Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха ( ОВиК ) [1] — это использование различных технологий для контроля температуры , влажности и чистоты воздуха в закрытом помещении. Его цель – обеспечить тепловой комфорт и приемлемое качество воздуха в помещении . Проектирование систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха является разделом машиностроения , основанным на принципах термодинамики , механики жидкости и теплопередачи . « Охлаждение » иногда добавляется к аббревиатуре HVAC&R или HVACR , либо слово «вентиляция» опускается, как в HACR (как в обозначении автоматических выключателей с рейтингом HACR ).
ОВиК является важной частью жилых построек, таких как дома на одну семью, многоквартирные дома, гостиницы и жилые дома для престарелых; средние и крупные промышленные и офисные здания, такие как небоскребы и больницы; транспортные средства, такие как автомобили, поезда, самолеты, корабли и подводные лодки; и в морской среде, где безопасные и здоровые условия в зданиях регулируются с точки зрения температуры и влажности, с использованием свежего воздуха снаружи.
Вентиляция или вентиляция («V» в HVAC) — это процесс обмена или замены воздуха в любом помещении для обеспечения высокого качества воздуха в помещении, который включает в себя контроль температуры, пополнение запасов кислорода и удаление влаги, запахов, дыма, тепла, пыли, переносимых по воздуху веществ. бактерии, углекислый газ и другие газы. Вентиляция удаляет неприятные запахи и излишнюю влажность, обеспечивает приток наружного воздуха, поддерживает циркуляцию воздуха внутри здания и предотвращает застой внутреннего воздуха. Способы вентиляции здания делятся на механические/принудительные и естественные . [2]
Три основные функции отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха взаимосвязаны, особенно с необходимостью обеспечить тепловой комфорт и приемлемое качество воздуха в помещении при разумных затратах на установку, эксплуатацию и техническое обслуживание. Системы HVAC могут использоваться как в жилых, так и в коммерческих помещениях. Системы HVAC могут обеспечивать вентиляцию и поддерживать соотношение давления между помещениями. Способ подачи и удаления воздуха из помещений известен как распределение воздуха в помещении . [3]
В современных зданиях системы проектирования, монтажа и управления этими функциями интегрированы в одну или несколько систем HVAC. Для очень небольших зданий подрядчики обычно оценивают мощность и тип необходимой системы, а затем проектируют систему, выбирая соответствующий хладагент и различные необходимые компоненты. Для более крупных зданий проектировщики инженерных систем, инженеры-механики или инженеры по обслуживанию зданий анализируют, проектируют и определяют системы HVAC. Затем специализированные механические подрядчики и поставщики изготавливают, устанавливают и вводят в эксплуатацию системы. Разрешения на строительство и проверки установок на соответствие нормам обычно требуются для зданий всех размеров.
Хотя ОВиК осуществляется в отдельных зданиях или других закрытых помещениях (например, в подземной штаб-квартире NORAD ), используемое оборудование в некоторых случаях является продолжением более крупной сети централизованного теплоснабжения (ЦТ) или централизованного охлаждения (DC), или объединенной сети ЦТК. В таких случаях аспекты эксплуатации и технического обслуживания упрощаются, и возникает необходимость учета энергии, которая потребляется, а в некоторых случаях и энергии, которая возвращается в более крупную систему. Например, в определенный момент одно здание может использовать охлажденную воду для кондиционирования воздуха, а возвращаемая им теплая вода может использоваться в другом здании для отопления или для всей отопительной части сети ЦТК (вероятно, с добавлением энергии для повышения температуры). температура). [4] [5] [6]
Использование систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в более крупной сети помогает обеспечить экономию за счет масштаба, которая часто невозможна для отдельных зданий, для использования возобновляемых источников энергии, таких как солнечное тепло, [7] [8] [9] зимние холода, [10] [11 ] потенциал охлаждения в некоторых местах озер или морской воды для естественного охлаждения , а также функция сезонного хранения тепловой энергии . Использование природных источников, которые можно использовать для систем отопления, вентиляции и кондиционирования, может иметь огромное значение для окружающей среды и помочь расширить знания об использовании различных методов.
Система отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха основана на изобретениях и открытиях Николая Львова , Майкла Фарадея , Роллы К. Карпентера , Уиллиса Кэрриера , Эдвина Рууда , Рубена Трейна , Джеймса Джоуля , Уильяма Рэнкина , Сади Карно , Элис Паркер и многих других. [12]
Множество изобретений в этот период предшествовало появлению первой комфортной системы кондиционирования воздуха, которая была разработана в 1902 году Альфредом Вольфом (Купер, 2003) для Нью-Йоркской фондовой биржи, в то время как Уиллис Кэрриер оснастил этим процессом типографию Sacketts-Wilhems. Блок переменного тока того же года. Колледж Койн был первой школой, предложившей обучение в области систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в 1899 году. [13] Первый жилой кондиционер был установлен к 1914 году, а к 1950-м годам произошло «широко распространенное внедрение бытовых кондиционеров». [14]
Изобретение компонентов систем HVAC шло рука об руку с промышленной революцией , и компании и изобретатели по всему миру постоянно внедряют новые методы модернизации, повышения эффективности и управления системами.
