Пол с подогревом

Трубы теплого пола перед укладкой стяжки

Подогрев и охлаждение пола — это форма центрального отопления и охлаждения , которая обеспечивает климат-контроль в помещении для обеспечения теплового комфорта с помощью водяных или электрических нагревательных элементов, встроенных в пол. Нагрев достигается за счет проводимости , излучения и конвекции . Использование полов с подогревом восходит к неогляциальному и неолитическому периодам.

История

Напольное отопление имеет долгую историю, уходящую в периоды неогляциала и неолита . Археологические раскопки в Азии и на Алеутских островах Аляски показывают, как жители вытягивали дым от пожаров через покрытые камнем траншеи, вырытые в полу их подземных жилищ. Горячий дым нагревал камни пола, а затем тепло распространялось в жилые помещения. Эти ранние формы превратились в современные системы, в которых используются заполненные жидкостью трубы или электрические кабели и маты. Ниже приведен хронологический обзор систем подогрева полов со всего мира.

Период времени, гр. до нашей эры	Описание
5,000	Обнаружены свидетельства существования «обожженных полов», предвещающих ранние формы кан и дикан «пол с подогревом», позже ондоль, что означает «теплый камень» в Маньчжурии и Корее соответственно.
3,000	Корейский огненный очаг использовался и как кухонная плита, и как отопительная печь .
1,000	Система типа ондоль, используемая на Алеутских островах , Аляска. и в Унги, Хамгёнпукто (современная Северная Корея).
1,000	В одном жилище использовалось более двух очагов; один очаг, расположенный в центре, использовался для отопления, другой по периметру — для приготовления пищи в течение всего года. Этот очаг по периметру представляет собой первоначальную форму будумака (что означает кухонная плита), составляющего зону сгорания традиционного ондоль в Корее. На этом этапе пол все еще нагревается не напрямую снизу, а за счет тепловой конвекции очага и печи сверху.
500	Римляне расширили использование кондиционируемых поверхностей (полов и стен) с изобретением гипокауста .
200	Центральный очаг превратился в гудыль (что означает секцию ондола, выделяющую тепло), а периметральный очаг для приготовления пищи стал более развитым, и будумак почти утвердился в Корее.
50	Китай, Корея и Римская империя использовали кан, дикан/ондоль и гипокауст соответственно.

