Вентиляционное охлаждение — это использование естественной или механической вентиляции для охлаждения внутренних помещений. [1] Использование наружного воздуха снижает нагрузку на охлаждение и энергопотребление этих систем, поддерживая при этом высокое качество внутренних условий; пассивное вентиляционное охлаждение может исключить потребление энергии. Стратегии вентиляционного охлаждения применяются в широком диапазоне зданий и могут даже иметь решающее значение для реализации отремонтированных или новых высокоэффективных зданий и зданий с нулевым потреблением энергии (ZEB). [2] Вентиляция присутствует в зданиях в основном из соображений качества воздуха . Ее можно использовать дополнительно для удаления как избыточного притока тепла, так и для увеличения скорости воздуха и, таким образом, расширения диапазона теплового комфорта . [3] Вентиляционное охлаждение оценивается по долгосрочным индексам оценки. [4] Вентиляционное охлаждение зависит от наличия соответствующих внешних условий и от теплофизических характеристик здания.
Фон
В последние годы перегрев зданий стал проблемой не только на этапе проектирования, но и в процессе эксплуатации. Причины следующие: [5] [6]
Высокие стандарты энергоэффективности, которые снижают потребность в отоплении в климате с преобладанием отопления. В основном относятся к повышению уровня изоляции и ограничению скорости инфильтрации
На этапе проектирования внутренние теплопоступления и поведение людей не были точно рассчитаны (разрыв в производительности).
Во многих исследованиях комфорта после проживания перегрев является частой проблемой не только в летние месяцы, но и в переходные периоды, в том числе в умеренном климате.
Возможности и ограничения
Эффективность вентиляционного охлаждения была исследована многими исследователями и была задокументирована во многих отчетах по оценке после заселения. [7] [8] [9] Эффективность охлаждения системы (естественной или механической вентиляции) зависит от скорости воздушного потока , которую можно установить, тепловой мощности конструкции и теплопередачи элементов. В холодные периоды охлаждающая способность наружного воздуха велика. Риск сквозняков также важен. Летом и в переходные месяцы охлаждающая способность наружного воздуха может быть недостаточной для компенсации перегрева в помещении в дневное время, и применение вентиляционного охлаждения будет ограничено только в ночной период. Ночная вентиляция может эффективно удалять накопленное тепло (внутреннее и солнечное ) в дневное время в строительных конструкциях . [10]
Для оценки охлаждающего потенциала местоположения были разработаны упрощенные методы. [11] [12] [13] [14] Эти методы в основном используют информацию о характеристиках здания, индексы диапазона комфорта и данные о местном климате. В большинстве упрощенных методов тепловая инерция игнорируется.
Критические ограничения для вентиляционного охлаждения:
Требования к вентиляционному охлаждению в нормативных актах сложны. Расчеты энергоэффективности во многих странах мира явно не учитывают вентиляционное охлаждение. Доступные инструменты, используемые для расчетов энергоэффективности, не подходят для моделирования воздействия и эффективности вентиляционного охлаждения, особенно посредством годовых и ежемесячных расчетов. [16]
Исследования случаев
Большое количество зданий, использующих стратегии вентиляционного охлаждения, уже построено по всему миру. [17] [18] [19] Вентиляционное охлаждение можно найти не только в традиционной архитектуре до кондиционирования воздуха, но и во временных европейских и международных зданиях с низким энергопотреблением . Для этих зданий приоритетными являются пассивные стратегии. Когда пассивных стратегий недостаточно для достижения комфорта, применяются активные стратегии. В большинстве случаев в летний период и переходные месяцы используется автоматически управляемая естественная вентиляция . В отопительный сезон для обеспечения качества воздуха в помещении используется механическая вентиляция с рекуперацией тепла . Большинство зданий имеют высокую тепловую массу . Поведение пользователя является решающим элементом для успешной работы метода.