Обогреватели — это приборы, целью которых является выработка тепла (т. е. тепла) для здания. Это можно сделать с помощью центрального отопления . Такая система содержит котел , печь или тепловой насос для нагрева воды, пара или воздуха в центральном месте, например, в котельной в доме или в механическом помещении в большом здании. Тепло может передаваться посредством конвекции , проводимости или излучения . Обогреватели используются для обогрева отдельных помещений и состоят только из одного блока.
Нагреватели существуют для различных видов топлива, включая твердое топливо , жидкости и газы . Другим типом источника тепла является электричество , обычно нагревающее ленты, состоящие из проволоки с высоким сопротивлением (см. Нихром ). Этот принцип также используется в плинтусных и переносных обогревателях . Электрические нагреватели часто используются в качестве резервного или дополнительного источника тепла для систем тепловых насосов.
Тепловой насос приобрел популярность в 1950-х годах в Японии и США. [15] Тепловые насосы могут извлекать тепло из различных источников , таких как окружающий воздух, выхлопной воздух из здания или из земли. Тепловые насосы передают тепло снаружи конструкции в воздух внутри. Первоначально системы отопления, вентиляции и кондиционирования с тепловым насосом использовались только в умеренном климате, но с улучшением работы при низких температурах и снижением нагрузок благодаря более эффективным домам их популярность растет в более прохладном климате. Они также могут работать в обратном направлении для охлаждения салона.
В случае нагрева воды или пара для передачи тепла в помещения используются трубопроводы. Большинство современных систем отопления с водогрейным котлом имеют циркуляционный насос, который перемещает горячую воду через систему распределения (в отличие от старых систем с гравитационной подачей ). Тепло может передаваться в окружающий воздух с помощью радиаторов , змеевиков с горячей водой (гидровоздуха) или других теплообменников. Радиаторы можно монтировать на стенах или устанавливать в полу для обогрева пола.
Использование воды в качестве теплоносителя известно как гидроника . Нагретая вода также может поступать во вспомогательный теплообменник для подачи горячей воды для купания и стирки.
Системы теплого воздуха распределяют нагретый воздух по системам воздуховодов, приточного и возвратного воздуха по металлическим или стеклопластиковым воздуховодам. Во многих системах используются одни и те же воздуховоды для распределения воздуха, охлажденного змеевиком испарителя, для кондиционирования воздуха. Подаваемый воздух обычно фильтруется через воздушные фильтры для удаления пыли и частиц пыльцы. [16]
Использование печей, обогревателей и котлов для обогрева помещений может привести к неполному сгоранию и выбросам угарного газа , оксидов азота , формальдегида , летучих органических соединений и других побочных продуктов сгорания. Неполное сгорание происходит при недостаточном количестве кислорода; на входе — топливо, содержащее различные загрязняющие вещества, а на выходе — вредные побочные продукты, наиболее опасный угарный газ, который представляет собой газ без вкуса и запаха, оказывающий серьезное вредное воздействие на здоровье. [17]
Без надлежащей вентиляции угарный газ может быть смертельным при концентрации 1000 частей на миллион (0,1%). Однако воздействие угарного газа при концентрации нескольких сотен частей на миллион вызывает головные боли, усталость, тошноту и рвоту. Оксид углерода связывается с гемоглобином в крови, образуя карбоксигемоглобин, снижая способность крови переносить кислород. Основными проблемами со здоровьем, связанными с воздействием угарного газа, являются его сердечно-сосудистые и нейроповеденческие последствия. Угарный газ может вызвать атеросклероз (затвердевание артерий), а также спровоцировать сердечные приступы. С неврологической точки зрения воздействие угарного газа снижает координацию рук и глаз, бдительность и непрерывную работоспособность. Это также может повлиять на временную дискриминацию. [18]
Вентиляция — это процесс изменения или замены воздуха в любом помещении для контроля температуры или удаления любого сочетания влаги, запахов, дыма, тепла, пыли, переносимых по воздуху бактерий или углекислого газа, а также для пополнения запасов кислорода. Под вентиляцией часто понимают целенаправленную доставку наружного воздуха во внутренние помещения здания. Это один из важнейших факторов поддержания приемлемого качества воздуха внутри зданий. Способы вентиляции здания можно разделить на механические/принудительные и естественные . [19]
Механическая, или принудительная, вентиляция обеспечивается приточно -вытяжной установкой (AHU) и используется для контроля качества воздуха в помещении. Избыточную влажность , запахи и загрязнения часто можно контролировать путем разбавления или замены наружным воздухом. Однако во влажном климате требуется больше энергии для удаления избыточной влаги из вентиляционного воздуха.
