Вентиляционное охлаждение
Вентиляционное охлаждение — это использование естественной или механической вентиляции для охлаждения внутренних помещений. [1] Использование наружного воздуха снижает нагрузку на охлаждение и энергопотребление этих систем, сохраняя при этом высококачественные условия в помещении; пассивное вентиляционное охлаждение может исключить потребление энергии. Стратегии вентиляционного охлаждения применяются в широком спектре зданий и могут даже иметь решающее значение для строительства отремонтированных или новых высокоэффективных зданий и зданий с нулевым энергопотреблением (ZEB). [2] Вентиляция присутствует в зданиях главным образом из соображений качества воздуха . Его можно использовать дополнительно для удаления как избыточного тепла, так и для увеличения скорости воздуха и тем самым расширения диапазона температурного комфорта . [3] Вентиляционное охлаждение оценивается по долгосрочным оценочным показателям. [4] Вентиляционное охлаждение зависит от наличия соответствующих внешних условий и теплофизических характеристик здания.
Фон
[ редактировать ]В последние годы перегрев зданий стал проблемой не только на этапе проектирования, но и в процессе эксплуатации. Причины: [5] [6]
- Высокие энергетические стандарты, которые снижают потребность в отоплении в климатических условиях, где преобладает отопление. В основном относятся к повышению уровня изоляции и ограничению проникновения. скорости
- Повышение температуры наружного воздуха в сезон охлаждения из-за изменения климата и эффекта острова тепла, не учтенного на этапе проектирования.
- Внутренние теплопоступления и поведение жилых помещений не были точно рассчитаны на этапе проектирования (разрыв в производительности).
Во многих исследованиях комфорта после проживания перегрев является часто встречающейся проблемой не только в летние месяцы, но и в переходные периоды, а также в умеренном климате.
Потенциалы и ограничения
[ редактировать ]Эффективность вентиляционного охлаждения исследовалась многими исследователями и документально подтверждена во многих отчетах об оценке после размещения. [7] [8] [9] Эффективность охлаждения системы (естественная или механическая вентиляция) зависит от скорости воздушного потока , которую можно установить, тепловой мощности конструкции и теплоотдачи элементов. В холодные периоды охлаждающая способность наружного воздуха велика. Также важен риск сквозняков. В летние и переходные месяцы мощности охлаждения наружного воздуха может оказаться недостаточно для компенсации перегрева в помещении в дневное время, а применение вентиляционного охлаждения будет ограничено только в ночной период. Ночная вентиляция позволяет эффективно удалять накопленное в дневное время теплопоступление (внутреннее и солнечное ) в конструкциях здания . [10] Для оценки охлаждающего потенциала местности разработаны упрощенные методы. [11] [12] [13] [14] Эти методы используют в основном информацию о характеристиках зданий, индексы диапазона комфорта и данные о местном климате. В большинстве упрощенных методов тепловая инерция не учитывается.
Критическими ограничениями для вентиляционного охлаждения являются:
- Влияние глобального потепления
- Влияние городской среды
- Уровень уличного шума
- наружного воздуха Загрязнение
- Домашние животные и насекомые
- Проблемы безопасности
- Региональные ограничения
Существующие правила
[ редактировать ]Требования к вентиляционному охлаждению в нормативных актах сложны. Расчеты энергоэффективности во многих странах мира прямо не учитывают вентиляционное охлаждение. Доступные инструменты, используемые для расчета энергоэффективности, не подходят для моделирования воздействия и эффективности вентиляционного охлаждения, особенно посредством ежегодных и ежемесячных расчетов. [15]
Тематические исследования
[ редактировать ]По всему миру уже построено большое количество зданий, использующих стратегии вентиляционного охлаждения. [16] [17] [18] Вентиляционное охлаждение можно найти не только в традиционной архитектуре с предварительным кондиционированием воздуха, но также во временных европейских и международных зданиях с низким энергопотреблением . Для этих зданий пассивные стратегии являются приоритетными. Когда пассивных стратегий недостаточно для достижения комфорта, применяются активные стратегии. В большинстве случаев для летнего периода и переходных месяцев автоматически регулируемая естественная вентиляция применяется . В отопительный сезон механическая вентиляция с рекуперацией тепла применяется из соображений качества воздуха в помещениях . Большинство зданий имеют высокую тепловую массу . Поведение пользователя является решающим элементом успешной работы метода.