Период времени, гр. ОБЪЯВЛЕНИЕ	Описание
500	Анекдотическая литературная ссылка на систему лучистого охлаждения на Ближнем Востоке с использованием заснеженных полостей стен.
700	Более сложный и развитый гудыль встречался в некоторых дворцах и жилых помещениях представителей высшего сословия Кореи. Страны Средиземноморского бассейна (Иран, Алжир, Турция и др.) используют различные формы отопления гипокаустного типа в общественных банях и домах (ссылка: табахана, атишхана, сандали), но также используют тепло от приготовления пищи (см.: тандыр , также танур). ) для обогрева полов.
1000	Ондоль продолжает развиваться в Азии. Была создана самая совершенная истинная система ондоль. Огненную печь вынесли наружу, а пол в комнате был полностью покрыт ондолем в Корее.
1300	Системы типа гипокауста, используемые для отопления монастырей в Польше и тевтонского замка Мальборк .
1400	Системы типа гипокауста, использовавшиеся для обогрева хаммамов Османской империи .
1500	Внимание к комфорту и архитектуре в Европе развивается; Китай и Корея продолжают широкомасштабно применять подогрев пола.
1600	Во Франции в теплицах используются обогреваемые дымоходы в полах и стенах.
1700	Бенджамин Франклин изучает французскую и азиатскую культуры и отмечает их соответствующую систему отопления, что привело к разработке печи Франклина . Во Франции используются паровые радиационные трубы. Система гипокаустного типа, используемая для обогрева общественной бани (хаммама) в городе-крепости Эрбиль, расположенном на территории современного Ирака.
1800	Начало европейской эволюции современных водонагревателей/котлов и систем трубопроводов на водной основе, включая исследования теплопроводности и удельной теплоемкости материалов, а также излучательной / отражательной способности поверхностей ( Ватт / Лесли / Рамфорд ). Ссылка на использование труб небольшого диаметра, используемых в доме и музее Джона Соуна .
1864	Система подогрева пола, используемая в времен Гражданской войны в Америке. госпиталях Здание Рейхстага в Германии использует тепловую массу здания для охлаждения и отопления.
1899	Самое раннее начало производства труб на основе полиэтилена произошло, когда немецкий ученый Ганс фон Пехманн обнаружил восковой остаток на дне пробирки. Коллеги Ойген Бамбергер и Фридрих Чирнер назвали его полиметиленом , но в то время от него отказались как не имеющего коммерческого использования. .
1904	Ливерпульский собор в Англии отапливается системой, основанной на принципах гипокауста.
1905	Фрэнк Ллойд Райт совершает свою первую поездку в Японию, а затем использует в своих проектах различные ранние формы лучистого отопления.
1907	Англия, профессор Баркер получил патент № 28477 на утепление панелей с использованием небольших труб. Позже патенты были проданы компании Crittal, которая назначила представителей по всей Европе. AM Byers of America продвигает лучистое отопление с использованием водопроводных труб небольшого диаметра. В Азии продолжают использовать традиционные ондоль и кан — в качестве топлива используется древесина, а дымовые газы направляются под пол.
1930	Оскар Фабер в Англии использует водопроводные трубы, используемые для лучистого тепла и охлаждения нескольких больших зданий.
1933	(ICI) в Англии Взрыв в лаборатории Imperial Chemical Industries во время эксперимента под высоким давлением с газообразным этиленом привел к образованию воскообразного вещества, которое позже стало полиэтиленом и положило начало возрождению труб PEX.
1937	Фрэнк Ллойд Райт проектирует дом Герберта Джейкобса с лучистым отоплением , первый дом в Усоне .
1939	Первый небольшой завод по производству полиэтилена построен в Америке.
1945	Американский разработчик Уильям Левитт строит крупномасштабные разработки для возвращения ГУ. Водяное (медные трубы) лучистое отопление используется в тысячах домов. Плохие оболочки зданий на всех континентах требуют чрезмерной температуры поверхности, что в некоторых случаях приводит к проблемам со здоровьем. Исследования теплового комфорта и науки о здоровье (с использованием электрических плит, тепловых манекенов и лабораторий комфорта) в Европе и Америке позже устанавливают более низкие пределы температуры поверхности и разрабатывают стандарты комфорта.
1950	Корейская война уничтожает запасы древесины для ондоль, население вынуждено использовать уголь. Девелопер Джозеф Эйхлер в Калифорнии начинает строительство тысяч домов с лучистым отоплением.
1951	Дж. Бьоркстен из исследовательских лабораторий Бьоркстен в Мэдисоне, штат Висконсин, объявляет о первых результатах того, что считается первым примером тестирования трех типов пластиковых трубок для лучистого отопления полов в Америке. Полиэтилен, сополимер винилхлорида и винилиденхлорид испытывались в течение трех зим.
1953	Первый канадский завод по производству полиэтилена построен недалеко от Эдмонтона , Альберта .
1960	Исследователь NRC из Канады устанавливает пол с подогревом в своем доме и позже отмечает: «Десятилетия спустя этот дом будет идентифицирован как пассивный солнечный дом. Он включает в себя инновационные функции, такие как система лучистого отопления, снабжаемая горячей водой из антрацитовой печи с автоматической подачей».
1965	Томас Энгель патентует метод стабилизации полиэтилена путем сшивания молекул с помощью пероксида (PEx-A) и в 1967 году продает варианты лицензий ряду производителей труб.
1970	Эволюция корейской архитектуры привела к появлению многоэтажных домов, дымовые газы ондола на основе угля приводят к многочисленным смертельным случаям, что приводит к переносу домашней системы дымохода на центральные водяные теплостанции. Проникновение кислорода становится проблемой коррозии в Европе, что приводит к разработке барьерных труб и стандартов проникновения кислорода.
1980	Первые стандарты подогрева пола разработаны в Европе. Система ондоль на водной основе применяется практически во всех жилых домах в Корее.
1985	Подогрев полов становится традиционной системой отопления в жилых домах в Центральной Европе и странах Северной Европы и все чаще применяется в нежилых зданиях.
1995	На рынке широко представлены системы охлаждения полов и тепловые активные строительные системы (TABS) в жилых и коммерческих зданиях.
2000	Использование встроенных систем лучистого охлаждения в центре Европы становится стандартной системой, поскольку во многих частях мира применяются системы отопления , вентиляции и кондиционирования, основанные на излучении , как средство использования низких температур для отопления и высоких температур для охлаждения.
2010	Сияющая кондиционированная башня Pearl River Tower в Гуанчжоу , Китай, имеет 71 этаж.

Описание

используются либо элементы электрического сопротивления («электрические системы»), либо жидкость, текущая в трубах (« водяные В современных системах подогрева пола для обогрева пола системы»). Любой тип может быть установлен в качестве основной системы отопления всего здания или в качестве локального подогрева пола для обеспечения теплового комфорта. Некоторые системы позволяют отапливать отдельные помещения, когда они являются частью более крупной многокомнатной системы, что позволяет избежать потерь тепла. Электрическое сопротивление можно использовать только для нагрева; когда также требуется охлаждение помещения, необходимо использовать гидравлические системы. Другие области применения, для которых подходят электрические или гидравлические системы, включают растапливание снега/льда на пешеходных дорожках, подъездных дорогах и посадочных площадках, кондиционирование газона на футбольных и футбольных полях, а также предотвращение замерзания в морозильных камерах и катках. Доступен широкий выбор систем и конструкций теплого пола, подходящих для разных типов полов. Некоторые системы подогрева пола предназначены для прокладки внутри конструкции пола, при этом трубопроводы встроены в стяжку под напольным покрытием, обычно используются в пристройках или новых зданиях, в то время как другие системы подогрева пола могут быть установлены непосредственно поверх существующего пола (обеспечивая он ровный и устойчивый) с использованием самоклеящихся панелей, в которые укладывают трубопроводы и заливают самовыравнивающуюся стяжку, популярное решение для проектов модернизации.

Электрические нагревательные элементы или гидравлические трубопроводы могут быть залиты в бетонную плиту перекрытия («система наливного пола» или «мокрая система»). Их также можно разместить под напольным покрытием («сухая система») или прикрепить непосредственно к деревянному черновому полу («система черного пола» или «сухая система»).

Некоторые коммерческие здания спроектированы так, чтобы использовать тепловую массу , которая нагревается или охлаждается в непиковые часы, когда тарифы на коммунальные услуги ниже. Когда система отопления/охлаждения отключена в течение дня, масса бетона и температура в помещении колеблются вверх или вниз в пределах желаемого комфортного диапазона. Такие системы известны как термически активируемые строительные системы или TABS.

Термины «лучистое отопление» и «лучистое охлаждение» обычно используются для описания этого подхода, поскольку излучение отвечает за значительную часть получаемого теплового комфорта, но такое использование технически правильно только тогда, когда излучение составляет более 50% теплообмена между полом и полом. остальное пространство.

Гидравлические системы

В гидравлических системах используется вода или смесь воды и антифриза, например пропиленгликоля. в качестве теплоносителя в «замкнутом контуре», который рециркулирует между полом и котлом.

Специально для водяных систем напольного отопления и охлаждения доступны различные типы труб, которые обычно изготавливаются из полиэтилена, включая PEX , PEX-Al-PEX и PERT. Старые материалы, такие как полибутилен (ПБ) и медные или стальные трубы, все еще используются в некоторых регионах или для специализированных целей.

Для гидравлических систем требуются квалифицированные проектировщики и специалисты, знакомые с котлами, циркуляционными насосами, средствами управления, давлением и температурой жидкости. Использование современных подстанций заводской сборки, используемых в основном в централизованном отоплении и охлаждении , может значительно упростить требования к проектированию и сократить время установки и ввода в эксплуатацию гидравлических систем.

Гидравлические системы могут использовать один источник или комбинацию источников энергии , чтобы помочь управлять затратами на электроэнергию. гидравлической системы источников энергии Варианты :

• Котлы (подогреватели), в том числе теплоэлектростанции обогревается:
  • Природный газ или «метан» во всей отрасли считается самым чистым и эффективным методом нагрева воды, в зависимости от его доступности. Стоимость около $7/млн БТЕ.
  • Пропан в основном производится из нефти, он менее эффективен по объему, чем природный газ, и, как правило, намного дороже в пересчете на БТЕ. Производит больше углекислого газа, чем «метана» в пересчете на БТЕ. Стоимость около 25 долларов США за миллион БТЕ.
  • Уголь , нефть или отработанное масло
  • Электричество
  • Солнечная тепловая энергия
  • Древесина или другая биомасса
  • Биотопливо
• Тепловые насосы и чиллеры с питанием от:
  • Электричество
  • Природный газ
  • Геотермальный тепловой насос

• 
  Трубы теплого пола перед укладкой стяжки
• 
  Трубы теплого пола до того, как они будут покрыты бетонной плитой гаража
• 
  Схема расположения излучающих трубок, Проект: BCIT Aerospace Hangar, Ванкувер, Британская Колумбия, Канада.
• 
  Сборка коллектора
• 
  Современные устройства гидравлического управления заводской сборки для подогрева и охлаждения полов, показаны с крышками на
• 
  Современные устройства гидравлического управления заводской сборки для подогрева и охлаждения полов, показаны без крышек.
• 
  Термоприводы, термоприводы, полы с подогревом, термопривод, актуатор thermique

Электрические системы

Монтаж электрического теплого пола, нанесение цемента

Электрические системы используются только для отопления и используют некоррозионные гибкие нагревательные элементы, включая кабели, предварительно сформированные кабельные маты, бронзовую сетку и углеродные пленки. Благодаря низкому профилю их можно устанавливать в термомассе или непосредственно под отделку пола. Электрические системы также могут использовать преимущества учета электроэнергии по времени использования и часто используются в качестве обогревателей для ковров, портативных обогревателей под ковриками, обогревателей под ламинатом, подогрева плитки, подогрева деревянного пола и систем подогрева пола, в том числе под душем. подогрев пола и сидений. Большие электрические системы также требуют квалифицированных проектировщиков и специалистов, но в меньшей степени это касается небольших систем подогрева пола. В электрических системах используется меньше компонентов, их проще устанавливать и вводить в эксплуатацию, чем гидравлические системы. В некоторых электрических системах используется технология линейного напряжения, в то время как в других используется технология низкого напряжения. Потребляемая мощность электрической системы зависит не от напряжения, а от мощности, вырабатываемой нагревательным элементом.

Функции

Воздушный поток из-за вертикальных градиентов температуры

Вертикальный градиент температуры, вызванный устойчивой стратификацией воздуха внутри помещения без подогрева пола. Пол на три градуса холоднее потолка.

Качество теплового комфорта

Согласно определению Стандарта 55 ANSI/ASHRAE «Термические условия окружающей среды для пребывания людей», тепловой комфорт — это «то душевное состояние, которое выражает удовлетворенность тепловой средой и оценивается путем субъективной оценки». Что касается напольного отопления, тепловой комфорт зависит от температуры поверхности пола и связанных с ней элементов, таких как асимметрия излучения, средняя температура излучения и рабочая температура . Исследования Невинса, Ролеса, Гагге, П. Оле Фангера и др. показывают, что люди, находящиеся в состоянии покоя в одежде, типичной для легкой офисной и домашней одежды, обменивают более 50% своего явного тепла через излучение .

Подогрев пола влияет на лучистый обмен, нагревая внутренние поверхности. Нагрев поверхностей подавляет потерю тепла телом, создавая ощущение комфорта при обогреве. Это общее ощущение комфорта дополнительно усиливается за счет проводимости (ноги на полу) и конвекции под влиянием поверхности на плотность воздуха . Охлаждение пола работает путем поглощения как коротковолнового , так и длинноволнового излучения, в результате чего внутренние поверхности становятся прохладными. Эти прохладные поверхности способствуют потере тепла телом, что создает ощущение комфорта при охлаждении. Локальный дискомфорт, возникающий из-за холодных и теплых полов при ношении обычной обуви и носков, рассматривается в стандартах ISO 7730 и ASHRAE 55, а также в руководствах по основам ASHRAE и может быть исправлен или отрегулирован с помощью систем подогрева и охлаждения пола.

Качество воздуха в помещении

Пол с подогревом может оказать положительное влияние на качество воздуха в помещении, облегчая выбор материалов для пола, которые иначе воспринимаются как холодные, таких как плитка, шифер, терраццо и бетон. Эти каменные поверхности обычно имеют очень низкий уровень выбросов ЛОС ( летучих органических соединений ) по сравнению с другими вариантами напольных покрытий . В сочетании с контролем влажности напольное отопление также создает температурные условия, которые менее благоприятны для развития плесени , бактерий , вирусов и пылевых клещей . Устранив ощутимую отопительную нагрузку из общей нагрузки HVAC (отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха), вентиляцию , фильтрацию и осушение входящего воздуха можно выполнить с помощью специальных систем наружного воздуха, имеющих меньший объемный оборот, чтобы уменьшить распространение переносимых по воздуху загрязнений. Медицинское сообщество признает преимущества подогрева пола, особенно в отношении аллергенов.