Кухни и ванные комнаты обычно имеют механическую вытяжку для контроля запахов, а иногда и влажности. Факторы при проектировании таких систем включают скорость потока (которая зависит от скорости вентилятора и размера вытяжного отверстия) и уровень шума. Вентиляторы с прямым приводом доступны для многих применений и могут снизить потребность в техническом обслуживании.
Летом потолочные и настольные/напольные вентиляторы обеспечивают циркуляцию воздуха в помещении с целью снижения воспринимаемой температуры за счет увеличения испарения пота с кожи находящихся в помещении людей. Поскольку горячий воздух поднимается вверх, потолочные вентиляторы можно использовать для поддержания тепла в помещении зимой за счет циркуляции теплого стратифицированного воздуха от потолка к полу.
Естественная вентиляция – это вентиляция здания наружным воздухом без использования вентиляторов или других механических систем. Это может быть через открывающиеся окна, жалюзи или вентиляционные отверстия , когда пространство мало и позволяет архитектура. ASHRAE определил естественную вентиляцию как поток воздуха через открытые окна, двери, решетки и другие запланированные отверстия в ограждающих конструкциях здания , а также как приводимый в движение естественным и/или искусственно созданным перепадом давления. [2]
В более сложных схемах теплый воздух поднимается и выходит из высоких проемов здания наружу ( эффект стека ), в результате чего прохладный наружный воздух втягивается в низкие проемы здания. Схемы естественной вентиляции могут потреблять очень мало энергии, но необходимо позаботиться о обеспечении комфорта. В теплом или влажном климате поддержание теплового комфорта исключительно за счет естественной вентиляции может оказаться невозможным. Системы кондиционирования воздуха используются либо в качестве резервных, либо в качестве дополнения. Экономайзеры на воздушной стороне также используют наружный воздух для кондиционирования помещений, но делают это с использованием вентиляторов, воздуховодов, заслонок и систем управления для подачи и распределения прохладного наружного воздуха, когда это необходимо.
Важным компонентом естественной вентиляции является скорость воздухообмена или воздухообмен в час : часовая скорость вентиляции, деленная на объем помещения. Например, шесть замен воздуха в час означает, что каждые десять минут добавляется количество нового воздуха, равное объему помещения. Для комфорта человека типично минимум четыре воздухообмена в час, хотя на складах их может быть только два. Слишком высокая скорость воздухообмена может вызывать дискомфорт, как в аэродинамической трубе , в которой происходят тысячи воздухообменов в час. Самая высокая скорость воздухообмена наблюдается в многолюдных помещениях, барах, ночных клубах, коммерческих кухнях — от 30 до 50 воздухообменов в час. [20]
Давление в помещении может быть как положительным, так и отрицательным по отношению к внешней среде. Положительное давление возникает, когда подается больше воздуха, чем выбрасывается, и обычно уменьшает проникновение внешних загрязнений. [21]
Естественная вентиляция [22] является ключевым фактором в снижении распространения заболеваний, передающихся воздушно-капельным путем, таких как туберкулез, простуда, грипп, менингит или COVID-19. Открытие дверей и окон — хороший способ максимизировать естественную вентиляцию, что значительно снизит риск заражения воздушно-капельным путем, чем при использовании дорогостоящих и требующих обслуживания механических систем. Старомодные клинические помещения с высокими потолками и большими окнами обеспечивают максимальную защиту. Естественная вентиляция стоит недорого, не требует технического обслуживания и особенно подходит для условий с ограниченными ресурсами и тропическим климатом, где бремя туберкулеза и передачи туберкулеза в учреждениях является самым высоким. В местах, где респираторная изоляция затруднена и позволяет климат, следует открывать окна и двери, чтобы снизить риск заражения воздушно-капельным путем. Естественная вентиляция не требует особого обслуживания и стоит недорого. [23]
Естественная вентиляция непрактична в большей части инфраструктуры из-за климатических условий. Это означает, что помещения должны иметь эффективные системы механической вентиляции или использовать системы вентиляции с потолочным ультрафиолетовым излучением или дальним ультрафиолетовым излучением.
Вентиляция измеряется в единицах воздухообмена в час (ACH). С 2023 года CDC рекомендует, чтобы во всех помещениях было минимум 5 ACH [24] . Для больничных палат с воздушно-капельным заражением CDC рекомендует минимум 12 ACH [25] . Проблемы с вентиляцией помещений заключаются в неосведомленности общественности [26] [27] , неэффективном государственном надзоре, плохих строительных нормах и правилах, основанных на уровне комфорта, плохой работе систем, плохом обслуживании и отсутствии прозрачности. [28]
Все думают, что с вентиляцией помещения все в порядке, но это не так. Ситуация аналогична загрязнению воды: если кто-то на самом деле не оценит ситуацию, вполне вероятно, что существует проблема. Реальность такова, что тарифы на вентиляцию (архитектуру) снижаются после энергетического кризиса 1970-х годов и запрета сигаретного дыма в 1980-х и 1990-х годах. Сегодня интенсивность вентиляции снижается еще больше из-за новой задачи по сокращению выбросов углекислого газа. Компромиссы заключаются в уменьшении выбросов углекислого газа в сравнении с повышенным риском респираторных инфекций из-за недостаточной вентиляции для разумного снижения инфекций, передающихся воздушно-капельным путем. Исследования в этой области являются новыми по состоянию на 2023 год. [29]
Система кондиционирования воздуха или автономный кондиционер обеспечивает охлаждение и/или контроль влажности для всего здания или его части. В зданиях с кондиционированием воздуха часто есть герметичные окна, поскольку открытые окна будут работать против системы, предназначенной для поддержания постоянного состояния воздуха в помещении. Снаружи свежий воздух обычно втягивается в систему через вентиляционное отверстие в камеру смесительного воздуха для смешивания с возвратным воздухом помещения. Затем смешанный воздух поступает в секцию теплообменника внутри или снаружи помещения, где воздух должен быть охлажден, а затем направляется в пространство, создавая положительное давление воздуха. Процентом возвратного воздуха, состоящего из свежего воздуха, обычно можно управлять, регулируя отверстие этого вентиляционного отверстия. Типичное потребление свежего воздуха составляет около 10% от общего объема приточного воздуха. [ нужна цитата ]
Кондиционирование воздуха и охлаждение обеспечиваются за счет отвода тепла. Тепло можно отводить посредством излучения , конвекции или проводимости . Теплоносителем является система охлаждения, такая как вода, воздух, лед, а химические вещества называются хладагентами . Хладагент используется либо в системе теплового насоса, в которой компрессор используется для управления термодинамическим холодильным циклом , либо в системе естественного охлаждения, в которой используются насосы для циркуляции холодного хладагента (обычно воды или смеси гликоля).
Крайне важно, чтобы мощность кондиционера была достаточной для охлаждаемой площади. Недостаточная мощность систем кондиционирования воздуха приведет к перерасходу электроэнергии и неэффективному использованию. Для любого установленного кондиционера требуется достаточная мощность.
В холодильном цикле для охлаждения используются четыре основных элемента: компрессор, конденсатор, дозирующее устройство и испаритель.
В условиях переменного климата система может включать реверсивный клапан , который переключает режим обогрева зимой на охлаждение летом. Путем изменения направления потока хладагента цикл охлаждения теплового насоса переключается с охлаждения на нагрев или наоборот. Это позволяет обогревать и охлаждать объект с помощью одного и того же оборудования, одними и теми же средствами и с помощью одного и того же оборудования.
Системы естественного охлаждения могут иметь очень высокую эффективность и иногда сочетаются с сезонным хранением тепловой энергии, чтобы зимний холод можно было использовать для кондиционирования воздуха летом. Обычными средами хранения являются глубокие водоносные горизонты или естественные подземные горные породы, доступ к которым осуществляется через группу скважин малого диаметра, оборудованных теплообменниками. Некоторые системы с небольшими хранилищами являются гибридными: в начале сезона охлаждения используется естественное охлаждение, а затем используется тепловой насос для охлаждения циркуляции, поступающей из хранилища. Тепловой насос добавляется, поскольку аккумулятор действует как радиатор , когда система находится в режиме охлаждения (а не зарядки), вызывая постепенное повышение температуры в течение сезона охлаждения.
Некоторые системы включают «режим экономайзера», который иногда называют «режимом естественного охлаждения». В режиме экономии система управления откроет (полностью или частично) заслонку наружного воздуха и закроет (полностью или частично) заслонку возвратного воздуха. Это приведет к подаче свежего наружного воздуха в систему. Когда наружный воздух холоднее требуемого холодного воздуха, это позволит удовлетворить потребность без использования механического источника охлаждения (обычно охлажденной воды или блока прямого расширения «DX»), тем самым экономя энергию. Система управления может сравнивать температуру наружного воздуха с температурой возвратного воздуха или сравнивать энтальпию воздуха , как это часто делается в климатических условиях, где влажность является более серьезной проблемой. В обоих случаях наружный воздух должен быть менее энергоемким, чем рециркулирующий воздух, чтобы система перешла в режим экономайзера.
