Специальная система наружного воздуха

Выделенная система наружного воздуха ( DOAS ) — это тип системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха ( HVAC ), которая состоит из двух параллельных систем: выделенная система для обеспечения вентиляции наружного воздуха , которая справляется как со скрытыми , так и с явными нагрузками, связанными с кондиционированием вентиляции. воздуха и параллельную систему для обработки нагрузок (в основном явного тепла), генерируемых внутренними/технологическими источниками, а также тех, которые проходят через ограждение здания.

Фон

Традиционные системы HVAC, такие как системы переменного объема воздуха (VAV), обслуживающие несколько зон, имеют потенциальные проблемы с точки зрения плохого теплового комфорта и возможного микробного загрязнения. В зависимости от окружающей среды и задействованной параллельной системы, в конфигурации DOAS система наружного воздуха будет обрабатывать часть явной нагрузки в дополнение к скрытой нагрузке, а параллельная система будет обрабатывать оставшуюся явную нагрузку. Основная цель системы DOAS — обеспечить специальную вентиляцию, а не вентиляцию как второстепенную часть процесса кондиционирования воздуха в помещении. DOAS — это термин, обозначающий систему, которая широко используется в Европе и в различных формах в США.

Обзор системы

В 1999 году Уильям Коад предложил отдельно обрабатывать ОА (наружный воздух) и рециркуляционный воздух в системах отопления, вентиляции и кондиционирования зданий . ^[1] Гатли также описывает применение DOAS для подачи осушенного воздуха в здания с целью улучшения качества воздуха в помещении и теплового комфорта. ^[2]^[3]^[4] Более поздние исследования были проведены для изучения основ DOAS с упором на потенциальные преимущества по сравнению с обычными системами HVAC. SA Mumma предполагает, что существуют четыре основные проблемы, связанные с традиционными системами VAV HVAC с верхним смешением воздуха . ^[5] Эти проблемы систем VAV подчеркивают соответствующие преимущества систем DOAS. Однако к некоторым недостаткам DOAS относятся: потенциально более высокие первоначальные затраты, неиспользование в США и потенциально более высокая сложность.

Вентиляционный воздух во всех воздушных системах VAV HVAC. Проектировщики и инженеры-строители не могут точно знать, как вентиляционный воздух, смешанный с возвратным воздухом в типичной системе VAV , распределяется по зданию. Такие проблемы, как утечка воздуха, заданные значения управления, настройки минимального объема воздуха и короткое замыкание (например, смешивание вытяжного воздуха с приточным свежим воздухом), могут повлиять на количество вентиляционного воздуха, попадающего в помещение. ^[5]^[6] Система DOAS решает эту проблему, обеспечивая специальную подачу 100% наружного воздуха.
Потребность в избыточном потоке наружного воздуха и его кондиционировании в системах VAV: при использовании уравнения нескольких помещений стандарта ASHRAE 62.1-2004 обычно требуется на 20–70 % больше наружного воздуха, чтобы обеспечить правильное распределение воздуха в помещении во всех воздушных системах. чем требуется для специальных систем наружного воздуха. Охлаждение и осушение большого количества наружного воздуха летом, а также увлажнение и нагрев воздуха зимой — энергоемкая задача. ^[5] Система DOAS рассчитана на соответствие требованиям и не требует увеличения размеров.
Минимальные значения коробки VAV должны быть установлены на высоком уровне, чтобы учитывать требования к вентиляции: возможно, вопреки существующей практике, минимальные значения коробки VAV должны отражать как требования к вентиляции помещения, так и долю вентиляционного воздуха в приточном воздухе. Например, для помещения, требующего 5663 стандартных литра в минуту (SLPM) (200 стандартных кубических футов в минуту (SCFM)) вентиляционного воздуха и обслуживаемого приточным воздухом, который на 40% состоит из вентиляционного воздуха, потребуется минимальная настройка коробки 14158 SLPM ( 500 SCFM) (т.е. 200/0,4), а не обычная практика 5663 SLPM (200 SCFM). Когда минимальные значения бокса правильно установлены для удовлетворения требований к вентиляции, вероятность значительного перегрева терминала становится проблемой. Таким образом, при правильной работе всех систем VAV для воздуха всегда будет использоваться больший подогрев терминала, чем для специализированных систем наружного воздуха, подающих воздух той же температуры. ^[5]
Отсутствие разделения скрытых и явных пространственных нагрузок. Невозможность разделения явных и скрытых пространственных нагрузок приводит к высокой относительной влажности помещений при низких явных нагрузках в занятых помещениях. Правильно спроектированные специализированные системы наружного воздуха могут выдерживать 100% скрытых в пространстве нагрузок и часть ощутимых в пространстве нагрузок, тем самым разделяя ощутимые и скрытые нагрузки в пространстве. Затем используется параллельная система охлаждения, предназначенная только для ощутимых целей, для компенсации ощутимых нагрузок, которые не удовлетворяются выделенными системами наружного воздуха. Таким образом, существует сильный стимул контролировать скрытые нагрузки в пространстве независимо от физических нагрузок, чтобы избежать проблем с качеством воздуха в помещении, связанных с влажностью . ^[5]

