерческой кухне. Традиционные коммерческие кухонные системы вентиляции работают со 100% скоростью вращения вентилятора независимо от объема приготовления пищи, и технология DCKV меняет, чтобы обеспечить значительную экономию энергии вентилятора и кондиционированного воздуха. Используя интеллектуальную сенсорную технологию, можно управлять вытяжными и приточными вентиляторами, чтобы извлечь выгоду из законы сродства для экономии энергии двигателя, снижения энергии нагрева и охлаждения подпиточного воздуха, повышения безопасности и снижения уровня шума на кухне.^[29]

Фильтрация и очистка воздуха

Установка кондиционирования воздуха, используется для нагрева, охлаждения и фильтрации воздуха

Очистка и фильтрация воздуха удаляет из воздуха частицы, загрязнения, пары и газы. Затем фильтрованный и очищенный воздух используется в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. При защите окружающей среды в зданиях необходимо учитывать очистку и фильтрацию воздуха.^[30]

Скорость подачи чистого воздуха и эффективность фильтра

Скорость подачи чистого воздуха - это количество чистого воздуха, которое воздухоочиститель подает в комнату или пространство. При определении CADR учитывается количество воздушного потока в помещении. Например, воздухоочиститель с расходом 30 кубических метров (1000 куб футов) в минуту и ​​эффективностью 50% имеет CADR 15 кубических метров (500 куб футов) в минуту. Наряду с CADR, эффективность фильтрации очень важна, когда речь идет о воздухе в наших помещениях. Характеристики фильтра зависят от размера частицы или волокна, плотности и глубины упаковки фильтра, а также скорости воздушного потока.^[30]

Промышленность и стандарты HVAC

Отрасль HVAC - это всемирное предприятие, в обязанности которого входит эксплуатация и техническое обслуживание, проектирование и строительство систем, производство и продажа оборудования, а также образование и исследования. Исторически отрасль HVAC регулировалась производителями оборудования HVAC, но регулирующие организации и организации по стандартизации, такие как HARDI, ASHRAE, SMACNA, ACCA, Единый механический код, Международный механический кодекс, и AMCA были созданы для поддержки отрасли и поощрения высоких стандартов и достижений.

Отправная точка при выполнении сметы как для охлаждения, так и для обогрева зависит от внешнего климата и заданных внутренних условий. Однако, прежде чем приступить к расчету тепловой нагрузки, необходимо подробно определить требования к свежему воздуху для каждой зоны, так как герметизация это важное соображение.

Международный

ISO 16813: 2006 год - один из ISO стандарты строительной среды.^[31] Он устанавливает общие принципы проектирования среды здания. Он учитывает необходимость обеспечения здоровой окружающей среды в помещении для жителей, а также необходимость защиты окружающей среды для будущих поколений и содействия сотрудничеству между различными сторонами, участвующими в экологическом проектировании зданий в целях обеспечения устойчивости. ISO16813 применим к новому строительству и модернизации существующих зданий.^[32]

Стандарт экологического проектирования зданий направлен на:^[32]

• обеспечить ограничения, касающиеся вопросов устойчивости, с начальной стадии процесса проектирования, с учетом жизненного цикла здания и завода, который следует рассматривать вместе с собственными и эксплуатационными расходами с самого начала процесса проектирования;
• оценить предложенный проект с помощью рациональных критериев качества воздуха в помещении, теплового комфорта, акустического комфорта, визуального комфорта, энергоэффективности и средств управления системами HVAC на каждом этапе процесса проектирования;
• повторять решения и оценки дизайна на протяжении всего процесса проектирования.

Северная Америка

Соединенные Штаты

В Соединенных Штатах инженеры HVAC обычно являются членами Американского общества инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха (ASHRAE ), EPA Universal CFC сертифицирован (для установки и обслуживания устройств CFC HVAC) или сертифицирован местным инженером, например, специальная лицензия для главного бойлера, выданная государством или, в некоторых юрисдикциях, городом. ASHRAE - это международное техническое общество для всех людей и организаций, заинтересованных в HVAC. Общество, разделенное на регионы, отделения и студенческие отделения, позволяет обмениваться знаниями и опытом в области HVAC на благо специалистов-практиков и общественности. ASHRAE предоставляет множество возможностей для участия в развитии новых знаний, например, посредством исследований и многочисленных технических комитетов. Эти комитеты обычно встречаются дважды в год на ежегодных и зимних собраниях ASHRAE. Популярная выставка продуктов, AHR Expo, проводилась в связи с каждой зимней встречей ASHRAE. Общество насчитывает около 50 000 членов и имеет штаб-квартиру в г. Атланта, Джорджия.