Компоненты сборки и стратегии управления
[ редактировать ]Строительные компоненты вентиляционного охлаждения применяются на всех трех уровнях проектирования зданий с учетом климатических условий, т.е. при проектировании площадки, архитектурном проектировании и технических вмешательствах. Группировка этих компонентов следующая: [1] [19]
- Компоненты вентиляции, направляющие воздушный поток ( окна , зенитные фонари, двери , заслонки и решетки, вентиляторы , заслонки, жалюзи, вентиляционные отверстия со специальными эффектами)
- Компоненты здания, улучшающие вентиляцию воздушного потока ( дымовые трубы , атриумы, вентиляторы Вентури, ветроуловители, ветряные башни и ковши, двойные фасады, вентилируемые стены )
- Компоненты здания с пассивным охлаждением (конвективные компоненты, испарительные компоненты, компоненты с фазовым переходом)
- Приводы (цепные, линейные, поворотные)
- Датчики ( температуры , влажности , расхода воздуха , радиации , CO 2 , дождя, ветра )
Стратегии управления в решениях для вентиляционного охлаждения должны контролировать величину и направление потоков воздуха в пространстве и времени. [1] Эффективные стратегии управления обеспечивают высокий уровень комфорта в помещении и минимальное потребление энергии . Стратегии во многих случаях включают мониторинг температуры и CO 2 . [20] Во многих зданиях, жильцы которых научились управлять системами, было достигнуто снижение энергопотребления. Основными параметрами контроля являются рабочая (воздушная и лучистая) температура (пиковая, фактическая или средняя), количество людей, концентрация углекислого газа и уровень влажности. [20] Автоматизация более эффективна, чем личный контроль. [1] Ручное управление или ручное отключение автоматического управления очень важно, поскольку оно положительно влияет на принятие и оценку пользователем климата в помещении (а также на стоимость). [21] Третий вариант – эксплуатация фасадов остается под личным контролем жильцов, но система автоматизации здания дает активную обратную связь и конкретные советы.
Существующие методы и инструменты
[ редактировать ]Проектирование зданий характеризуется различными уровнями детализации. Для поддержки процесса принятия решений в отношении решений по вентиляционному охлаждению используются модели воздушного потока с различным разрешением. В зависимости от требуемого разрешения детализации модели воздушного потока можно разделить на две категории: [1]
- Инструменты моделирования на ранней стадии, которые включают эмпирические модели, модель монозоны, двумерные модели сети воздушного потока; а также
- Инструменты детального моделирования, которые включают модели сетей воздушного потока, связанные модели BES-AFN, зональные модели, вычислительную гидродинамику , связанные модели CFD-BES-AFN.
Существующая литература включает обзоры доступных методов моделирования воздушного потока. [9] [22] [23] [24] [25] [26] [27]
Приложение 62 МЭА EBC
[ редактировать ]Приложение 62 «Вентиляционное охлаждение» представляло собой исследовательский проект Программы «Энергия в зданиях и сообществах» (EBC) Международного энергетического агентства (МЭА), рассчитанный на четырехлетний рабочий этап (2014–2018 гг.). [28] Основная цель заключалась в том, чтобы сделать вентиляционное охлаждение привлекательным и энергоэффективным решением для охлаждения, позволяющим избежать перегрева как новых, так и реконструируемых зданий . Результаты из Приложения расширяют возможности прогнозирования и оценки риска отвода тепла и перегрева – как для целей проектирования, так и для расчета энергоэффективности. Документированная производительность систем вентиляционного охлаждения посредством анализа тематических исследований направлена на содействие использованию этой технологии в будущих высокопроизводительных и обычных зданиях. [29] Для достижения основной цели в Приложении были поставлены следующие задачи исследований и разработок:
- Разработать и оценить подходящие методы и инструменты проектирования для прогнозирования потребности в охлаждении, эффективности вентиляционного охлаждения и риска перегрева в зданиях.