Параллельные терминальные системы

Для типичной системы вентиляции DOAS система наружного воздуха может выдерживать около 0–30% ощутимой нагрузки в помещении. Чтобы создать комфортную среду в помещении, баланс разумных нагрузок в пространстве должен быть обеспечен за счет множества других вариантов дополнительного оборудования, а именно:

Сияющие потолочные панели
Параллельные полностью воздушные с переменным объемом воздуха ( VAV ). системы
Комплектные тепловые насосы с унитарным источником воды
Системы с переменным потоком хладагента (VRF)
Фанкойлы

Лучистая система

По сравнению с другими разумными системами охлаждения, излучающие потолочные охлаждающие панели являются лучшим выбором параллельной системы для использования с DOAS. Поскольку DOAS обеспечивает только вентиляцию помещения и скрытые нагрузки, он дает возможность уменьшить требуемую высоту от пола до пола за счет уменьшения размера системы воздуховодов и необходимой мощности вентилятора. ^[7] Существует множество преимуществ системы лучистого потолочного охлаждения в сочетании с DOAS. Раздел общей оценки в Справочнике ASHRAE 2008 года дает краткое описание следующим образом: ^[8]

Основные преимущества:

Поскольку лучистая нагрузка обрабатывается напрямую, а движение воздуха в помещении находится на нормальном уровне вентиляции, уровень комфорта может быть лучше, чем у других систем кондиционирования воздуха.
Удовлетворить требованиям по количеству подачи для вентиляции и осушения.
Из-за меньшего количества наружного воздуха систему DOAS можно установить с системой воздуховодов меньшего размера.
Излучающие потолочные охлаждающие панели позволяют исключить охлаждающие змеевики с влажной поверхностью и снизить вероятность септического загрязнения.
Трубопроводы автоматической спринклерной системы можно применять в системах панельного охлаждения с лучистым потолком.

Главный недостаток связан с более высокими первоначальными затратами.

Помимо преимуществ, представленных выше, параллельные излучающие охлаждающие панели предлагают и другие преимущества, такие как компактный дизайн, экономия площади вертикальной шахты и быстрое размещение динамических элементов управления. Экономия энергии в системе DOAS/панельного охлаждения с лучистым потолком может быть связана со снижением нагрузки на охлаждающий змеевик, снижением энергопотребления чиллера, потреблением энергии насосами и снижением энергопотребления вентиляторов. В целом, благодаря полной рекуперации энергии и небольшому количеству приточного воздуха DOAS, потребление энергии холодильной машиной может быть значительно снижено по сравнению с традиционной системой VAV. При исследовании пилотной системы охлаждения DOAS/излучающей панели потолка почасовое моделирование энергопотребления предсказывает, что годовое потребление электроэнергии пилотной системой охлаждения DOAS/излучающей панели на 42% меньше, чем у обычной системы VAV с управлением экономайзером. ^[9]

Помимо решения проблем с обычными системами VAV, перечисленных выше, DOAS предлагает дополнительные преимущества:

Снижение эксплуатационных затрат механической системы более чем на 50 % по сравнению с обычными системами VAV.
Равная или более низкая первоначальная стоимость с простым управлением
Предлагает до 80% баллов, необходимых для получения базовой сертификации «Лидерство в энергетическом и экологическом проектировании» (LEED).