Энергия

Системы отопления под полом оцениваются на предмет устойчивости на основе принципов эффективности , энтропии и эксергии. и эффективность . В сочетании с высокоэффективными зданиями системы теплых полов работают при низких температурах отопления и высоких температурах охлаждения. в диапазонах, обычно встречающихся в геотермальных и солнечные тепловые системы. В сочетании с этими негорючими возобновляемыми источниками энергии преимущества устойчивого развития включают сокращение или устранение выбросов продуктов сгорания и парниковых газов, образующихся в котлах и выработке электроэнергии для тепловых насосов. и охладители , а также снижение спроса на невозобновляемые источники энергии и увеличение запасов для будущих поколений. Это было подтверждено оценками моделирования. и благодаря исследованиям, финансируемым Министерством энергетики США, Канадская ипотечная и жилищная корпорация, Институт Фраунгофера ISE а также АШРАЭ.

Безопасность и здоровье

Низкотемпературный теплый пол встраивается в пол или размещается под напольным покрытием. Таким образом, он не занимает места на стене и не создает опасности ожога , а также опасности получения телесных повреждений в результате случайного контакта, приводящего к спотыканию и падению. Это считается положительной особенностью медицинских учреждений, в том числе тех, которые обслуживают пожилых клиентов и людей с деменцией . Как ни странно, в аналогичных условиях окружающей среды полы с подогревом ускоряют испарение мокрых полов (при принятии душа, уборке и разливах). Кроме того, полы с подогревом с трубами, заполненными жидкостью, полезны для обогрева и охлаждения взрывобезопасных сред, где оборудование для горения и электрическое оборудование могут быть расположены вдали от взрывоопасной среды.

Существует вероятность того, что пол с подогревом может усилить выделение газов и синдром больного здания в окружающей среде, особенно когда в качестве напольного покрытия используется ковер.

Электрические системы подогрева пола создают низкочастотные магнитные поля (в диапазоне 50–60 Гц), причем старые однопроводные системы в гораздо большей степени, чем современные двухпроводные системы. Международное агентство по изучению рака (IARC) классифицировало статические и низкочастотные магнитные поля как потенциально канцерогенные (группа 2B).

Долговечность, обслуживание и ремонт

Техническое обслуживание и ремонт оборудования такие же, как и для других водяных или электрических систем отопления, вентиляции и кондиционирования, за исключением случаев, когда трубы, кабели или маты заделаны в пол. Первые испытания (например, дома, построенные Левиттом и Эйхлером, около 1940–1970-х годов) выявили отказы встроенных систем медных и стальных трубопроводов, а также отказы, назначенные судами Shell, Goodyear и другим для материалов из полибутилена и EPDM . Также было несколько опубликованных заявлений о выходе из строя гипсовых панелей с электрическим подогревом в середине 1990-х годов.

Неисправности, связанные с большинством установок, связаны с небрежным отношением к месту проведения работ, ошибками при установке и неправильным обращением с изделием, например, воздействием ультрафиолетового излучения. Испытания под давлением перед заливкой, требуемые стандартами укладки бетона и рекомендации по передовой практике для проектирования, строительства, эксплуатации и ремонта систем лучистого отопления и охлаждения, устранения проблем, возникающих в результате неправильной установки и эксплуатации.

Жидкостные системы с использованием сшитого полиэтилена (PEX), продукта, разработанного в 1930-х годах, и его различных производных, таких как PE-rt, продемонстрировали надежную долгосрочную работу в суровых условиях холодного климата, таких как настилы мостов, перроны авиационных ангаров и посадочные площадки. . PEX стал популярным и надежным вариантом использования в домашних условиях для строительства новых бетонных плит, строительства новых балок пола, а также модернизации (балок). Поскольку материалы производятся из полиэтилена, а его связи сшиты, он обладает высокой устойчивостью к коррозии, а также к температурным нагрузкам и нагрузкам, связанным с типичными жидкостными системами отопления, вентиляции и кондиционирования. Для обеспечения надежности PEX процедуры установки должны быть точными (особенно в местах соединений), а также необходимо тщательно соблюдать спецификации производителя по максимальной температуре воды или жидкости и т. д.

Проектирование и монтаж

Общие соображения по размещению труб лучистого отопления и охлаждения в полах, где могут присутствовать другие компоненты систем отопления, вентиляции и кондиционирования, а также водопроводные системы.