Центральные, «полностью воздушные» системы кондиционирования воздуха (или пакетные системы) с комбинированным наружным конденсаторно-испарительным блоком часто устанавливаются в жилых домах, офисах и общественных зданиях Северной Америки, но их трудно модернизировать (установить в здании, которое было построено ранее). не предназначен для его приема) из-за необходимости громоздких воздуховодов. [30] (В таких ситуациях используются бесканальные системы Minisplit.) За пределами Северной Америки модульные системы используются только в ограниченных случаях, включая большие внутренние помещения, такие как стадионы, театры или выставочные залы.
Альтернативой блочным системам является использование отдельных внутренних и наружных теплообменников в сплит-системах . Сплит-системы предпочтительны и широко используются во всем мире, за исключением Северной Америки. В Северной Америке сплит-системы чаще всего встречаются в жилых домах, но они набирают популярность и в небольших коммерческих зданиях. Сплит-системы используются там, где установка воздуховодов невозможна или где эффективность кондиционирования воздуха имеет первостепенное значение. [31] Преимущества бесканальных систем кондиционирования воздуха включают простоту установки, отсутствие воздуховодов, больший зональный контроль, гибкость управления и бесшумную работу. [32] При кондиционировании помещений потери в воздуховодах могут составлять 30% энергопотребления. [33] Использование мини-сплитов может привести к экономии энергии при кондиционировании помещений, поскольку отсутствуют потери, связанные с воздуховодами.
В сплит-системе змеевик испарителя подключается к удаленному конденсаторному блоку с помощью трубопровода хладагента между внутренним и наружным блоком вместо воздуховода непосредственно от наружного блока. Внутренние блоки с направленными вентиляционными отверстиями монтируются на стены, подвешиваются к потолкам или встраиваются в потолок. Другие внутренние блоки монтируются внутри потолочной полости, так что короткие отрезки воздуховодов направляют воздух от внутреннего блока к вентиляционным отверстиям или диффузорам по комнатам.
Сплит-системы более эффективны и занимают меньше места, чем пакетные системы. С другой стороны, пакетные системы, как правило, имеют немного более низкий уровень шума в помещении по сравнению со сплит-системами, поскольку двигатель вентилятора расположен снаружи.
Осушение (осушка воздуха) в системе кондиционирования обеспечивается испарителем. Поскольку испаритель работает при температуре ниже точки росы , влага из воздуха конденсируется на трубках змеевика испарителя. Эта влага собирается внизу испарителя в поддоне и удаляется по трубопроводу в центральный дренаж или на землю снаружи.
Осушитель — это устройство, похожее на кондиционер , которое контролирует влажность в помещении или здании. Его часто используют в подвалах с более высокой относительной влажностью из-за более низкой температуры (и склонности к сырости полов и стен). На предприятиях розничной торговли продуктами питания большие открытые холодильные шкафы очень эффективно осушают внутренний воздух. И наоборот, увлажнитель увеличивает влажность в здании.
Компоненты HVAC, осушающие вентиляционный воздух, заслуживают пристального внимания, поскольку наружный воздух составляет большую часть годовой нагрузки по влажности почти во всех зданиях. [34]
Все современные системы кондиционирования, даже небольшие оконные блоки, оснащены внутренними воздушными фильтрами. Обычно они изготовлены из легкого марлевого материала, и их необходимо заменять или стирать, если этого требуют условия. Например, в здании с высоким содержанием пыли или в доме с пушистыми домашними животными фильтры придется менять чаще, чем в зданиях без такой нагрузки на грязь. Если не заменить эти фильтры по мере необходимости, это приведет к снижению скорости теплообмена, что приведет к напрасной трате энергии, сокращению срока службы оборудования и увеличению счетов за электроэнергию; низкий поток воздуха может привести к обледенению змеевиков испарителя, что может полностью остановить поток воздуха. Кроме того, очень загрязненные или засоренные фильтры могут вызвать перегрев во время цикла нагрева, что может привести к повреждению системы или даже возгоранию.
Поскольку кондиционер передает тепло между внутренним змеевиком и наружным змеевиком, оба необходимо содержать в чистоте. Это означает, что помимо замены воздушного фильтра на змеевике испарителя необходимо также регулярно чистить змеевик конденсатора. Несоблюдение чистоты конденсатора в конечном итоге приведет к повреждению компрессора, поскольку змеевик конденсатора отвечает за отвод как внутреннего тепла (забираемого испарителем), так и тепла, вырабатываемого электродвигателем, приводящим в действие компрессор.
