Распределение воздуха под полом - Underfloor air distribution
Распределение воздуха под полом (UFAD) - это стратегия распределения воздуха для обеспечения вентиляция и кондиционирование помещений в здания как часть дизайна HVAC система. В системах UFAD используется подводка для пола. пленум расположен между конструкционной бетонной плитой и фальшпол система подачи кондиционированного воздуха через пол диффузоры прямо в жилую зону здания. Системы UFAD аналогичны обычным воздушным системам (OH) с точки зрения типов оборудования, используемого на холодильных и отопительных установках и первичных приточно-вытяжные установки (AHU).[1] Ключевые отличия заключаются в использовании напольной приточной камеры, более высокой температуре приточного воздуха, локальном распределении воздуха (с индивидуальным управлением или без него) и термической стратификации.[2] Термическое расслоение - одна из отличительных характеристик систем UFAD, которая позволяет устанавливать более высокие уставки термостата по сравнению с традиционными системами с верхним теплом (OH). УФАД охлаждающая нагрузка профиль отличается от традиционной системы OH из-за воздействия фальшпол, в частности, UFAD может иметь более высокую пиковую охлаждающую нагрузку, чем системы OH. Это связано с тем, что тепло поступает от проходок и щелей внутри самой конструкции.[3] UFAD имеет несколько потенциальных преимуществ перед традиционными накладными системами, в том числе гибкость компоновки, улучшенная тепловой комфорт и эффективность вентиляции,[4] снижение энергопотребления в подходящем климате и снижение затрат на жизненный цикл. UFAD часто используется в офисные здания, особенно сильно реконфигурируемые офисы открытой планировки, где фальшполы желательны для управления кабелем. UFAD подходит для ряда различных типов зданий, включая коммерческие, школы, церкви, аэропорты, музеи, библиотеки и т. Д.[5] Известные здания, использующие систему UFAD в Северной Америке, включают Здание Нью-Йорк Таймс, Башня Банка Америки и Федеральное здание Сан-Франциско. На этапе строительства систем UFAD необходимо тщательно продумать, чтобы обеспечить хорошую герметичность камеры статического давления во избежание утечки воздуха в камерах подачи UFAD.
Описание системы
Системы UFAD полагаются на приточно-вытяжные установки для фильтрации и кондиционирования воздуха до соответствующих условий подачи, чтобы его можно было доставить в рабочую зону. В то время как в накладных системах обычно используется каналы для распределения воздуха системы UFAD используют напольную камеру статического давления, образованную путем установки фальшпол. Пленум обычно составляет 0,3 и 0,46 метры (12 и 18в ) над конструкционной бетонной плитой, хотя возможна меньшая высота.[6][7] Специально разработанный пол диффузоры используются как точки подачи.[8] Наиболее распространенная конфигурация UFAD состоит из центральной установки кондиционирования воздуха, подающей воздух через камеру повышенного давления в пространство через напольные диффузоры. Другие подходы могут включать питание от вентилятора оконечные устройства на выходах, каналах под полом, вентиляционных отверстиях рабочего стола или подключениях к Персональные системы экологического контроля.[9]
Распределение и стратификация воздуха UFAD
Термическая стратификация - это результат процессов, которые создают слой внутреннего воздуха в соответствии с относительной плотностью. Образовавшаяся воздушная прослойка представляет собой вертикальный градиент с более холодным воздухом высокой плотности внизу и более теплым воздухом низкой плотности вверху.[10] Из-за естественного конвективного движения воздуха стратификация используется преимущественно в условиях охлаждения.[10]
Системы UFAD используют естественное расслоение, которое возникает, когда теплый воздух поднимается из-за тепловая плавучесть. В конструкции UFAD кондиционированный воздух остается в нижней, занятой части комнаты, в то время как источники тепла, такие как люди и оборудование, генерируют тепловые шлейфы, которые переносят теплый воздух и загрязняющие вещества, образующиеся от источников тепла, в потолок где они выбрасываются через возвратные воздуховоды.[9] Температурное расслоение, создаваемое системой UFAD, влияет на заданные значения пространства. Большая часть тела человека находится в зоне, которая холоднее, чем температура на высоте термостата; поэтому текущая практика рекомендует увеличить уставки термостата по сравнению с традиционными потолочными системами. Оптимальная стратегия вентиляции контролирует приточные отверстия, чтобы ограничить смешивание приточного воздуха с комнатным воздухом до уровня чуть ниже высоты дыхания помещения. Выше этой высоты допускается наличие слоистого и более загрязненного воздуха. Воздух, которым дышит пассажир, будет иметь более низкую концентрацию загрязняющих веществ по сравнению с обычными системами с однородным смешиванием.[9]