Наиболее признанные стандарты проектирования систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха основаны на данных ASHRAE. The four volumes of most popular ASHRAE Handbooks are Fundamentals, Refrigeration, HVAC Applications and HVAC Systems and Equipment. The current versions of the four handbooks are shown below:^[33]

• 2020 ASHRAE Handbook—HVAC Systems and Equipment
• 2019 ASHRAE Handbook—HVAC Applications
• 2018 ASHRAE Handbook—Refrigeration
• 2017 ASHRAE Handbook—Fundamentals

Each volume of the ASHRAE Handbook is updated every four years. The Fundamentals Handbook includes heating and cooling calculations. The design professional must consult ASHRAE data for the standards of design and care as the typical building codes provide little to no information on HVAC design practices; codes such as the UMC and IMC do include much detail on installation requirements, however. Other useful reference materials include items from SMACNA, ACGIH, and technical trade journals.

American design standards are legislated in the Единый механический код or International Mechanical Code. In certain states, counties, or cities, either of these codes may be adopted and amended via various legislative processes. These codes are updated and published by the International Association of Plumbing and Mechanical Officials (МАПМО ) or the International Code Council (ICC ) respectively, on a 3-year code development cycle. Typically, local building permit departments are charged with enforcement of these standards on private and certain public properties=.

HVAC Technician

An HVAC technician это торговец who specializes in heating, ventilation, air conditioning, and refrigeration. HVAC technicians in the US can receive training through formal training institutions, where most earn ассоциированные степени. Training for HVAC technicians includes classroom lectures and hands-on tasks, and can be followed by an apprenticeship wherein the recent graduate works alongside a professional HVAC technician for a temporary period.^{[нужна цитата ]} HVAC techs who have been trained can also be certified in areas such as air conditioning, heat pumps, gas heating, and commercial refrigeration.^[34]

Европа

объединенное Королевство

В Сертифицированный институт инженеров по обслуживанию зданий is a body that covers the essential Сервис (системная архитектура) that allow buildings to operate. It includes the electrotechnical, обогрев, ventilating, air conditioning, refrigeration and сантехника отрасли. К тренироваться как building services engineer, то академический requirements are GCSEs (A-C) / Standard Grades (1-3) in Maths and Science, which are important in measurements, planning and theory. Employers will often want a степень in a branch of engineering, such as building environment инженерное дело, electrical engineering or mechanical engineering. To become a full member of CIBSE, and so also to be registered by the Инженерный совет Великобритании as a chartered engineer, engineers must also attain an Honours Degree and a master's degree in a relevant engineering subject.^{[нужна цитата ]}CIBSE publishes several guides to HVAC design relevant to the UK market, and also the Republic of Ireland, Australia, New Zealand and Hong Kong. These guides include various recommended design criteria and standards, some of which are cited within the UK building regulations, and therefore form a legislative requirement for major building services works. The main guides are:

• Guide A: Environmental Design
• Guide B: Heating, Ventilating, Air Conditioning and Refrigeration
• Guide C: Reference Data
• Guide D: Transportation systems in Buildings
• Guide E: Fire Safety Engineering
• Guide F: Energy Efficiency in Buildings
• Guide G: Public Health Engineering
• Guide H: Building Control Systems
• Guide J: Weather, Solar and Illuminance Data
• Guide K: Electricity in Buildings
• Guide L: Sustainability
• Guide M: Maintenance Engineering and Management

В рамках строительство sector, it is the job of the building services engineer to дизайн and oversee the installation and maintenance of the essential services such as gas, электричество, water, heating and освещение, а также многие другие. These all help to make buildings comfortable and healthy places to live and work in. Building Services is part of a sector that has over 51,000 businesses and employs represents 2%-3% of the ВВП.

Австралия

The Air Conditioning and Mechanical Contractors Association of Australia (AMCA), Australian Institute of Refrigeration, Air Conditioning and Heating (AIRAH), Australian Refrigeration Mechanical Association and CIBSE are responsible.

Азия

Asian architectural temperature-control have different priorities than European methods. For example, Asian heating traditionally focuses on maintaining temperatures of objects such as the floor or furnishings such as Котацу tables and directly warming people, as opposed to the Western focus, in modern periods, on designing air systems.

Филиппины

The Philippine Society of Ventilating, Air Conditioning and Refrigerating Engineers (PSVARE) along with Philippine Society of Mechanical Engineers (PSME) govern on the codes and standards for HVAC / MVAC (MVAC means "mechanical ventilation and air conditioning") in the Philippines.

Индия

The Indian Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers (ISHRAE) was established to promote the HVAC industry in India. ISHRAE is an associate of ASHRAE. ISHRAE was started at Дели in 1981 and a chapter was started in Bangalore in 1989. Between 1989 & 1993, ISHRAE chapters were formed in all major cities in India.^{[нужна цитата ]}

Смотрите также

Рекомендации

дальнейшее чтение

• Mechanical system (building service) на Британская энциклопедия
• Международный механический кодекс (2012 (Second Printing)) by the International Code Council, Thomson Delmar Learning.
• Modern Refrigeration and Air Conditioning (August 2003) by Althouse, Turnquist, and Bracciano, Goodheart-Wilcox Publisher; 18th edition.
• The Cost of Cool.

внешняя ссылка

• СМИ, связанные с Климат-контроль в Wikimedia Commons