ОВиК несет значительную ответственность за повышение энергоэффективности зданий, поскольку строительный сектор потребляет наибольший процент мировой энергии. [35] С 1980-х годов производители оборудования HVAC прилагают усилия, чтобы сделать системы, которые они производят, более эффективными. Первоначально это было вызвано ростом цен на электроэнергию, а в последнее время стало следствием повышения осведомленности об экологических проблемах. Кроме того, повышение эффективности системы HVAC также может помочь улучшить здоровье и производительность пассажиров. [36] В США Агентство по охране окружающей среды с годами ввело более жесткие ограничения. Существует несколько методов повышения эффективности систем отопления, вентиляции и кондиционирования.
В прошлом водяное отопление было более эффективным для отопления зданий и было стандартом в Соединенных Штатах. Сегодня системы принудительной подачи воздуха могут использоваться в качестве кондиционирования воздуха и более популярны.
Некоторые преимущества систем принудительной вентиляции, которые сейчас широко используются в церквях, школах и элитных жилых домах, заключаются в следующем:
Недостатком является стоимость установки, которая может быть немного выше, чем у традиционных систем отопления, вентиляции и кондиционирования.
Энергоэффективность систем центрального отопления можно повысить еще больше за счет внедрения зонального отопления. Это позволяет более детально использовать тепло, аналогично системам нецентрального отопления. Зоны контролируются несколькими термостатами. В системах водяного отопления термостаты управляют зональными клапанами , а в системах принудительной подачи воздуха они управляют зональными заслонками внутри вентиляционных отверстий, которые избирательно блокируют поток воздуха. В этом случае система управления очень важна для поддержания надлежащей температуры.
Прогнозирование – это еще один метод управления отоплением здания путем расчета потребности в тепловой энергии, которая должна подаваться в здание в каждую единицу времени.
Наземные или геотермальные тепловые насосы похожи на обычные тепловые насосы, но вместо передачи тепла наружному воздуху или из него они полагаются на стабильную, равномерную температуру земли для обеспечения отопления и кондиционирования воздуха. Во многих регионах наблюдаются сезонные экстремальные температуры, что потребует использования мощного отопительного и охлаждающего оборудования для обогрева или охлаждения зданий. Например, традиционная система теплового насоса, используемая для обогрева здания при низкой температуре -57 °C (-70 °F ) в Монтане или для охлаждения здания при самой высокой температуре, когда-либо зарегистрированной в США, - 57 °C (134 °F) в штате Монтана. Долина Смерти , Калифорния, в 1913 году потребовала бы большого количества энергии из-за огромной разницы между температурой внутреннего и наружного воздуха. Однако на глубине метра ниже поверхности земли температура земли остается относительно постоянной. Используя этот большой источник земли с относительно умеренной температурой, производительность системы отопления или охлаждения часто можно значительно снизить. Хотя температура земли варьируется в зависимости от широты, на глубине 1,8 метра (6 футов) под землей она обычно колеблется от 7 до 24 ° C (от 45 до 75 ° F).
Фотоэлектрические солнечные панели предлагают новый способ потенциально снизить эксплуатационные расходы на кондиционирование воздуха. Традиционные кондиционеры работают на переменном токе, и, следовательно, любую солнечную энергию постоянного тока необходимо инвертировать, чтобы она была совместима с этими устройствами. Новые двигатели постоянного тока с регулируемой скоростью позволяют легче использовать солнечную энергию, поскольку в этом преобразовании нет необходимости и поскольку двигатели устойчивы к колебаниям напряжения, связанным с изменениями в подаваемой солнечной энергии (например, из-за облачного покрова).
В системах рекуперации энергии иногда используются системы вентиляции с рекуперацией тепла или системы вентиляции с рекуперацией энергии , в которых используются теплообменники или энтальпийные колеса для рекуперации явного или скрытого тепла из отработанного воздуха. Это достигается за счет передачи энергии от затхлого воздуха внутри дома к поступающему свежему воздуху снаружи.