Компоненты здания и стратегии управления
Строительные компоненты вентиляционного охлаждения применяются на всех трех уровнях проектирования зданий, чувствительных к климату, т.е. проектирование участка, архитектурное проектирование и технические вмешательства. Группировка этих компонентов следующая: [1] [20]
Компоненты вентиляции, направляющие поток воздуха ( окна , зенитные фонари, двери , заслонки и решетки, вентиляторы , заслонки, жалюзи, вентиляционные отверстия специального назначения)
Компоненты вентиляционных систем здания, улучшающие воздушный поток ( дымоходы , атриумы, вентиляторы Вентури, ветроуловители, ветровые башни и ковши, двойные фасады, вентилируемые стены )
Пассивное охлаждение компонентов здания (конвективные компоненты, испарительные компоненты, компоненты с фазовым переходом)
Стратегии управления в решениях по вентиляционному охлаждению 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 CO2 . [ 21] Во многих зданиях, в которых жильцы научились управлять системами, было достигнуто снижение потребления энергии. Основными параметрами управления являются рабочая (воздуха и лучистая) температура (как пиковая, фактическая или средняя), занятость, концентрация углекислого газа и уровни влажности. [21] Автоматизация более эффективна, чем персональный контроль. [1] Ручное управление или ручное отключение автоматического управления очень важны, поскольку это положительно влияет на принятие и оценку пользователем внутреннего климата (а также на стоимость). [22] Третий вариант заключается в том, что эксплуатация фасадов остается под личным контролем жильцов, но система автоматизации здания дает активную обратную связь и конкретные рекомендации.
Существующие методы и инструменты
Проектирование зданий характеризуется различными уровнями детального проектирования. 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 сгруппировать в две категории: [1]
Инструменты моделирования на ранней стадии, включающие эмпирические модели, монозонную модель, двумерные модели сетей воздушного потока; и
Инструменты детального моделирования, включающие модели воздушных потоков, связанные модели BES-AFN, зональные модели, вычислительную гидродинамику , связанные модели CFD-BES-AFN.
Существующая литература включает обзоры доступных методов моделирования воздушного потока. [9] [23] [24] [25] [26] [27] [28]
Приложение 62 к EBC МЭА
Приложение 62 «вентиляционное охлаждение» было исследовательским проектом Программы по энергетике в зданиях и сообществах (EBC) Международного энергетического агентства (МЭА) с четырехлетней рабочей фазой (2014–2018 гг.). [29]
Основная цель состояла в том, чтобы сделать вентиляционное охлаждение привлекательным и энергоэффективным решением для охлаждения, чтобы избежать перегрева как новых, так и отремонтированных зданий . Результаты Приложения облегчают лучшие возможности для прогнозирования и оценки отвода тепла и риска перегрева — как для целей проектирования, так и для расчета энергоэффективности. Документированная производительность систем вентиляционного охлаждения посредством анализа тематических исследований была направлена на содействие использованию этой технологии в будущих высокопроизводительных и обычных зданиях. [30]
Для достижения основной цели Приложение имело следующие цели для научно-исследовательской и опытно-конструкторской работы:
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 решений вентиляционного охлаждения, а также по проектированию и эксплуатации вентиляционного охлаждения как в жилых, так и в коммерческих зданиях .
Разработать руководящие принципы по интеграции вентиляционного охлаждения в методы и правила расчета энергоэффективности, включая спецификацию и проверку ключевых показателей эффективности.
Разработать инструкции по улучшению охлаждающей способности вентиляционных систем существующих систем и по разработке новых решений в области охлаждения вентиляционных систем, включая стратегии их управления.
Продемонстрировать эффективность решений в области вентиляционного охлаждения посредством анализа и оценки хорошо документированных тематических исследований.
Исследовательская работа по Приложению 62 была разделена на три подзадачи.
Подзадача A "Методы и инструменты" анализирует, разрабатывает и оценивает подходящие методы проектирования и инструменты для прогнозирования потребности в охлаждении, эффективности вентиляционного охлаждения и риска перегрева в зданиях. Подзадача также дает рекомендации по интеграции вентиляционного охлаждения в методы расчета и регулирования энергоэффективности, включая спецификацию и проверку ключевых показателей эффективности.
Подзадача B "Решения" исследовала охлаждающую способность существующих механических, естественных и гибридных систем и технологий вентиляции, а также типичных решений по управлению комфортом в качестве отправной точки для расширения границ их использования. На основе этих исследований подзадача также разработала рекомендации для новых видов гибких и надежных решений по вентиляционному охлаждению, которые создают комфорт в широком диапазоне климатических условий.
Подзадача C «Исследования примеров» продемонстрировала эффективность вентиляционного охлаждения посредством анализа и оценки хорошо документированных исследований примеров.
^ abcde P. Heiselberg, M. Kolokotroni. "Ventilative Cooling. State of the art review". Факультет гражданского строительства. Университет Ольборга, Дания. 2015
^ venticool, международная платформа для вентиляционного охлаждения. «Что такое вентиляционное охлаждение?». Получено в июне 2018 г.
^ Ф. Никол, М. Уилсон. «Обзор европейского стандарта EN 15251». Труды конференции: Адаптация к изменениям: новое мышление о комфорте. Cumberland Lodge, Виндзор, Великобритания, 9–11 апреля 2010 г.