Система воздушного базирования

Существует два основных способа разработки DOAS при использовании системы воздушного базирования в качестве параллельной системы: ^[10]

Отдельные системы с разными воздуховодами

В этой установке имеется система наружного воздуха, которая сбрасывает предварительно кондиционированный воздух (с учетом скрытой нагрузки и частичной явной нагрузки) непосредственно в помещение через собственный воздуховод/диффузор. Существует отдельная система (например, фанкойл), которая забирает воздух из помещения и кондиционирует его для удовлетворения оставшейся ощутимой нагрузки в помещении.

Преимущества:

Легче измерить расход наружного воздуха в помещении.
Легче измерять потоки воздуха и балансировать систему
Позволяет избежать создания вентиляционных нагрузок на климатическое оборудование помещения ( Фанкойл )

Недостатки:

Отдельные воздуховоды для параллельных путей могут увеличить первоначальные затраты.
Отдельные диффузоры для наружного и рециркуляционного воздуха могут не обеспечить адекватного смешивания.
Отдельные параллельные пути для воздушного потока увеличивают общий поток воздуха в помещение, что может увеличить общее энергопотребление вентилятора.

Комбинированная система

Кондиционированный наружный воздух подается к конечному блоку в помещении. В этой установке предварительно кондиционированный наружный воздух подается непосредственно в фанкойлы, смешиваясь с возвратным воздухом из помещения. Эта система аналогична установке охлаждающих балок .

Преимущества:

Комбинированная система воздуховодов приводит к снижению первоначальных затрат
Комбинированный воздушный поток уменьшает объем воздуха и, следовательно, потребление энергии вентилятором.
Тщательное смешивание наружного воздуха и возвратного воздуха из космоса.

Недостатки:

Локальный терминальный блок должен работать всякий раз, когда требуется вентиляция, независимо от того, соблюдена ли ощутимая нагрузка или нет.
Балансировка воздушного потока может быть более сложной

Оборудование

С ростом применения DOAS во многих странах также растет спрос на оборудование DOAS, такое как колесо полной энергии, использующее полную рекуперацию энергии, колесо пассивного осушителя и другое соответствующее оборудование. ^{[ нужны дальнейшие объяснения ]} Эффективность колеса общей энергии является важным фактором повышения эффективности DOAS. ^{[ нужны дальнейшие объяснения ]}

Дизайн

Требования к проектированию DOAS включают в себя:

Отделение системы ОА от системы терморегулирования для обеспечения надлежащей вентиляции во всех помещениях, где находятся люди.
Подготовка OA для обработки всей скрытой пространственной нагрузки и максимально возможной нагрузки, чувствительной к пространству.
Максимизация экономичного использования оборудования для рекуперации энергии
Интеграция систем пожаротушения и транспортировки энергии
Использование потолочных излучающих панелей разумного охлаждения для контроля температуры в помещении. ^[11]

Мумма предложила следующие шаги для разработки DOAS:

Расчет явных и скрытых холодильных нагрузок помещения в летний расчетный день на основе расчетных условий помещения.
Определение минимальной скорости воздушного потока, необходимой для каждого помещения, на основе рекомендаций по вентиляции стандарта ASHRAE 62.1. ^[12]
Определение коэффициента влажности приточного воздуха для каждого помещения
Обычно расчетная температура приточного воздуха по сухому термометру равна требуемой температуре точки росы приточного воздуха .)
Использование рекуперации энергии для возврата тепла отработанного воздуха в установку DOAS (в отопительный сезон)

Для DOAS с воздушной системой в качестве параллельной системы охлаждения были предложены следующие шаги: 1) расчет ощутимой охлаждающей нагрузки, которую удовлетворяет приточный воздух DOAS для каждого помещения; 2) расчет ощутимой охлаждающей нагрузки, остающейся в параллельной системе для каждого помещения; 3) определение температуры приточного воздуха по сухому термометру для параллельных систем (выше температуры точки росы в помещении, чтобы избежать конденсации); 4) определение расхода приточного воздуха для каждого параллельного чувствительного охлаждающего устройства.