Производительность парокомпрессионных холодильных циклов ограничена термодинамикой . [37] Эти устройства кондиционирования воздуха и тепловые насосы перемещают тепло, а не преобразуют его из одной формы в другую, поэтому тепловая эффективность не отражает должным образом производительность этих устройств. Коэффициент производительности (COP) измеряет производительность, но этот безразмерный показатель не был принят. Вместо этого коэффициент энергоэффективности ( EER ) традиционно использовался для характеристики производительности многих систем HVAC. EER — это коэффициент энергоэффективности, основанный на температуре наружного воздуха 35 °C (95 °F). Чтобы более точно описать производительность оборудования кондиционирования воздуха в течение типичного сезона охлаждения , используется модифицированная версия EER, коэффициент сезонной энергоэффективности ( SEER ), или в Европе ESEER . Рейтинги SEER основаны на средних сезонных температурах, а не на постоянной температуре наружного воздуха 35 °C (95 °F). Текущий минимальный рейтинг SEER в отрасли составляет 14 SEER. Инженеры указали на некоторые области, где эффективность существующего оборудования можно повысить. Например, лопасти вентилятора, используемые для перемещения воздуха, обычно штампуются из листового металла, что является экономичным методом изготовления, но в результате они не являются аэродинамически эффективными. Хорошо спроектированная лопасть могла бы на треть снизить электрическую мощность, необходимую для перемещения воздуха. [38]
Вентиляция кухни с регулированием по потребности (DCKV) — это подход к управлению зданием, позволяющий контролировать объем вытяжного и приточного воздуха на кухне в зависимости от фактической нагрузки на готовящуюся пищу на коммерческой кухне. Традиционные системы вентиляции коммерческих кухонь работают со 100% скоростью вращения вентилятора независимо от объема приготовления пищи, а технология DCKV вносит изменения, обеспечивающие значительную экономию энергии вентилятора и кондиционированного воздуха. Благодаря использованию технологии интеллектуальных датчиков можно управлять как вытяжными, так и приточными вентиляторами, чтобы использовать законы сходства для экономии энергии двигателя, уменьшения энергии нагрева и охлаждения приточного воздуха, повышения безопасности и снижения уровня шума на кухне. [39]
Очистка и фильтрация воздуха удаляет из воздуха частицы, загрязнения, пары и газы. Отфильтрованный и очищенный воздух затем используется в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Очистка и фильтрация воздуха должны учитываться при защите окружающей среды в наших зданиях. [40]
Скорость подачи чистого воздуха (CADR) — это количество чистого воздуха, которое воздухоочиститель подает в комнату или помещение. При определении CADR учитывается количество воздушного потока в помещении. Например, воздухоочиститель с расходом 30 кубических метров (1000 куб футов) в минуту и эффективностью 50% имеет CADR 15 кубических метров (500 куб футов) в минуту. Наряду с CADR, эффективность фильтрации очень важна, когда речь идет о воздухе в помещении. Это зависит от размера частицы или волокна, плотности и глубины упаковки фильтра, а также скорости воздушного потока. [40]
Индустрия HVAC — это всемирное предприятие, в обязанности которого входят эксплуатация и техническое обслуживание, проектирование и строительство систем, производство и продажа оборудования, а также образование и исследования. Индустрия HVAC исторически регулировалась производителями оборудования HVAC, но регулирующими и стандартизирующими организациями, такими как HARDI (Международные дистрибьюторы систем отопления, кондиционирования и охлаждения), ASHRAE , SMACNA , ACCA (Американские подрядчики по кондиционированию воздуха), Uniform Mechanical Code , Международный механический кодекс и AMCA были созданы для поддержки отрасли и поощрения высоких стандартов и достижений. ( UL как комплексное агентство не специфична для отрасли HVAC.)
Отправная точка при выполнении оценки как для охлаждения, так и для отопления зависит от внешнего климата и заданных внутренних условий. Однако, прежде чем приступить к расчету тепловой нагрузки, необходимо подробно определить требования к свежему воздуху для каждой зоны, поскольку важным фактором является герметизация .
ISO 16813:2006 — один из стандартов ISO по охране окружающей среды в зданиях. [41] Он устанавливает общие принципы проектирования строительной среды. Он учитывает необходимость обеспечения здоровой внутренней среды для жителей, а также необходимость защиты окружающей среды для будущих поколений и содействия сотрудничеству между различными сторонами, участвующими в создании экологического дизайна для устойчивого развития. ISO16813 применим к новому строительству и модернизации существующих зданий. [42]
Стандарт экологического проектирования зданий направлен на: [42]
В Соединенных Штатах федеральные лицензии обычно выдаются сертифицированными EPA (на установку и обслуживание устройств HVAC).
Многие штаты США имеют лицензии на эксплуатацию котлов. Некоторые из них перечислены ниже:
Наконец, в некоторых городах США могут действовать дополнительные трудовые законы, применимые к специалистам по системам отопления, вентиляции и кондиционирования.
Многие инженеры HVAC являются членами Американского общества инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха ( ASHRAE ). ASHRAE регулярно организует два ежегодных технических комитета и публикует признанные стандарты проектирования систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, которые обновляются каждые четыре года. [53]
Еще одно популярное общество — AHRI , которое регулярно предоставляет информацию о новых холодильных технологиях и публикует соответствующие стандарты и кодексы.