Типовые системы напольного отопления и охлаждения. Фактические материалы и методы будут определяться местными практиками, нормами, стандартами, передовым опытом и правилами пожарной безопасности.

Проектирование систем охлаждения и отопления полов регулируется отраслевыми стандартами и рекомендациями.

Технический проект

Количество тепла, передаваемого от или к системе пола, основано на комбинированных коэффициентах лучистой и конвективной теплопередачи .

• Лучистая теплопередача является постоянной, основанной на постоянной Стефана-Больцмана .
• Конвективный теплообмен меняется со временем в зависимости от
  • плотность воздуха и, следовательно, его плавучесть. Плавучесть воздуха меняется в зависимости от температуры поверхности и
  • принудительное движение воздуха за счет вентиляторов и движения людей и предметов в пространстве.

Конвективная теплопередача в системах напольного отопления намного выше, когда система работает в режиме обогрева, а не в режиме охлаждения. Обычно при напольном отоплении конвективная составляющая составляет почти 50% от общей теплопередачи, а при охлаждении пола конвективная составляющая составляет менее 10%.

Учет тепла и влаги

Когда нагреваемые и охлаждаемые трубы или нагревательные кабели занимают одно и то же пространство с другими компонентами здания, может происходить паразитная передача тепла между холодильными приборами, холодильными складами, линиями бытовой холодной воды, кондиционерами и вентиляционными каналами. Чтобы контролировать это, трубы, кабели и другие компоненты здания должны быть хорошо изолированы.

При охлаждении пола на поверхности пола может собираться конденсат. Чтобы предотвратить это, влажность воздуха поддерживается на низком уровне, ниже 50 %, а температура пола поддерживается выше точки росы , 19 °C (66F).

Строительные системы и материалы

• Потери тепла ниже нуля
  • Теплопроводность грунта будет влиять на кондуктивную теплопередачу между землей и обогреваемыми или охлаждаемыми плитами пола.
  • Почвы с содержанием влаги более 20% могут быть в 15 раз более проводящими, чем почвы с содержанием влаги менее 4%.
  • уровень грунтовых вод и общее состояние почвы . Необходимо оценить
  • Подходящая изоляция под плитой, такая как жесткий экструдированный или пенополистирол , требуется в соответствии с типовыми национальными энергетическими кодексами .
• Потери тепла на наружном каркасе пола
  • Подогреваемый или охлаждаемый черный пол увеличивает разницу температур между наружной средой и кондиционируемым полом.
  • Полости, образованные каркасными деревянными панелями, такими как перемычки, триммеры и консольные секции, затем должны быть изолированы жесткой изоляцией, войлоком или напыляемой изоляцией подходящего значения в зависимости от климата и строительных технологий.
• Особенности каменной кладки и других твердых полов
  • Бетонные полы должны выдерживать усадку и расширение из-за отверждения и изменений температуры.
  • Время и температура отверждения наливных полов (бетон, легкие покрытия) должны соответствовать отраслевым стандартам.
  • Контрольные и компенсационные швы, а также методы подавления трещин необходимы для всех полов из каменной кладки, включая;
    • Плитка
    • Шифер
    • Терраццо
    • Камень
    • Мрамор
    • Бетон , окрашенный, текстурированный и штампованный
• Деревянный пол
  • Стабильность размеров древесины в первую очередь зависит от содержания влаги. однако другие факторы могут смягчить изменения в древесине при ее нагревании или охлаждении, в том числе;
    • Порода древесины
    • Методы фрезерования, распиловка на четверти или плоская распиловка
    • Период акклиматизации
    • Относительная влажность в помещении
• Стандарты трубопроводов

Система управления

См. Также: Гидроника

Системы напольного отопления и охлаждения могут иметь несколько точек управления, включая управление:

• Температуры жидкости в системах отопления и охлаждения (например, котлах, охладителях, тепловых насосах).
  • Влияет на эффективность
• Температуры жидкости в распределительной сети между установкой и излучающими коллекторами.
  • Влияет на капитальные и эксплуатационные затраты
• Температуры жидкости в трубопроводных системах PE-x, в зависимости от;
  • Требования к отоплению и охлаждению
  • Расстояние между трубами
  • Потери вверх и вниз
  • Характеристики напольного покрытия
• Рабочая температура
  • Включает среднюю лучистую и сухую лампочку.
• Температура поверхности для;
  • Комфорт
  • Здоровье и безопасность
  • Целостность материала
  • Точка росы (для охлаждения пола).

