Chlazený paprsek - Chilled beam

A chlazený paprsek je typ záření /proudění HVAC systém (jako alternativní konstrukce známá jako „chlazený strop“) určený k vytápění a chlazení velkých budov.[1] Trubky vody procházejí „paprskem“ (a výměník tepla ) buď integrované do standardních systémů zavěšeného stropu[2][3] nebo zavěšeno kousek od stropu místnosti.[4] Když paprsek chladí vzduch kolem sebe, vzduch je hustší a padá na podlahu. Je nahrazen teplejším vzduchem pohybujícím se zespodu, což způsobuje neustálý pasivní pohyb vzduchu zvaný konvekce, který místnost ochlazuje.[5][6] Vytápění funguje téměř stejným způsobem, podobně jako a parní radiátor. Existují dva typy chlazených paprsků. Některé pasivní typy se spoléhají výhradně na konvekci, zatímco existuje pasivní typ „zářivý“ / konvekční, který ochlazuje kombinací zářivé výměny (40%) a konvekce (60%). Pasivní přístup může poskytnout vyšší tepelná pohoda úrovně,[7] zatímco aktivní typ (nazývaný také „indukční difuzor“)[8] využívá hybnost ventilačního vzduchu vstupujícího relativně vysokou rychlostí k vyvolání cirkulace vzduchu v místnosti jednotkou (čímž se zvyšuje její topná a chladicí kapacita).[5] Chlazený paprsek má podobný vzhled jako a VRF jednotka.

Chlazený paprsek je odlišitelný od chlazeného stropu.[4][8] Chlazený strop využívá vodu protékající trubkami jako chlazený paprsek; trubky v chlazeném stropu však leží za kovovými stropními deskami a vyhřívané / chlazené desky jsou příčinou záření / konvekce, nikoli samotná trubková jednotka.[4] Chlazené paprsky jsou o 85 procent účinnější při proudění vzduchu než chlazené stropy.[4] Chlazený strop musí pokrývat relativně velkou stropní plochu, protože je méně efektivní a protože zajišťuje vytápění hlavně sálavými prostředky. Sálavý topný výkon je úměrný ploše.[9]

Fyzika

Voda může nést podstatně více energie než vzduch. Ačkoli 1 kubická stopa (0,028 m3) vzduchu má a schopnost zadržovat teplo ze dne 37. joulů za kelvin (JK−1), stejný objem vody má tepelnou kapacitu 20 050 JK−1.[10] Kovová trubka s vodou o průměru pouze 1 palec (2,5 cm) může nést tolik energie jako vzduchové potrubí o rozměrech 18 x 18 palců (46 x 46 cm).[10] To znamená, že systémy HVAC s chlazeným paprskem vyžadují mnohem méně energie, aby zajistily stejný účinek ohřevu a chlazení jako tradiční vzduchový systém HVAC.

Chladicí systémy chlazeného paprsku vyžadují úpravu vody topnými a chladicími systémy. Obecně je voda v systému pasivního chlazeného paprsku ochlazována na přibližně 16 až 19 ° C (61 až 66 ° F).[11][12] V systémech s aktivním chlazeným paprskem je teplota vody obvykle 40 až 50 ° C (104 až 122 ° F).[13] (Systémy ohřevu chlazeného paprsku se však obvykle nemohou spoléhat pouze na konvekci a často vyžadují ventilátorem poháněný systém cirkulace primárního vzduchu, který tlačí teplejší vzduch na zem, kde sedí a pracuje většina lidí.)[13] Mezi těmito dvěma systémy existují rozdíly v efektivitě a nákladech. Pasivní systémy chlazeného paprsku mohou dodávat asi 5,6 až 6,5 wattů na stopu (60 až 70 wattů na metr) chladící kapacita.[8] Systémy aktivního chlazeného paprsku jsou asi dvakrát tak účinné.[8] V obou případech je konvekce tak účinná, že poměr přiváděného vzduchu k ohřátému / chlazenému vzduchu může být až 6: 1.[14] Studie úspor energie u systémů aktivních a pasivních chlazených paprsků však zůstaly od roku 2007 neprůkazné a zdá se, že jsou velmi závislé na konkrétní budově.[8]

Systém aktivního chlazeného paprsku zaměstnává ploutve pomáhat ohřívat a chladit.[8] Systémy aktivního chlazeného paprsku jsou účinné do bodu, kdy lze venkovní vzduch mísit s vnitřním vzduchem bez jakékoli tradiční klimatizace (jako je vytápění, chlazení, zvlhčování nebo odvlhčování), což umožňuje budově splňovat její „minimální venkovní vzduch“ požadavek na kvalitu.[8]

Výhody a nevýhody

Hlavní výhodou systému chlazeného paprsku je jeho nižší provozní cena. Například proto, že teplota chlazené vody je vyšší než teplota chlazeného vzduchu, ale poskytuje stejnou schopnost chlazení, jsou náklady na systém chlazené vody nižší.[12][15] Protože chlazení a ohřev vzduchu již nejsou spojeny s dodávkou vzduchu, budovy také šetří peníze tím, že mohou provozovat méně ventilátorů cirkulace vzduchu a při nižších rychlostech.[8] Jeden odhad stanoví, že množství vzduchu, s nímž je manipulováno, je o 25 až 50 procent nižší pomocí systémů chlazeného paprsku.[14] Díky schopnosti cílit na dodávku čistého venkovního vzduchu tam, kde je to potřeba (namísto jeho vstřikování do celého systému a jeho ohřevu nebo chlazení), je snížená potřeba úpravy velkého množství venkovního vzduchu (také úspora peněz).[8] V jednom případě byla budova Genomic Science Building na University of North Carolina v Chapel Hill snížil své náklady na HVAC o 20 procent s aktivním systémem chlazeného paprsku.[16] Jedná se o typickou úsporu nákladů na energii.[8] Systémy chlazeného paprsku mají také některé výhody v tom, že jsou téměř nehlučné,[14] vyžadují malou údržbu a jsou vysoce efektivní.[17][18] Tradiční systémy HVAC poháněné ventilátorem vytvářejí poněkud vyšší rychlosti vzduchu,[18] což některým lidem připadá nepříjemné. Chlazené systémy HVAC také vyžadují méně prostoru na stropě než systémy HVAC s nuceným oběhem vzduchu, což může vést k nižším výškám budov a vyšším stropům.[12][15] Vzhledem k tomu, že nevyžadují vysoké nucené proudění vzduchu, vyžadují systémy chlazeného paprsku také redukované sítě rozvodů vzduchu (což také pomáhá snížit náklady).[12][15]

Systémy chlazeného paprsku nejsou všelékem. