Вентиляционное охлаждение

Створчатое окно с двумя створками, которые можно регулировать для регулирования потока воздуха и температуры.

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 показателям долгосрочной оценки. ^[4] Вентиляционное охлаждение зависит от наличия соответствующих внешних условий и теплофизических характеристик здания.

Фон

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 скорости проникновения .
• 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

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 тепло (внутреннее и солнечное ) в конструкциях здания . ^[10] Для оценки охлаждающего потенциала данной местности были 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
• Загрязнение наружного воздуха
• Домашние животные и насекомые
• Проблемы с безопасностью
• Региональные ограничения

Существующие правила

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

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 применяется автоматически регулируемая естественная вентиляция . В отопительный сезон из соображений качества воздуха в помещении применяется механическая вентиляция с рекуперацией тепла . Большинство зданий имеют высокую тепловую массу . Поведение пользователя является решающим элементом успешной работы метода.

Компоненты сборки и стратегии управления

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. Эти компоненты группируются следующим образом: ^{[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 заключается в том, что эксплуатация фасадов остается под личным контролем жильцов, но система автоматизации здания дает активную обратную связь и конкретные советы.

Существующие методы и инструменты

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 сети 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] [22] [23] [24] [25] [26] [27]}

Приложение 62 МЭА EBC

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 отремонтированных 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 определены 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 вентиляционной охлаждающей способности 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.

Смотрите также

• Кондиционер
• Архитектурное Проектирование
• Глоссарий ОВиК
• Зеленое здание
• Отопление, вентиляция, 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
• Термическая масса
• Вентикул
• Вентиляция (архитектура)

Рекомендации

1. П. Гейзельберг, М. Колокотрони. «Вентиляционное охлаждение. Обзор современного состояния». Департамент гражданского строительства. Ольборгский университет, Дания. 2015 год
2. venticool, международная платформа вентиляционного охлаждения. «Что такое вентиляционное охлаждение?». Получено в июне 2018 г.
3. 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.
4. С. Карлуччи, Л. Пальяно. «Обзор показателей для долгосрочной оценки условий общего теплового комфорта в зданиях». Энергия и строительство 53:194-205 · Октябрь 2012 г.
5. AECOM «Исследование перегрева домов». Департамент по делам сообществ и местного самоуправления, Великобритания. ISBN  978-1-4098-3592-9 . июль 2012 г.
6. Фонд NHBC. «Перегрев в новых домах. Анализ доказательств». ISBN 978-1-84806-306-8 . 6 декабря 2012 г. 
7. Х. Ауби. «Системы вентиляции: проектирование и эксплуатация». Тейлор и Фрэнсис. ISBN 978-0419217008 . 2008. 
8. М. Сантамоурис, П. Воутерс. «Вентиляция зданий: современное состояние». Рутледж. ISBN 978-1844071302 . 2006 г. 
9. Ф. Аллард. «Естественная вентиляция в зданиях: Справочник по проектированию». ISBN Earthscan Publications Ltd. 978-1873936726 . 1998 год 
10. М. Сантамоурис, Д. Колокоца. «Техники пассивного охлаждения зданий и других сооружений: современное состояние». Энергия и строительство 57: 74–94. 2013
11. К. Гиаус. «Возможность естественного охлаждения посредством вентиляции». Солнечная энергия 80: 402-413. 2006 г.
12. Н. Артманн, П. Гейзельберг. «Климатический потенциал пассивного охлаждения зданий ночной вентиляцией в Европе». Прикладная энергетика. 84 (2): 187–201. 2006 г.
13. 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
14. 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.
15. М. Капсалаки, Ф. Р. Карри. «Обзор положений по вентиляционному охлаждению в рамках 8 европейских правил энергоэффективности зданий». venticool, международная платформа вентиляционного охлаждения. 2015.
16. 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
17. venticool, международная платформа вентиляционного охлаждения. «База данных по применению вентиляционного охлаждения». Получено в июне 2018 г.
18. П. О'Салливан, А. О' Донован. Практические примеры вентиляционного охлаждения. Ольборгский университет, Дания. 2018 год
19. П. Хольцер, Т.Псомас. Справочник по вентиляционному охлаждению. Ольборгский университет, Дания. 2018 год
20. П. Гейзельберг (ред.). «Руководство по проектированию вентиляционного охлаждения». Ольборгский университет, Дания. 2018 год
21. RG de Dear, GS Brager. «Тепловой комфорт в зданиях с естественной вентиляцией: поправки к стандарту ASHRAE 55». Энергия и здания. 34 (6).2002
22. 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.
23. В. Чен. «Прогнозирование эффективности вентиляции зданий: обзор метода и недавние применения». Строительство и окружающая среда, 44(4), 848-858. 2009 год
24. А. Дельсанте, Т. А. Вик. «Гибридная вентиляция – обзор современного состояния», Приложение 35 IEA-ECBCS, 1998 г.
25. 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.
26. А. Фукье, С. Робер, Ф. Суар, Л. Стефан, А. Джей. «Современное состояние моделирования зданий и прогнозирования энергетических характеристик: обзор», Обзоры возобновляемых источников энергии и устойчивой энергетики, том. 23. С. 272–288. 2013.
27. Дж. Хенсен «Комплексное моделирование воздушного потока в здании». Расширенное моделирование зданий. стр. 87-118. Тейлор и Фрэнсис. 2004 г.
28. Программа Международного энергетического агентства «Энергия в зданиях и сообществах», «Вентиляционное охлаждение, Приложение 62 EBC. Архивировано 17 марта 2016 г. на Wayback Machine », дата обращения: июнь 2018 г.
29. venticool, международная платформа вентиляционного охлаждения. «О Приложении 62». Получено в июне 2018 г.