Механическая схема

Пример схемы системы отопления, вентиляции и кондиционирования, основанной на излучении

На иллюстрации представлена ​​упрощенная механическая схема системы напольного отопления и охлаждения для обеспечения теплового комфорта. с отдельной системой обработки воздуха для обеспечения качества воздуха в помещении . В жилых домах с высокими эксплуатационными характеристиками среднего размера (например, высотой менее 3000 футов) ² (278 м ² ) общая кондиционируемая площадь), эта система с использованием промышленных приборов гидравлического управления займет примерно столько же места, сколько ванная комната из трех или четырех частей.

Моделирование схем трубопроводов с помощью метода конечных элементов

Моделирование структуры излучающих труб (также трубок или петель) с помощью анализа методом конечных элементов (FEA) позволяет прогнозировать термодиффузию и температуру поверхности, качество или эффективность различных схем контуров. Характеристики модели (изображение слева внизу) и изображение справа полезны для понимания взаимосвязей между сопротивлением пола, проводимостью окружающей массы, расстоянием между трубами, глубиной и температурой жидкости. Как и все модели FEA, они отображают моментальный снимок конкретной сборки и не могут быть репрезентативными ни для всех сборок пола, ни для системы, которая работала в течение длительного времени в установившемся состоянии. Практическое применение FEA для инженера заключается в том, что он может оценить каждую конструкцию по температуре жидкости, обратным потерям и качеству температуры поверхности. За счет нескольких итераций можно оптимизировать конструкцию для достижения самой низкой температуры жидкости при нагреве и самой высокой температуры жидкости при охлаждении, что позволяет оборудованию сгорания и сжатия достичь максимального номинального КПД.

• 
  Тепловая диффузия и качество температуры поверхности (эффективность) различных схем расположения трубопроводов
• 
  Типичные снимки выходных результатов FEA с проволочной сеткой, термическими изотермами и картами с цветовой кодировкой.

Экономика

Существует широкий диапазон цен на системы напольного покрытия в зависимости от региональных различий, материалов, применения и сложности проекта. Он широко принят в странах Северной Европы , Азии и Европы . Следовательно, рынок более зрелый, а системы относительно более доступны по цене, чем менее развитые рынки, такие как Северная Америка , где доля рынка жидкостных систем остается между 3% и 7% систем HVAC (см. Статистическое управление Канады и Бюро переписи населения США ).

В энергоэффективных зданиях, таких как пассивный дом , R-2000 или Net Zero Energy простые термостатические радиаторные клапаны , можно установить вместе с одним компактным циркуляционным насосом и небольшим конденсационным нагревателем, управляемым без или с базовым сбросом горячей воды. контроль. Экономичные системы, основанные на электрическом сопротивлении, также полезны в небольших помещениях, таких как ванные комнаты и кухни, а также во всех зданиях, где отопительные нагрузки очень низкие. Более крупным сооружениям потребуются более сложные системы для удовлетворения потребностей в охлаждении и обогреве, а также часто требуются системы управления зданием для регулирования использования энергии и контроля общей внутренней среды.

Низкотемпературные системы лучистого отопления и высокотемпературные системы лучистого охлаждения хорошо подходят для районных энергетических систем (общественных систем) из-за разницы температур между электростанцией и зданиями, что позволяет использовать изолированные распределительные сети небольшого диаметра и низкие требования к мощности насосов. Низкие температуры обратки при отоплении и высокие температуры обратки при охлаждении позволяют районной электростанции достичь максимальной эффективности. Принципы, лежащие в основе централизованной энергетики с системами теплых полов, также могут быть применены к отдельным многоэтажным зданиям с теми же преимуществами. Кроме того, излучающие системы под полом идеально подходят для возобновляемых источников энергии , включая геотермальные и солнечные тепловые системы, а также любую систему, в которой можно восстановить отходящее тепло.

В глобальном стремлении к устойчивому развитию долгосрочная экономика поддерживает необходимость устранения, где это возможно, сжатия для охлаждения и сжигания для нагрева. В этом случае необходимо будет использовать источники тепла низкого качества, для которых хорошо подходят лучистые полы с подогревом и охлаждением.

Эффективность системы

Анализ эффективности системы и энергопотребления учитывает характеристики ограждения здания, эффективность системы отопления и охлаждения, средства управления системой и проводимость, характеристики поверхности, расстояние между трубами/элементами и глубину излучающей панели, температуру рабочей жидкости и эффективность подключения проводов к воде. циркуляторы. Эффективность электрических систем анализируется аналогичными процессами и включает эффективность производства электроэнергии .