Энергия и стоимость

Было проведено множество исследований, чтобы продемонстрировать энергетические и экономические показатели DOAS с помощью моделирования. Хаттар и Брандемюэль смоделировали параллельную систему и традиционную единую систему для крупного розничного магазина в Далласе, Сент-Луисе, Вашингтоне и Новом Орлеане. ^[13] Исследование продемонстрировало ежегодную экономию энергии на 14–27 % и уменьшение мощности оборудования для параллельной системы охлаждения на 15–23 %. Чонг и др. сравнили энергетические и экономические показатели DOAS с параллельными потолочными излучающими панелями с традиционной системой VAV с экономайзером на воздушной стороне для помещения площадью почти 3000 квадратных футов (280 м2) . ²) офисное помещение в учебном здании в Пенсильвании. ^[9] В этом исследовании сообщалось о сокращении годового потребления энергии системой DOAS на 42% при существенной экономии энергии как вентиляторов, так и охладителей. Эммерих и Макдауэлл оценили потенциальную экономию энергии с помощью DOAS в коммерческих зданиях США. ^[14] Модель здания была разработана с учетом типичного нового строительства и требований стандарта ASHRAE 90.1 ( ASHRAE 90.1 ). ^[15] Результаты моделирования показали, что полная реализация DOAS привела к ежегодной экономии затрат на энергию для отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в диапазоне от 21% до 38%. ^[14]

Ссылки

^ Коад, W (сентябрь 1999 г.). «Кондиционирование вентиляционного воздуха для повышения производительности и качества воздуха». HPAC Engineering : 49–56.
^ Гатли, ДП (сентябрь 2000 г.). «Усовершенствования увлажнения для агрегатов со 100-процентной наружным воздухом. Часть 1 из 3». HPAC Engineering : 27–32.
^ Гатли, ДП (октябрь 2000 г.). «Усовершенствования увлажнения для агрегатов со 100-процентной наружным воздухом. Часть 2 из 3». HPAC Engineering : 51–59.
^ Гатли, ДП (ноябрь 2000 г.). «Усовершенствования увлажнения для агрегатов со 100-процентной наружным воздухом. Часть 3 из 3». HPAC Engineering : 31–35.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и «Специализированные системы наружного воздуха (DOAS)» . doas.psu.edu . Проверено 15 ноября 2010 г.
^ Мама, С; Ю. П. Ке (1998). «Полевые испытания передовых стратегий управления вентиляцией для систем с переменным объемом воздуха». Международный журнал окружающей среды . 24 (4): 439–450. дои : 10.1016/S0160-4120(98)00024-5 .
^ Конрой, CL; С. Мумма (2001). «Потолочные панели лучистого охлаждения как жизнеспособная распределенная технология параллельного разумного охлаждения, интегрированная со специальными системами наружного воздуха». Операции ASHRAE . 107 : 5778–585.
^ Справочник ASHRAE, 2008 г. - Системы и оборудование HVAC, ASHRAE, Inc, 2008 г.
^ Jump up to: ^а ^б Чон, JW; С. Мумма; В. Банфлет (2003). «Преимущества энергосбережения от выделенной системы наружного воздуха с параллельным разумным охлаждением с помощью потолочных излучающих панелей». Операции ASHRAE . 109 : 627–636.
^ Моррис, В. (май 2003 г.). «Азбука DOAS». Журнал ASHRAE : 24–29.
^ Мумма, ЮАР (май 2001 г.). «Проектирование специализированных систем наружного воздуха». Журнал ASHRAE : 28–31.
^ Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха, Inc. (2007). Стандарт ASHRAE 62.1. Атланта, Джорджия
^ Хаттар, МК; MJ Brandemuehl (май 2002 г.). «Разделение V в системах отопления, вентиляции и кондиционирования: двусторонний подход». Журнал ASHRAE : 31–42.
^ Jump up to: ^а ^б С. Дж. Эммерих; Т. Макдауэлл (июль 2005 г.). Первоначальная оценка вытесняющей вентиляции и специальных систем наружного воздуха в коммерческих зданиях (Отчет). Агентство по охране окружающей среды США, Вашингтон, округ Колумбия.
^ Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха, Inc. (2007). Стандарт Ашра 90.1. Атланта, Джорджия

