Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Схема распределения воздуха под полом, показывающая прохладный свежий воздух, проходящий через подпольную камеру статического давления и подаваемый через напольные диффузоры и настольные вентиляционные отверстия. Под потолком выходит теплый, застоявшийся воздух.
Схема движения воздуха в системе распределения воздуха под полом

Распределение воздуха под полом (UFAD) - это стратегия распределения воздуха для обеспечения вентиляции и кондиционирования помещений в зданиях как часть проекта системы HVAC . Системы UFAD использовать полы питание камеру статического давление , расположенное между структурной плитой бетона и фальшполом системой для подачи кондиционированного воздуха через напольные диффузоры непосредственно в оккупированную зону здания. Системы UFAD аналогичны обычным воздушным системам (OH) с точки зрения типов оборудования, используемого в охлаждающих и отопительных установках и установках первичной обработки воздуха (AHU) . [1]Ключевые отличия заключаются в использовании приточной камеры под полом, 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 расположением потока (OH). Профиль охлаждающей нагрузки UFAD отличается от традиционной системы OH из-за воздействия фальшпола , в частности, у UFAD может быть более высокая пиковая охлаждающая нагрузка, чем у систем OH. Это связано с тем, что тепло поступает от сквозных отверстий и щелей внутри самой конструкции. [3]UFAD имеет несколько потенциальных преимуществ по сравнению с традиционными подвесными системами, в том числе гибкость компоновки, улучшенный тепловой комфорт и эффективность вентиляции [4], снижение энергопотребления в подходящих климатических условиях и затраты на жизненный цикл. UFAD часто используется в офисных зданиях , особенно в офисах с высокой степенью реконфигурации и открытой планировки, где желательны фальшполы для прокладки кабелей. 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 The New York Times Building , Bank of America Tower иФедеральное 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 [ править ]

В системах UFAD используются вентиляционные установки, которые фильтруют и кондиционируют воздух до соответствующих условий подачи, чтобы его можно было доставить в рабочую зону. В то время как в потолочных системах обычно используются воздуховоды для распределения воздуха, в системах UFAD используется подпольная камера статического давления, образованная путем установки фальшпола . Камера статического давления обычно находится на 0,3 и 0,46 метра (12 и 18  дюймов ) над структурной бетонной плитой, хотя возможны более низкие высоты. [6] [7] Напольные диффузоры специальной конструкции используются в качестве отводов воды. [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 оконечные устройства с питанием от вентилятора на выходных отверстиях, каналах под полом, вентиляционных отверстиях рабочего стола или подключения к персональным системам контроля окружающей среды . [9]

Распределение и стратификация воздуха UFAD [ править ]

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]

Расслоение воздуха основывается на тепловой плавучести, чтобы наслоить высококачественный приточный воздух на уровне людей и оставить свободный воздух без кондиционирования.

Системы UFAD используют естественную стратификацию, которая возникает, когда теплый воздух поднимается вверх из-за тепловой плавучести . 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, генерируемые источником тепла, к потолку, где они выводятся через обратную магистраль воздушные каналы. [9]Температурное расслоение, создаваемое системой UFAD, влияет на заданные значения в пространстве. Большая часть тела пассажира находится в зоне, которая холоднее, чем температура на высоте термостата; Таким образом, 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 в помещении. 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 равномерным смешиванием. [9]

Теоретическое поведение систем UFAD основано на теории шлейфа для систем DV . По сравнению с классическими системами вытесняющей вентиляции (DV) [10], которые подают воздух с низкой скоростью, типичные системы UFAD подают воздух через напольные диффузоры с более высокими скоростями приточного воздуха. Помимо увеличения количества перемешивания (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 проживания. Следовательно, контроль и оптимизация этого расслоения имеют решающее значение для проектирования и определения размеров системы, энергоэффективной работы и комфортной работы 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] 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 персонального контроля в пределах досягаемости пассажира, поскольку пользователи могут регулировать количество воздуха, подаваемого диффузором, вращая верхнюю часть диффузора.

Характеристики приложения [ править ]

Охлаждающая нагрузка UFAD [ править ]

Принципиальная блок-схема процедуры расчета, показывающая преобразование охлаждающей нагрузки, рассчитанной для верхней системы смешения, в охлаждающую нагрузку UFAD, которая затем делится между нагнетательной камерой подачи, зоной (комнатой) и возвратной камерой.