- Разработать рекомендации по энергоэффективному снижению риска перегрева с помощью вентиляционного охлаждения, а также по проектированию и эксплуатации вентиляционного охлаждения как в жилых , так и в коммерческих зданиях .
- Разработать рекомендации по интеграции вентиляционного охлаждения в методы и правила расчета энергоэффективности, включая определение и проверку ключевых показателей эффективности.
- Разработать инструкции по улучшению производительности вентиляционного охлаждения существующих систем и разработке новых решений вентиляционного охлаждения, включая стратегии их управления.
- Продемонстрировать эффективность решений вентиляционного охлаждения посредством анализа и оценки хорошо документированных тематических исследований.
Исследовательская работа согласно Приложению 62 была разделена на три подзадачи.
- Подзадача А «Методы и инструменты» анализирует, разрабатывает и оценивает подходящие методы и инструменты проектирования для прогнозирования потребности в охлаждении, эффективности вентиляционного охлаждения и риска перегрева в зданиях. В рамках подзадачи также были даны рекомендации по интеграции вентиляционного охлаждения в методы расчета и регулирования энергетической эффективности, включая определение и проверку ключевых показателей эффективности.
- Подзадача B «Решения» исследовала эффективность охлаждения существующих механических, естественных и гибридных систем и технологий вентиляции, а также типичные решения по управлению комфортом в качестве отправной точки для расширения границ их использования. На основе этих исследований в рамках подзадачи также были разработаны рекомендации по новым видам гибких и надежных решений вентиляционного охлаждения, которые создают комфорт в широком диапазоне климатических условий.
- Подзадача C «Примеры» продемонстрировала эффективность вентиляционного охлаждения посредством анализа и оценки хорошо документированных тематических исследований.
См. также
[ редактировать ]- Кондиционер
- Архитектурное проектирование
- Глоссарий ОВиК
- Зеленое здание
- Отопление, вентиляция и кондиционирование
- Качество воздуха в помещении
- Инфильтрация (ОВиК)
- Программа Международного энергетического агентства «Энергия в зданиях и сообществах»
- Машиностроение
- Смешанный режим вентиляции
- Пассивное охлаждение
- Распределение воздуха в помещении
- Синдром больного здания
- Экологичный ремонт
- Тепловой комфорт
- Термальная масса
- Вентикул
- Вентиляция (архитектура)
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д и П. Гейзельберг, М. Колокотрони. « Вентиляционное охлаждение. Современный обзор ». Департамент гражданского строительства. Ольборгский университет, Дания. 2015 год
- ^ venticool, международная платформа вентиляционного охлаждения. « Что такое вентиляционное охлаждение ?». Получено в июне 2018 г.
- ^ Ф. Никол, М. Уилсон. «Обзор европейского стандарта EN 15251». Материалы конференции: Адаптация к изменениям: новое мышление о комфорте. Камберленд Лодж, Виндзор, Великобритания, 9–11 апреля 2010 г.
- ^ С. Карлуччи, Л. Пальяно. «Обзор показателей для долгосрочной оценки условий общего теплового комфорта в зданиях». Энергия и строительство 53:194-205 · Октябрь 2012 г.
- ^ AECOM « Расследование перегрева в домах ». Департамент по делам сообществ и местного самоуправления, Великобритания. ISBN 978-1-4098-3592-9 . июль 2012 г.
- ^ Фонд NHBC. « Перегрев в новых домах. Обзор доказательств ». ISBN 978-1-84806-306-8 . 6 декабря 2012 г.
- ^ Х. Ауби. « Системы вентиляции: проектирование и эксплуатация ». Тейлор и Фрэнсис. ISBN 978-0419217008 . 2008.
- ^ М. Сантамоурис, П. Воутерс. «Вентиляция зданий: современное состояние». Рутледж. ISBN 978-1844071302 . 2006 г.