Хотя эффективность излучающих систем является предметом постоянных дискуссий, и нет недостатка в отдельных утверждениях и научных статьях, представляющих обе стороны, низкие температуры возвратной жидкости при отоплении и высокие температуры возвратной жидкости при охлаждении позволяют использовать конденсационные котлы, чиллеры и тепловые насосы работать с максимальной проектной производительностью или близкой к ней . воды Более высокая эффективность потока «провод-вода» по сравнению с потоком «провод-воздух» из-за значительно большей теплоемкости дает преимущество системам на основе жидкости по сравнению с системами на основе воздуха. Как полевые исследования, так и исследования по моделированию продемонстрировали значительную экономию электроэнергии за счет лучистого охлаждения и специальных систем наружного воздуха, частично основанных на ранее отмеченных принципах.

В пассивных домах , домах R-2000 или зданиях с нулевой энергией низкие температуры систем лучистого отопления и охлаждения открывают значительные возможности для использования эксергии .

Соображения по эффективности материалов для покрытия пола

На эффективность системы также влияет напольное покрытие, служащее радиационным пограничным слоем между массой пола, жильцами и другим содержимым кондиционируемого помещения. Например, ковровое покрытие имеет большее сопротивление или меньшую проводимость, чем плитка. Таким образом, полы с ковровым покрытием должны работать при более высоких внутренних температурах, чем плиточные, что может привести к снижению эффективности котлов и тепловых насосов. Однако если напольное покрытие известно на момент установки системы, то внутренняя температура пола, необходимая для данного покрытия, может быть достигнута за счет правильного расстояния между трубами без ущерба для эффективности установки (хотя более высокие внутренние температуры пола могут привести к увеличению теплопотерь). от некомнатных поверхностей пола).

Излучательная способность , отражательная способность и поглощающая способность поверхности пола являются важными факторами, определяющими его теплообмен с жильцами и помещением. Неполированные материалы и обработка поверхности пола имеют очень высокий коэффициент излучения (от 0,85 до 0,95) и поэтому являются хорошими радиаторами тепла .

При напольном отоплении и охлаждении («двусторонние полы») напольные покрытия с высоким поглощением , излучательной способностью и низкой отражательной способностью наиболее желательны .

Термографическая оценка

Термографические изображения помещения, отапливаемого низкотемпературным лучистым отоплением, вскоре после запуска системы.

Термография — полезный инструмент, позволяющий увидеть фактическую тепловую эффективность системы под полом от ее запуска (как показано) до условий эксплуатации. При запуске легко определить местоположение трубки, но это становится сложнее по мере того, как система переходит в устойчивое состояние . Важно правильно интерпретировать термографические изображения. Как и в случае с анализом методом конечных элементов (FEA), то, что видно, отражает условия на момент создания изображения и может не отражать устойчивые условия. Например, поверхности, наблюдаемые на представленных изображениях, могут казаться «горячими», но на самом деле их температура ниже номинальной температуры кожи и внутренней температуры человеческого тела , и способность «видеть» трубы не приравнивается к пощупай трубы. Термография также может указать на дефекты в ограждениях здания (изображение слева, деталь пересечения углов), тепловые мосты (изображение справа, стойки) и потери тепла, связанные с наружными дверями (изображение в центре).

Глобальные примеры крупных современных зданий с использованием лучистого отопления и охлаждения

• 41 Купер Сквер , США
• Художественный музей Акрона , США
• Мир BMW , Германия
• Калифорнийская академия наук , США
• Копенгагенский оперный театр , Дания
• Женский университет Ихва , Южная Корея
• Херст-Тауэр , Нью-Йорк, США
• Манитоба Гидро Плейс , Канада
• Национальная лаборатория поддержки исследований в области возобновляемых источников энергии, США
• Башня Жемчужной реки , Китай
• Почтовая башня , Германия
• Аэропорт Суварнабхуми , Бангкок

См. также

• Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха
• Электрическое отопление
• Вентиляция с рекуперацией тепла
• Гидроника
• Глория (система отопления)
• Обогреватель (виды обогревателей)
• Гипокауст
• Канг кровать-печь
• Психрометрика
• Ондоль
• Возобновляемое тепло
• Распределение воздуха под полом