Теоретическое поведение систем UFAD основано на теории факела для Системы DV. По сравнению с классическими вытяжными системами вентиляции (ДВ) [10] которые подают воздух с низкими скоростями, типичные системы UFAD подают воздух через напольные диффузоры с более высокими скоростями приточного воздуха. Помимо увеличения количества смешивания (и, следовательно, потенциального снижения производительности вентиляции по сравнению с системами DV), эти более мощные условия приточного воздуха могут иметь значительное влияние на стратификацию воздуха в помещении и тепловой комфорт в зоне пребывания. Следовательно, контроль и оптимизация этой стратификации имеют решающее значение для проектирования и определения размеров системы, энергоэффективной работы и комфортных характеристик систем UFAD.[11]
Многие факторы, включая высоту потолка, характеристики диффузора, количество диффузоров, температуру приточного воздуха, общий расход, охлаждающую нагрузку и режим кондиционирования, влияют на эффективность вентиляции систем UFAD.[12] Было показано, что вихревые диффузоры и диффузоры из перфорированных панелей пола создают низкую скорость воздуха в рабочей зоне, в то время как линейные диффузоры создают самую высокую скорость в рабочей зоне, нарушая тепловую стратификацию и создавая потенциальную опасность сквозняков.[12] Кроме того, напольные диффузоры добавляют элемент личного контроля в пределах досягаемости пассажира, так как пользователи могут регулировать количество воздуха, подаваемого диффузором, вращая верхнюю часть диффузора.
Характеристики применения
Охлаждающая нагрузка UFAD
Профили охлаждающей нагрузки для систем UFAD и подвесных систем различны,[13] в основном из-за эффекта аккумулирования тепла более легких панелей фальшпола по сравнению с более тяжелой массой несущих плит перекрытий. Простое присутствие фальшпола снижает способность плиты накапливать тепло, тем самым создавая для системы с фальшполом более высокие пиковые нагрузки охлаждения по сравнению с системой без фальшпола. В системе OH, особенно в зонах периметра, часть поступающего солнечного тепла накапливается в плите пола в течение дня, что снижает пиковые нагрузки на охлаждение в зоне, и выделяется ночью, когда система выключена. В системе UFAD наличие фальшпола превращает поглощающую солнечную энергию массивную плиту пола в более легкий материал, что приводит к относительно более высоким пиковым нагрузкам охлаждения в зоне.[5] Исследование моделирования, основанное на моделировании EnergyPlus, показало, что, как правило, пиковая охлаждающая нагрузка UFAD на 19% выше, чем охлаждающая нагрузка верхнего продукта, и 22% и 37% общей охлаждающей нагрузки UFAD в зоне идет на приточную камеру по периметру и внутри, соответственно.[14]
Центр искусственной среды разработал новый индекс коэффициента охлаждающей нагрузки UFAD (UCLR), который определяется отношением пиковой охлаждающей нагрузки, рассчитанной для UFAD, к пиковой охлаждающей нагрузке, рассчитанной для хорошо перемешанной системы, для расчета охлаждающей нагрузки UFAD. для каждой зоны с традиционной пиковой нагрузкой охлаждения воздушной (хорошо перемешанной) системы. UCLR определяется типом зоны, уровнем пола и ориентацией зоны. Фракция нагнетательной камеры (SPF), фракция зоны (ZF) и фракция возвратной камеры (RPF) разработаны аналогично для расчета охлаждающей нагрузки нагнетательной камеры, зоны и обратной камеры.[13]
Инструменты проектирования UFAD для требований зонного воздушного потока
Существует два доступных инструмента проектирования для определения требований к скорости воздушного потока в зоне для системы UFAD, один разработан в Университет Пердью как часть ASHRAE Исследовательский проект (RP-1522).[15] Другой разработан в Центр искусственной среды (CBE) в Калифорнийский университет в Беркли.