- ^ Перейти обратно: а б Ф. Аллард. «Естественная вентиляция в зданиях: Справочник по проектированию». ООО «Эрсскан Публикации» ISBN 978-1873936726 . 1998 год
- ^ М. Сантамоурис, Д. Колокоца. «Методы пассивного охлаждения зданий и других сооружений: современное состояние». Энергия и строительство 57: 74-94. 2013 год
- ^ К. Гиаус. « Возможность естественного охлаждения посредством вентиляции ». Солнечная энергия 80: 402-413. 2006 г.
- ^ Н. Артманн, П. Гейзельберг. «Климатический потенциал пассивного охлаждения зданий ночной вентиляцией в Европе». Прикладная энергетика. 84 (2): 187–201. 2006 г.
- ^ А. Беллери, Т. Псомас, П. Гейзельберг, Пер. « Инструмент оценки климатического потенциала вентиляционного охлаждения ». 36-я конференция AIVC «Эффективная вентиляция в высокоэффективных зданиях», Мадрид, Испания, 23–24 сентября 2015 г. стр. 53-66. 2015 год
- ^ Р. Яо, К. Стимерс, Н. Бейкер. «Стратегический метод проектирования и анализа естественной вентиляции для летнего охлаждения». Build Serv Eng Res Technol. 26 (4). 2005 г.
- ^ М. Капсалаки, Ф. Р. Карри. « Обзор положений по вентиляционному охлаждению в рамках 8 европейских правил энергоэффективности зданий ». venticool, международная платформа вентиляционного охлаждения. 2015.
- ^ П. Хольцер, Т. Псомас, П. О'Салливан. «Международная база данных приложений вентиляционного охлаждения». CLIMA 2016: Материалы 12-го Всемирного конгресса REHVA, 22–25 мая 2016 г., Ольборг, Дания. 2016 год
- ^ venticool, международная платформа вентиляционного охлаждения. « База данных по применению вентиляционного охлаждения ». Получено в июне 2018 г.
- ^ П. О'Салливан, А. О' Донован. Практические примеры вентиляционного охлаждения . Ольборгский университет, Дания. 2018 год
- ^ П. Хольцер, Т.Псомас. Справочник по вентиляционному охлаждению . Ольборгский университет, Дания. 2018 год
- ^ Перейти обратно: а б П. Гейзельберг (ред.). « Руководство по проектированию вентиляционного охлаждения ». Ольборгский университет, Дания. 2018 год
- ^ RG de Dear, GS Brager. « Тепловой комфорт в зданиях с естественной вентиляцией: поправки к стандарту ASHRAE 55 ». Энергия и здания. 34 (6).2002
- ^ М. Качиоло, Д. Маркио, П. Стабат. « Обзор существующих подходов к оценке и проектированию естественной вентиляции и необходимость дальнейших разработок » 11-я Международная конференция IBPSA, Глазго. 2009.
- ^ В. Чен. « Прогнозирование эффективности вентиляции зданий: обзор метода и недавние применения ». Строительство и окружающая среда, 44(4), 848-858. 2009 год
- ^ А. Дельсанте, Т. А. Вик. « Гибридная вентиляция – обзор современного уровня техники », Приложение 35 IEA-ECBCS, 1998 г.
- ^ Дж. Чжай, М. Крарти, М. Х. Джонсон. «Оценка и внедрение моделей естественной и гибридной вентиляции при моделировании энергопотребления всего здания», Департамент гражданского, экологического и архитектурного проектирования, Университет Колорадо, ASHRAE TRP-1456. 2010.
- ^ А. Фукье, С. Робер, Ф. Суар, Л. Стефан, А. Джей. «Современное состояние моделирования зданий и прогнозирования энергетических характеристик: обзор», Обзоры возобновляемых источников и устойчивой энергетики, том. 23. С. 272–288. 2013.
- ^ Дж. Хенсен «Комплексное моделирование воздушного потока в здании». Расширенное моделирование зданий . стр. 87-118. Тейлор и Фрэнсис. 2004 г.
- ^ Программа Международного энергетического агентства «Энергия в зданиях и сообществах», « Вентиляционное охлаждение, Приложение 62 EBC. Архивировано 17 марта 2016 г. в Wayback Machine », дата обращения: июнь 2018 г.
- ^ venticool, международная платформа вентиляционного охлаждения. « О Приложении 62 ». Получено в июне 2018 г.