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 охлаждения 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 потока, а 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 к воздушному потоку в зоне [ править ]

Существует два доступных средства проектирования для определения требований к скорости воздушного потока в зоне для системы UFAD. Один разработан в Университете Пердью в рамках исследовательского проекта ASHRAE (RP-1522). [15] Другой разработан в Центре искусственной среды (CBE) Калифорнийского университета в Беркли .

Исследовательский проект ASHRAE (RP-1522) разработал упрощенный инструмент, который прогнозирует вертикальную разницу температур между головой и лодыжкой пассажиров, расход приточного воздуха для одной зоны нагнетания, количество диффузоров и эффективность распределения воздуха. Инструмент требует, чтобы пользователи указали охлаждающую нагрузку зоны и долю охлаждающей нагрузки, относящуюся к 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, 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 как для внутренних, так и для периметральных зон типичных многоэтажных офисных зданий с использованием системы UFAD. Инструмент CBE позволяет пользователю выбирать из четырех различных конфигураций пленума (последовательная, обратная серия, независимая и общая) и трех напольных диффузоров (вихревой, квадратный и линейный решетчатый воздухозаборник). Онлайн-версия средства проектирования находится в открытом доступе в Центре искусственной среды .

Повышение температуры приточного воздуха [ править ]

Пути теплопередачи в системе UFAD.

Повышение температуры приточного воздуха в камере статического давления - это увеличение количества кондиционированного воздуха из-за конвективного притока тепла, когда он проходит через входную камеру статического давления от входного отверстия камеры к напольным диффузорам. [17] Это явление также называют термическим распадом. Повышение температуры приточного воздуха вызвано тем, что приточный холодный 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 более высокой подаче. скорость воздушного потока и повышенное энергопотребление вентилятора и чиллера. 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, и повышение температуры приточного воздуха вызывает снижение повышения температуры. На повышение температуры существенно не влияют ориентация периметральной зоны, внутреннее тепловыделение и соотношение окна к стене. [17] Повышение температуры приточного воздуха, таким образом, оказывает влияние на потенциал энергосбережения систем UFAD и их способность удовлетворять потребности в охлаждении с температурами приточного воздуха выше, чем у обычных подвесных систем. Текущие исследования показывают, что как энергетические, так и тепловые характеристики систем UFAD можно улучшить, направляя 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 [ править ]

Утечка UFAD, которая не способствует охлаждению, приводит к увеличению потерь энергии вентилятора.
Утечка UFAD в пространство, способствуя охлаждению.

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, потому что 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 [ править ]

Энергетическая оценка систем UFAD - это не полностью решенная проблема, которая привела 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 паскалей (0,0036  фунтов на квадратный дюйм ) (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 работы экономайзера . Однако стратегия экономайзера сильно зависит от климата и требует тщательного контролявлажность, чтобы избежать конденсации . [9] Критики, с другой стороны, ссылаются на нехватку тщательных исследований и испытаний для учета изменений климата, конструкции системы, теплового комфорта и качества воздуха, чтобы усомниться 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 [ править ]

Распределение воздуха под полом часто используется в офисных зданиях , особенно в офисах с высокой степенью реконфигурации и открытой планировки, где для прокладки кабелей желательны фальшполы . UFAD также распространен в командных центрах , ИТ- центрах обработки данных и серверных комнатах, которые имеют большие охлаждающие нагрузки от электронного оборудования и требования к прокладке кабелей питания и данных. В Руководстве по проектированию распределения воздуха под полом ASHRAE предлагается, чтобы любое здание, в котором для разводки кабелей использовался фальшпол, использовало 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 распространения [ править ]

Накладные расходы (микширование) [ править ]

В обычных потолочных смесительных системах воздуховоды приточного и возвратного воздуха обычно располагаются на уровне потолка. Приточный воздух подается со скоростью, превышающей обычно приемлемую для комфорта человека, а температура воздуха может быть ниже, выше или такой же, как желаемая температура 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, такие как гибкость компоновки, улучшенный тепловой комфорт, улучшенная эффективность вентиляции и качество воздуха в помещении, повышенная энергоэффективность в подходящих климатических условиях и снижение затрат на жизненный цикл. [17] [20]

Вытесняющая вентиляция [ править ]

Системы вытесняющей вентиляции (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 естественной плавучести.теплого воздуха и тепловых шлейфов, создаваемых источниками тепла, поскольку более холодный воздух доставляется с более низких высот. В то же время UFAD имеет тенденцию способствовать большему перемешиванию 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, и эти выпускные отверстия обычно контролируются людьми. [9]