Внешние ссылки

Стэнли А. Мумма, Университет штата Пенсильвания, Пенсильвания

[Coad-1] Коад, W (сентябрь 1999 г.). «Кондиционирование вентиляционного воздуха для повышения производительности и качества воздуха». HPAC Engineering : 49–56.

[Gatley1-2] Гатли, ДП (сентябрь 2000 г.). «Усовершенствования увлажнения для агрегатов со 100-процентной наружным воздухом. Часть 1 из 3». HPAC Engineering : 27–32.

[Gatley2-3] Гатли, ДП (октябрь 2000 г.). «Усовершенствования увлажнения для агрегатов со 100-процентной наружным воздухом. Часть 2 из 3». HPAC Engineering : 51–59.

[Gatley3-4] Гатли, ДП (ноябрь 2000 г.). «Усовершенствования увлажнения для агрегатов со 100-процентной наружным воздухом. Часть 3 из 3». HPAC Engineering : 31–35.

[mummaweb-5] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и «Специализированные системы наружного воздуха (DOAS)» . doas.psu.edu . Проверено 15 ноября 2010 г.

[mummaenv-6] Мама, С; Ю. П. Ке (1998). «Полевые испытания передовых стратегий управления вентиляцией для систем с переменным объемом воздуха». Международный журнал окружающей среды . 24 (4): 439–450. дои : 10.1016/S0160-4120(98)00024-5 .

[chris-7] Конрой, CL; С. Мумма (2001). «Потолочные панели лучистого охлаждения как жизнеспособная распределенная технология параллельного разумного охлаждения, интегрированная со специальными системами наружного воздуха». Операции ASHRAE . 107 : 5778–585.

[ashrae-8] Справочник ASHRAE, 2008 г. - Системы и оборудование HVAC, ASHRAE, Inc, 2008 г.

[jae-9] Jump up to: ^а ^б Чон, JW; С. Мумма; В. Банфлет (2003). «Преимущества энергосбережения от выделенной системы наружного воздуха с параллельным разумным охлаждением с помощью потолочных излучающих панелей». Операции ASHRAE . 109 : 627–636.

[10] Моррис, В. (май 2003 г.). «Азбука DOAS». Журнал ASHRAE : 24–29.

[Mumma-11] Мумма, ЮАР (май 2001 г.). «Проектирование специализированных систем наружного воздуха». Журнал ASHRAE : 28–31.

[12] Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха, Inc. (2007). Стандарт ASHRAE 62.1. Атланта, Джорджия

[Khattar-13] Хаттар, МК; MJ Brandemuehl (май 2002 г.). «Разделение V в системах отопления, вентиляции и кондиционирования: двусторонний подход». Журнал ASHRAE : 31–42.

[Emmerich-14] Jump up to: ^а ^б С. Дж. Эммерих; Т. Макдауэлл (июль 2005 г.). Первоначальная оценка вытесняющей вентиляции и специальных систем наружного воздуха в коммерческих зданиях (Отчет). Агентство по охране окружающей среды США, Вашингтон, округ Колумбия.