Исследовательский проект ASHRAE (RP-1522) разработал упрощенный инструмент, который прогнозирует вертикальную разницу температур между головой и лодыжкой пассажиров, скорость потока приточного воздуха для одной зоны нагнетания, количество диффузоров и эффективность распределения воздуха. Инструмент требует, чтобы пользователи указали охлаждающую нагрузку зоны и долю охлаждающей нагрузки, назначенную подпольной камере статического давления. Это также требует, чтобы пользователи вводили температуру приточного воздуха либо в диффузоре, либо в воздуховоде, но с отношением расхода в камере статического давления к расходу приточного воздуха по зонам. Инструмент позволяет пользователям выбирать из трех типов диффузоров и применим к семи типам зданий, включая офис, учебный класс, мастерскую, ресторан, розничный магазин, конференц-зал и аудиторию.[9][16]
Инструмент проектирования CBE UFAD, основанный на обширных исследованиях, может прогнозировать охлаждающую нагрузку для системы UFAD с вводом расчетной охлаждающей нагрузки, рассчитанной для того же здания с подвесной системой. Он также прогнозирует скорость воздушного потока, стратификацию температуры в помещении и прирост температуры в камере для внутренних и внешних зон типичных многоэтажных офисных зданий с использованием системы UFAD. Инструмент CBE позволяет пользователю выбирать из четырех различных конфигураций пленума (серия, обратная серия, независимая и общая) и трех напольных диффузоров (вихревой, квадратный и линейный решетчатый). Онлайн-версия средства дизайна общедоступна по адресу Центр искусственной среды.
Повышение температуры приточного воздуха
Повышение температуры приточного воздуха в камере статического давления - это увеличение количества кондиционированного воздуха из-за конвективного притока тепла, когда он проходит через приточную камеру под полом от входа в камеру статического давления к напольным диффузорам.[17] Это явление также называют термическим распадом. Повышение температуры приточного воздуха вызвано тем, что холодный приточный воздух контактирует с более теплой, чем воздух, бетонной плитой и фальшполом. Согласно исследованию моделирования, повышение температуры воздуха может быть довольно значительным (до 5 ° C или 9 ° F), и впоследствии, по сравнению с идеализированным смоделированным случаем UFAD без повышения температуры воздуха, повышенная температура воздуха в диффузоре может привести к увеличению подачи скорость воздушного потока и повышенное потребление энергии вентиляторами и охладителями. То же исследование показало, что повышение температуры воздуха летом выше, чем зимой, а также зависит от климата.[17] Первый этаж с перекрытием на уровне земли имеет меньшее повышение температуры по сравнению со средним и верхним этажами, а повышение температуры приточного воздуха вызывает снижение повышения температуры. На повышение температуры существенно не влияют ориентация зоны периметра, внутреннее тепловыделение и соотношение окна к стене.[17] Таким образом, повышение температуры приточного воздуха влияет на потенциал энергосбережения систем UFAD и их способность удовлетворять потребности в охлаждении при температурах приточного воздуха выше, чем у обычных подвесных систем. Текущие исследования показывают, что как энергетические, так и тепловые характеристики систем UFAD можно улучшить, направив воздух в зоны периметра, где нагрузки, как правило, являются наибольшими.[17] Критики, однако, предполагают, что такие напольные воздуховоды уменьшают преимущество наличия статического пространства низкого давления, а также усложняют конструкцию и установку при установке воздуховодов между пьедесталами напольной плитки.
Утечка воздуха в пленумах UFAD
Утечка в камерах подачи UFAD может быть основной причиной неэффективности системы UFAD. Есть два типа утечки - утечка в пространство и утечка в пути, которые обходят пространство. Утечка первой категории не приводит к потере энергии, поскольку воздух попадает в зону, которую он должен охлаждать. Вторая категория утечки увеличивает энергию вентилятора, чтобы поддерживать постоянное давление в камере, что приводит к увеличению потребления энергии. На этапе строительства систем UFAD необходимо уделить особое внимание, чтобы обеспечить хорошую герметичность камеры.[9]
УФАД и энергия
