Вытесняющая вентиляция (DV) — это стратегия распределения воздуха в помещении , при которой кондиционированный наружный воздух подается с низкой скоростью через воздухораспределители, расположенные вблизи уровня пола, и вытягивается над рабочей зоной, обычно на высоте потолка. [1]
Типичная система вытесняющей вентиляции, например, в офисном помещении, подает кондиционированный холодный воздух из вентиляционной установки (AHU) через воздухораспределитель с низкой индукцией. Типы диффузоров различаются в зависимости от области применения. Диффузоры могут быть расположены у стены («настенные»), в углу комнаты («угловые») или над полом, но не у стены («отдельно стоящие»). [2] Холодный воздух ускоряется из-за силы плавучести , распространяется тонким слоем по полу, достигая относительно высокой скорости перед тем, как подняться из-за теплообмена с источниками тепла (например, жильцы, компьютеры, светильники). [3] Поглощая тепло от источников тепла, холодный воздух становится теплее и менее плотным. Разница в плотности между холодным и теплым воздухом создает восходящие конвективные потоки, известные как тепловые шлейфы . Вместо того, чтобы работать как автономная система во внутреннем пространстве, система вытесняющей вентиляции также может быть связана с другими источниками охлаждения и нагрева, такими как лучистые охлаждающие потолки [4] или плинтусный обогрев. [1]
Вытесняющая вентиляция была впервые применена в промышленном здании в Скандинавии в 1978 году и с тех пор часто использовалась в аналогичных приложениях, а также в офисных помещениях по всей Скандинавии. [1] К 1989 году было подсчитано, что вытесняющая вентиляция составляла 50% в промышленных приложениях и 25% в офисах в странах Северной Европы. [5] Применение в Соединенных Штатах не было столь распространено, как в Скандинавии. Были проведены некоторые исследования для оценки практичности этого приложения на рынках США из-за различных типичных конструкций помещений [1] и применения в жарком и влажном климате, а также исследования для оценки потенциального качества внутренней среды и преимуществ энергосбережения этой стратегии в США и других странах.
Вытесняющая вентиляция применялась во многих известных зданиях, таких как Международный аэропорт Суварнабхуми в Бангкоке, Таиланд, здание Центра летных проектов Лаборатории реактивного движения НАСА [6] [7] и Терминал 2 Международного аэропорта Сан-Франциско [8] [9] и другие.
В системах DV важную роль играют тепловые шлейфы и приточный воздух из диффузоров, определяющий скорость воздушного потока на уровне пола. Необходимо тщательно устанавливать скорость воздушного потока из диффузора, чтобы избежать сквозняков.
Из-за уникальных свойств термической стратификации вытесняющая вентиляция обычно используется для охлаждения, а не для отопления. Во многих случаях в периоды отопления используется отдельный источник тепла, такой как радиатор или плинтус. [1]
Вытесняющая вентиляция лучше всего подходит для более высоких помещений (выше 3 метров [10 футов]). [2] Стандартная вентиляция смешивания может лучше подходить для небольших помещений, где качество воздуха не так важно, например, для офисов с одним человеком, и где высота помещения невысокая (например, ниже 2,3 метра [7,5 футов]). [2]
Системы вытесняющей вентиляции тише обычных потолочных систем с лучшей эффективностью вентиляции. Следовательно, они могут улучшить качество воздуха в помещении и обеспечить желаемую акустическую среду. Системы вытесняющей вентиляции подходят для помещений, где требуется высокая вентиляция, таких как классы, конференц-залы и офисы.
Вытесняющая вентиляция может быть причиной дискомфорта из-за большого вертикального градиента температуры и сквозняков. [10] Согласно исследованию Меликова и Пичурова, ощущения холода, вызванные вертикальной разницей температур и сквозняком, обычно возникают в области голени/лодыжки/ступней, в то время как сообщалось о теплых ощущениях в области головы. [11] Исследование также показывает, что модель оценки сквозняков может с высокой точностью предсказать риск сквозняка в помещениях с системами вытесняющей вентиляции.
В этих двух вопросах есть компромисс: за счет увеличения скорости потока (и способности удалять большие тепловые нагрузки) можно уменьшить вертикальный температурный градиент, но это может увеличить риск сквозняков. [1] Сочетание вытесняющей вентиляции с лучистыми охлаждающими потолками является попыткой смягчить эту проблему. [12] Согласно некоторым исследованиям, системы вытесняющей вентиляции могут обеспечить приемлемый комфорт только в том случае, если соответствующая охлаждающая нагрузка составляет менее 13 БТЕ/ч-кв. фут или 40 Вт/ м2 .
Одним из преимуществ вытесняющей вентиляции, возможно, является превосходное качество воздуха в помещении , достигаемое за счет вытяжки загрязненного воздуха из помещения. Лучшее качество воздуха достигается, когда источником загрязнения является также источник тепла. [1] [2]
Эффективность вытесняющей вентиляции при удалении твердых частиц была недавно исследована. [13] [14] Небольшие водяные капли, содержащие инфекционные ядра, часто выделяются в больничных палатах и других закрытых помещениях и, как правило, оседают в окружающем воздухе со скоростью порядка 1–10 мм/с. В холодном климате или в холодное время года достаточно мелкие капли извлекаются из верхней части пространства с вытесняющей вентиляцией, если средняя скорость восходящего воздуха превышает скорость оседания частиц. Однако лабораторные эксперименты показали, что более крупные капли могут оседать быстрее, чем движется воздух. В этом случае крупные капли не извлекаются эффективно из пространства с восходящей вытесняющей вентиляцией, и их концентрация увеличивается, если скорость вентиляции увеличивается. [13] В более теплом климате или в теплое время года в пространстве с нисходящей вытесняющей вентиляцией могут возникать крупномасштабные нестабильности концентрации загрязняющих веществ. [14]
Некоторые исследования показали, что вытесняющая вентиляция может экономить энергию по сравнению со стандартной смешивающей вентиляцией в зависимости от типа использования здания, конструкции/массирования/ориентации и других факторов. [1] Однако для оценки энергопотребления вытесняющей вентиляции основным методом является численное моделирование, поскольку ежегодные измерения слишком дороги и требуют много времени. Следовательно, вопрос о том, может ли вытесняющая вентиляция помочь в экономии энергии, все еще остается открытым. В целом вытесняющая вентиляция привлекательна для центральной области здания, поскольку не требует отопления. Однако периметральные зоны требуют высокой энергии охлаждения.
Были опубликованы различные руководства по проектированию систем вытесняющей вентиляции, в том числе:
Среди вышеперечисленных руководств, разработанное Ченом и Гликсманом, нацелено конкретно на выполнение Стандарта США. Ниже приводится краткое описание каждого шага их руководства. [15]
Шаг 1) Оцените применимость вытесняющей вентиляции
Шаг 2) Рассчитайте летнюю проектную холодильную нагрузку.
Шаг 3) Определить требуемый расход приточного воздуха для летнего охлаждения.
Шаг 4) Определите необходимый расход свежего воздуха для приемлемого качества воздуха в помещении.
Шаг 5) Определите расход приточного воздуха.
Шаг 6) Рассчитайте расход приточного воздуха.
Шаг 7) Определите соотношение свежего воздуха и приточного воздуха.
Шаг 8) Выберите размер и количество диффузоров приточного воздуха.
Шаг 9) Проверьте состояние отопления в зимнее время.
Шаг 10) Оцените первоначальные затраты и годовое потребление энергии.