[15] Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха, Inc. (2007). Стандарт Ашра 90.1. Атланта, Джорджия

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

v т и Отопление, вентиляция и кондиционирование
Fundamental concepts	Air changes per hour Bake-out Building envelope Convection Dilution Domestic energy consumption Enthalpy Fluid dynamics Gas compressor Heat pump and refrigeration cycle Heat transfer Humidity Infiltration Latent heat Noise control Outgassing Particulates Psychrometrics Sensible heat Stack effect Thermal comfort Thermal destratification Thermal mass Thermodynamics Vapour pressure of water
Technology	Absorption-compression heat pump Absorption refrigerator Air barrier Air conditioning Antifreeze Automobile air conditioning Autonomous building Building insulation materials Central heating Central solar heating Chilled beam Chilled water Constant air volume (CAV) Coolant Cross ventilation Dedicated outdoor air system (DOAS) Deep water source cooling Demand controlled ventilation (DCV) Displacement ventilation District cooling District heating Electric heating Energy recovery ventilation (ERV) Firestop Forced-air Forced-air gas Free cooling Heat recovery ventilation (HRV) Hybrid heat Hydronics Ice storage air conditioning Kitchen ventilation Mixed-mode ventilation Microgeneration Passive cooling Passive daytime radiative cooling Passive house Passive ventilation Radiant heating and cooling Radiant cooling Radiant heating Radon mitigation Refrigeration Renewable heat Room air distribution Solar air heat Solar combisystem Solar cooling Solar heating Thermal insulation Thermosiphon Underfloor air distribution Underfloor heating Vapor barrier Vapor-compression refrigeration (VCRS) Variable air volume (VAV) Variable refrigerant flow (VRF) Ventilation Water heat recycling
Components	Air conditioner inverter Air door Air filter Air handler Air ionizer Air-mixing plenum Air purifier Air source heat pump Attic fan Automatic balancing valve Back boiler Barrier pipe Blast damper Boiler Centrifugal fan Ceramic heater Chiller Condensate pump Condenser Condensing boiler Convection heater Compressor Cooling tower Damper Dehumidifier Duct Economizer Electrostatic precipitator Evaporative cooler Evaporator Exhaust hood Expansion tank Fan Fan coil unit Fan filter unit Fan heater Fire damper Fireplace Fireplace insert Freeze stat Flue Freon Fume hood Furnace Gas compressor Gas heater Gasoline heater Grease duct Grille Ground-coupled heat exchanger Ground source heat pump Heat exchanger Heat pipe Heat pump Heating film Heating system HEPA High efficiency glandless circulating pump High-pressure cut-off switch Humidifier Infrared heater Inverter compressor Kerosene heater Louver Mechanical room Oil heater Packaged terminal air conditioner Plenum space Pressurisation ductwork Process duct work Radiator Radiator reflector Recuperator Refrigerant Register Reversing valve Run-around coil Sail switch Scroll compressor Solar chimney Solar-assisted heat pump Space heater Smoke canopy Smoke damper Smoke exhaust ductwork Thermal expansion valve Thermal wheel Thermostatic radiator valve Trickle vent Trombe wall TurboSwing Turning vanes Ultra-low particulate air (ULPA) Whole-house fan Windcatcher Wood-burning stove Zone valve
Measurement and control	Air flow meter Aquastat BACnet Blower door Building automation Carbon dioxide sensor Clean air delivery rate (CADR) Control valve Gas detector Home energy monitor Humidistat HVAC control system Infrared thermometer Intelligent buildings LonWorks Minimum efficiency reporting value (MERV) Normal temperature and pressure (NTP) OpenTherm Programmable communicating thermostat Programmable thermostat Psychrometrics Room temperature Smart thermostat Standard temperature and pressure (STP) Thermographic camera Thermostat Thermostatic radiator valve
Professions, trades, and services	Architectural acoustics Architectural engineering Architectural technologist Building services engineering Building information modeling (BIM) Deep energy retrofit Duct cleaning Duct leakage testing Environmental engineering Hydronic balancing Kitchen exhaust cleaning Mechanical engineering Mechanical, electrical, and plumbing Mold growth, assessment, and remediation Refrigerant reclamation Testing, adjusting, balancing
Industry organizations	AHRI AMCA ASHRAE ASTM International BRE BSRIA CIBSE Institute of Refrigeration IIR LEED SMACNA UMC
Health and safety	Indoor air quality (IAQ) Passive smoking Sick building syndrome (SBS) Volatile organic compound (VOC)
See also	ASHRAE Handbook Building science Fireproofing Glossary of HVAC terms Warm Spaces World Refrigeration Day Template:Home automation Template:Solar energy