Энергетическая оценка систем UFAD - это не полностью решенная проблема, что привело к многочисленным исследовательским проектам в сообществе специалистов по строительству и машиностроению. Сторонники UFAD указывают на более низкое давление вентилятора, необходимое для подачи воздуха в здание через камеру статического давления по сравнению со сквозными воздуховодами. Типичное давление в камере составляет 25 паскали (0.0036 psi ) (0,1 дюйма водяного столба) или меньше.[9] Повышение эффективности системы охлаждения, присущее работе при более высоких температурах, позволяет экономить энергию, а относительно более высокие температуры приточного воздуха позволяют более длительные периоды эксплуатации. экономайзер операция. Однако стратегия экономайзера очень климат -зависимы и требует тщательного контроля влажность избежать конденсация.[9] Критики, с другой стороны, ссылаются на нехватку тщательных исследований и испытаний для учета изменений климата, конструкции системы, теплового комфорта и качества воздуха, чтобы сомневаться в том, может ли UFAD обеспечить повышение энергоэффективности на практике. Ограниченные инструменты моделирования, нехватка стандартов проектирования и относительно небольшое количество образцовых проектов усугубляют эти проблемы.[18][19]
Приложения
Распределение воздуха под полом часто используется в офисные здания, особенно сильно реконфигурируемые офисы открытой планировки, где фальшполы желательны для управления кабелем. UFAD также распространен в командные центры, ЭТО дата-центры и Серверные комнаты которые имеют большие охлаждающие нагрузки от электронного оборудования и требования к прокладке кабелей питания и данных. В ASHRAE В Руководстве по проектированию распределения воздуха под полом рекомендуется, чтобы любое здание, фальшпол для кабельной разводки следует рассмотреть UFAD.[9]
При использовании систем УФАД в лабораториях следует учитывать особые требования к пространству из-за критических требований к герметичности помещения и потенциальной миграции химикатов в пленум пола доступа из-за утечки. Системы UFAD не рекомендуются в некоторых конкретных помещениях или пространствах, таких как небольшие нежилые здания, влажные помещения, такие как туалеты и бассейны, кухни и обеденные зоны, а также спортзалы, потому что UFAD может привести к особенно сложным или дорогостоящим проектированию. Системы UFAD также могут использоваться с другими системами HVAC, такими как вытесняющая вентиляция, системы распределения воздуха над головой, лучистые потолки или системы с охлаждающими балками для повышения производительности.[9]
UFAD по сравнению с другими системами распределения
Накладные расходы (смешивание)
Общепринятый подвесные смесительные системы Обычно приточный и возвратный воздуховоды располагаются на уровне потолка. Приточный воздух подается со скоростью, превышающей обычно приемлемую для человеческого комфорта, а температура воздуха может быть ниже, выше или равна желаемой температуре в помещении в зависимости от нагрузки охлаждения / обогрева. Поступающий приточный воздух из высокоскоростных турбулентных воздушных струй смешивается с воздухом помещения.
Хорошо спроектированные системы UFAD имеют несколько потенциальных преимуществ по сравнению с традиционными потолочными системами, такими как гибкость компоновки, улучшенный тепловой комфорт, улучшенная эффективность вентиляции и качество воздуха в помещении, повышенная энергоэффективность в подходящих климатических условиях и снижение затрат на срок службы.[17][20]
Вытесняющая вентиляция
Вытесняющая вентиляция системы (DV) работают по тем же принципам, что и системы UFAD. Системы DV подают холодный воздух в кондиционируемое пространство на уровне пола или около него, а возвратный воздух - на уровне потолка. Это работает за счет использования естественного плавучесть теплого воздуха и тепловых шлейфов, создаваемых источниками тепла, поскольку более прохладный воздух доставляется с более низких высот. В то же время UFAD имеет тенденцию поощрять большее перемешивание в рабочей зоне и обеспечивать локальную подачу воздуха, что позволяет ему увеличивать движение воздуха в пространстве и предотвращать ощущение застойного воздуха, часто связанного с плохим качеством воздуха. Основные практические отличия заключаются в том, что в UFAD воздух подается с более высокой скоростью через выпускные отверстия меньшего размера, чем в DV, а выпускные отверстия обычно контролируются людьми.[9]
Список известных зданий, использующих системы UFAD
Рекомендации
- ^ Bauman, Fred S .; Дейли, Аллан (2003). Руководство по проектированию системы распределения воздуха под полом (UFAD). Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха. ISBN 978-1-931862-21-9. OCLC 54615153.
- ^ Бауман, Фред; Вебстер, Т. (2001). «Перспективы распределения воздуха под полом». Журнал ASHRAE. 43 (6): 18–27.
- ^ Бауман, Фред; Вебстер, Том; Цзинь, Хуэй (2006). «Рекомендации по проектированию пленумов под полом». Отопление / трубопроводы / кондиционирование воздуха. 78: 28–30, 32–34.
- ^ Фолкнер, Дэвид; Фиск, Уильям Дж .; Салливан, Дуглас П. (1995). «Внутренний воздушный поток и удаление загрязняющих веществ в помещении с напольной вентиляцией: результаты дополнительных экспериментов». Строительство и окружающая среда. 30 (3): 323–332. Дои:10.1016 / 0360-1323 (94) 00051-S.