Список известных зданий, использующих системы UFAD [ править ]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Бауман, Фред С .; 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 .
  2. ^ Бауман, Фред; Вебстер, Т. (2001). «Перспективы распределения воздуха под полом» . Журнал ASHRAE . 43 (6): 18–27.
  3. ^ Бауман, Фред; Вебстер, Том; Цзинь, Хуэй (2006). «Рекомендации по проектированию пленумов под полом» . Отопление / трубопроводы / кондиционирование воздуха . 78 : 28–30, 32–34.
  4. ^ Фолкнер, Дэвид; Фиск, Уильям Дж .; Салливан, Дуглас П. (1995). «Внутренний воздушный поток и удаление загрязняющих веществ в помещении с напольной целевой вентиляцией: результаты дополнительных экспериментов» . Строительство и окружающая среда . 30 (3): 323–332. DOI : 10.1016 / 0360-1323 (94) 00051-S .
  5. ^ a b 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.
  6. ^ Hanzawa, H .; Хигучи, М. (1996), "Распределение воздушного потока в напольной камере распределения воздуха небольшой высоты в системе кондиционирования воздуха", AIJ Journal of Technology and Design , 3 : 200–205, doi : 10.3130 / aijt.2.200
  7. ^ Бауман, Фред; Пекора, Паоло; Вебстер, Том (1999), Как низко ты можешь спуститься? Характеристики потока воздуха в пленумах с низкой высотой под полом , Центр искусственной среды, Калифорнийский университет в Беркли
  8. ^ Бауман, Фред. «Диффузоры УФАД» . Центр искусственной среды, Калифорнийский университет в Беркли.
  9. ^ a b c d e f g h i j Бауман, Фред; Дейли, Аллан (2003), «Руководство по проектированию распределения воздуха под полом», ASHRAE
  10. ^ a b c Нильсен, П.В. (1996), "Вытесняющая вентиляция - теория и дизайн", U , Департамент строительных технологий и проектирования конструкций, Университет Ольборга, U9513, ISSN 0902-8005 
  11. ^ Вебстер, Т .; Бауман, Фред; Риз, Дж. (2002). «Распределение воздуха под полом: термическое расслоение» . Журнал ASHRAE . 44 (5).
  12. ^ а б Ли, KS; Цзян, З .; Чен, Q. (2009), "Эффективность распределения воздуха при стратифицированном распределении воздуха", ASHRAE Transactions , 115 (2)
  13. ^ a b 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. DOI : 10.1016 / j.enbuild.2010.10.017 .
  14. ^ Скьявон, Стефано; Ли, Кван Хо; Бауман, Фред; Webster, Том (2011), "Упрощенный метод расчета для проектирования охлаждения нагрузок в подпольном распределении воздуха (UFAD) система" , энергия и здания , 43 (2): 517-528, DOI : 10.1016 / j.enbuild.2010.10.017
  15. ^ 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 .
  16. ^ Сюэ, Гуанцин; Ли, Кисуп; Цзян, Чжэн; Чен, Цинъянь (2012). «Тепловая среда в помещениях с подпольными системами воздухораспределения: Часть 2. Определение проектных параметров (1522-РП)». HVAC & R. Исследования . 18: 6 : 1192–1201. DOI : 10,1080 / 10789669.2012.710058 (неактивный 2021-01-11).CS1 maint: DOI inactive as of January 2021 (link)
  17. ^ a b c d e 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. DOI : 10.1016 / j.apenergy.2011.09.011 .
  18. ^ Лерер, Дэвид; и другие. (2003), Reality новые результаты исследования систем распределения воздуха под полом. , Центр искусственной среды, Калифорнийский университет в Беркли, стр. 6 , получено 29 ноября 2011 г.
  19. ^ Вудс, Джеймс (2004), «Что реальный мировой опыт говорит нам об альтернативе UFAD» , ASHRAE Journal , извлекаться 2011-11-29
  20. ^ «Обзор технологии UFAD» . Центр искусственной среды . Проверено 27 ноя 2013 .

Внешние ссылки [ править ]

  • 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:

  1. Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха (ASHRAE) http://www.ashrae.org/
  2. Институт технологий кондиционирования и охлаждения (ARTI)
  3. Институт кондиционирования, отопления и охлаждения (AHRI) http://www.ahrinet.org/