^ С. Карлуччи, Л. Пальяно. «Обзор индексов для долгосрочной оценки общих условий теплового комфорта в зданиях». Энергия и здания 53:194-205 · Октябрь 2012 г.
^ AECOM «Исследование перегрева в домах». Департамент по делам общин и местного самоуправления, Великобритания. ISBN 978-1-4098-3592-9 . Июль 2012 г.
^ NHBC Foundation. «Перегрев в новых домах. Обзор доказательств». ISBN 978-1-84806-306-8 . 6 декабря 2012 г.
^ H. Awbi. «Системы вентиляции: проектирование и эксплуатационные характеристики». Taylor & Francis. ISBN 978-0419217008 . 2008.
^ М. Сантамурис, П. Воутерс. «Вентиляция зданий: современное состояние». Routledge. ISBN 978-1844071302 . 2006
^ Ф. Аллард. «Естественная вентиляция в зданиях: Справочник по проектированию». Earthscan Publications Ltd. ISBN 978-1873936726 . 1998
^ М. Сантамоурис, Д. Колокоца. «Пассивные методы рассеивания тепла для зданий и других сооружений: современное состояние». Энергия и строительство 57: 74-94. 2013
^ C. Ghiaus. "Потенциал свободного охлаждения с помощью вентиляции". Solar Energy 80: 402-413. 2006
^ Н. Артманн, П. Гейзельберг. "Климатический потенциал пассивного охлаждения зданий ночной вентиляцией в Европе". Applied Energy. 84 (2): 187-201. 2006
^ A. Belleri, T. Psomas, P. Heiselberg, Per. "Инструмент оценки климатического потенциала для вентиляционного охлаждения". 36-я конференция AIVC "Эффективная вентиляция в высокопроизводительных зданиях", Мадрид, Испания, 23–24 сентября 2015 г. стр. 53-66. 2015
^ Р. Яо, К. Стимерс, Н. Бейкер. «Стратегический метод проектирования и анализа естественной вентиляции для летнего охлаждения». Build Serv Eng Res Technol. 26 (4). 2005
^ Белиас, Эвангелос; Лицина, Душан (2023). «Влияние загрязнения наружного воздуха на потенциал вентиляционного охлаждения жилых помещений в Европе». Энергия и здания . 289. doi : 10.1016/j.enbuild.2023.113044 .
^ М. Капсалаки, Ф. Р. Карри. «Обзор положений по вентиляционному охлаждению в 8 европейских нормах энергоэффективности зданий». venticool, международная платформа по вентиляционному охлаждению. 2015.
^ P. Holzer, T. Psomas, P. O'Sullivan. «Международная база данных по применению вентиляционного охлаждения». CLIMA 2016: Труды 12-го Всемирного конгресса REHVA, 22–25 мая 2016 г., Ольборг, Дания. 2016
^ venticool, международная платформа для вентиляционного охлаждения. «База данных приложений вентиляционного охлаждения». Получено в июне 2018 г.
^ P. O'Sullivan, A. O'Donovan. Исследования случаев вентиляционного охлаждения. Университет Ольборга, Дания. 2018
^ P. Holzer, T.Psomas. Справочник по вентиляционному охлаждению. Университет Ольборга, Дания. 2018
^ аб 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: Пересмотр стандарта 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.
^ Q. Chen. «Прогнозирование эффективности вентиляции для зданий: обзор методов и недавние применения». Строительство и окружающая среда, 44(4), 848-858. 2009
^ А. Дельсанте, Т.А. Вик. «Гибридная вентиляция — обзор современного состояния», Приложение 35 IEA-ECBCS. 1998.
^ J. Zhai, M. Krarti, MH Johnson. «Оценка и внедрение моделей естественной и гибридной вентиляции при моделировании энергопотребления всего здания», Кафедра гражданского, экологического и архитектурного строительства, Университет Колорадо, ASHRAE TRP-1456. 2010.
^ А. Фукье, С. Робер, Ф. Сюард, Л. Стефан, А. Джей. «Современное состояние моделирования зданий и прогнозирования энергетических характеристик: обзор», Renewable and Sustainable Energy Reviews, т. 23. стр. 272-288. 2013.
^ J. Hensen "Интегрированное моделирование воздушного потока в здании". Advanced Building Simulation. стр. 87-118. Taylor & Francis. 2004
^ Программа Международного энергетического агентства по энергоснабжению зданий и сообществ, «Приложение 62 EBC Вентиляционное охлаждение. Архивировано 17 марта 2016 г. на Wayback Machine », получено в июне 2018 г.
^ venticool, международная платформа для вентиляционного охлаждения. «О приложении 62». Получено в июне 2018 г.