- ^ а б Группа технических ресурсов ASHRAE по проектированию подпольных воздуховодов (2013). РУКОВОДСТВО UFAD Проектирование, строительство и эксплуатация систем распределения воздуха под полом. В. Стивен Комсток. ISBN 978-1-936504-49-7.
- ^ Hanzawa, H .; Хигучи, М. (1996), "Распределение воздушного потока в напольной распределительной камере малой высоты системы кондиционирования воздуха", Журнал технологий и дизайна AIJ, 3: 200–205, Дои:10.3130 / aijt.2.200
- ^ Бауман, Фред; Пекора, Паоло; Вебстер, Том (1999), Как низко ты можешь пасть? Эффективность воздушного потока в подпольных камерах небольшой высоты, Центр искусственной среды, Калифорнийский университет в Беркли
- ^ Бауман, Фред. «Диффузоры УФАД». Центр искусственной среды Калифорнийского университета в Беркли.
- ^ а б c d е ж грамм час я j Бауман, Фред; Дейли, Аллан (2003), «Руководство по проектированию распределения воздуха под полом», ASHRAE
- ^ а б c Нильсен, П. В. (1996), "Вытесняющая вентиляция - теория и дизайн", U, Департамент строительных технологий и структурной инженерии, Ольборгский университет, U9513, ISSN 0902-8005
- ^ Webster, T .; Бауман, Фред; Риз, Дж. (2002). «Распределение воздуха под полом: термическое расслоение». Журнал ASHRAE. 44 (5).
- ^ а б Lee, K.S .; Цзян, З .; Чен, Q. (2009), "Эффективность распределения воздуха при стратифицированном распределении воздуха", Транзакции ASHRAE, 115 (2)
- ^ а б Скьявон, Стефано; Ли, Кван Хо; Бауман, Фред; Вебстер, Том (февраль – март 2011 г.). «Упрощенный метод расчета расчетных охлаждающих нагрузок в системах распределения воздуха под полом (UFAD)». Энергия и здания. 43 (2–3): 517–528. Дои:10.1016 / j.enbuild.2010.10.017.
- ^ Скьявон, Стефано; Ли, Кван Хо; Бауман, Фред; Вебстер, Том (2011), «Упрощенный метод расчета расчетных охлаждающих нагрузок в системах распределения воздуха под полом (UFAD)», Энергия и здания, 43 (2): 517–528, Дои:10.1016 / j.enbuild.2010.10.017
- ^ Ли, Кисуп; Сюэ, Гуанцин (июнь 2012 г.). «Установление процедур проектирования для прогнозирования требований к воздушному потоку в помещениях с частично смешанными системами распределения воздуха». Отчет об исследовательском проекте ASHRAE RP-1522.
- ^ Сюэ, Гуанцин; Ли, Кисуп; Цзян, Чжэн; Чен, Цинянь (2012). «Тепловая среда в помещениях с подпольными системами воздухораспределения: Часть 2. Определение проектных параметров (1522-РП)». HVAC & R Исследования. 18:6: 1192–1201. Дои:10.1080/10789669.2012.710058 (неактивно 10.09.2020).CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на сентябрь 2020 г. (связь)
- ^ а б c d е Кван Хо, Ли; Стефано Скьявон; Фред Бауман; Том Вебстер (2012). «Термический распад в системах распределения воздуха под полом (UFAD): основы и влияние на производительность системы». Прикладная энергия. 91 (1): 197–207. Дои:10.1016 / j.apenergy.2011.09.011.
- ^ Лерер, Дэвид; и другие. (2003), Реальность новые результаты исследования систем распределения воздуха под полом., Центр искусственной среды, Калифорнийский университет в Беркли, стр. 6, получено 2011-11-29
- ^ Вудс, Джеймс (2004), «Что реальный опыт говорит нам об альтернативе UFAD», Журнал ASHRAE, получено 2011-11-29
- ^ «Обзор технологии UFAD». Центр искусственной среды. Получено 27 ноя 2013.
внешняя ссылка
- Слайды семинара Центра искусственной среды об UFAD.
- Центр искусственной среды (CBE), Калифорнийский университет, Беркли. http://www.cbe.berkeley.edu/
Профессиональные и торговые группы, которые обеспечивают финансирование исследований и публикуют стандарты или руководства по системам UFAD, включают:
- Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха, (ASHRAE) http://www.ashrae.org/
- Институт технологий кондиционирования и охлаждения (ARTI)
- Институт кондиционирования, отопления и охлаждения (AHRI) http://www.ahrinet.org/