Однако такие кодексы, как UMC и IMC, содержат подробную информацию о требованиях к установке. Другие полезные справочные материалы включают статьи из SMACNA , ACGIH и технических журналов.
Американские стандарты проектирования закреплены в Едином механическом кодексе или Международном механическом кодексе. В некоторых штатах, округах или городах любой из этих кодексов может быть принят и изменен посредством различных законодательных процессов. Эти кодексы обновляются и публикуются Международной ассоциацией официальных лиц, занимающихся сантехникой и механикой ( IAPMO ) или Международным советом по нормам и правилам ( ICC ) соответственно, в течение трехлетнего цикла разработки норм. Обычно местным отделам разрешений на строительство поручается обеспечение соблюдения этих стандартов на частной и некоторых общественных объектах собственности.
Техник HVAC — это специалист , специализирующийся на отоплении, вентиляции, кондиционировании воздуха и охлаждении. Технические специалисты по системам отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в США могут пройти обучение в официальных учебных заведениях, где большинство из них получают дипломы младшего специалиста . Обучение техников систем отопления, вентиляции и кондиционирования включает в себя аудиторные лекции и практические задания, за которыми может последовать стажировка, в ходе которой недавний выпускник в течение временного периода работает вместе с профессиональным техником по системам отопления, вентиляции и кондиционирования. [54] Специалисты по системам отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, прошедшие обучение, также могут быть сертифицированы в таких областях, как кондиционирование воздуха, тепловые насосы, газовое отопление и коммерческое охлаждение.
Сертифицированное учреждение инженеров по обслуживанию зданий — это организация, которая занимается основными услугами (системной архитектурой) , обеспечивающими эксплуатацию зданий. Включает в себя электротехническую, отопительную , вентиляционную , кондиционирующую, холодильную и сантехническую отрасли. Для обучения на инженера по обслуживанию зданий академическими требованиями являются GCSE (AC) / стандартные оценки (1–3) по математике и естественным наукам, которые важны для измерений, планирования и теории. Работодателям часто нужна степень в области инженерии, например, инженерия строительной среды , электротехника или машиностроение. Чтобы стать полноправным членом CIBSE, а также быть зарегистрированным Инженерным советом Великобритании в качестве дипломированного инженера, инженеры также должны получить диплом с отличием и степень магистра по соответствующему инженерному предмету. [ нужна цитация ] CIBSE публикует несколько руководств по проектированию систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, актуальных для рынка Великобритании, а также Республики Ирландия, Австралии, Новой Зеландии и Гонконга. Эти руководства включают различные рекомендуемые критерии и стандарты проектирования, некоторые из которых указаны в строительных нормах Великобритании и, следовательно, образуют законодательные требования для крупных строительных работ. Основными руководствами являются:
В строительном секторе работа инженера по обслуживанию зданий заключается в проектировании и надзоре за установкой и обслуживанием основных услуг, таких как газ, электричество , вода, отопление и освещение , а также многих других. Все это помогает сделать здания удобными и здоровыми для жизни и работы. Строительные услуги являются частью сектора, в котором насчитывается более 51 000 предприятий, а занятость составляет 2–3% ВВП .
Ответственность за это несут Австралийская ассоциация подрядчиков по кондиционированию и механическому оборудованию (AMCA), Австралийский институт охлаждения, кондиционирования и отопления (AIRAH), Австралийская ассоциация производителей холодильного оборудования и CIBSE.
Азиатский архитектурный контроль температуры имеет другие приоритеты, чем европейские методы. Например, азиатское отопление традиционно фокусируется на поддержании температуры таких объектов, как пол или мебель, такая как столы Котацу , и непосредственном согревании людей, в отличие от западного подхода в современные периоды к проектированию воздушных систем.
Филиппинское общество инженеров по вентиляции, кондиционированию воздуха и холодильному оборудованию (PSVARE) вместе с Филиппинским обществом инженеров-механиков (PSME) регулируют нормы и стандарты для HVAC / MVAC (MVAC означает «механическая вентиляция и кондиционирование воздуха») на Филиппинах.
Индийское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха (ISHRAE) было создано для продвижения отрасли отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в Индии. ISHRAE является партнером ASHRAE. ISHRAE была основана в Нью-Дели [55] в 1981 году, а отделение было открыто в Бангалоре в 1989 году. В период с 1989 по 1993 год отделения ISHRAE были сформированы во всех крупных городах Индии. [ нужна цитата ]
{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
СМИ, связанные с климат-контролем, на Викискладе?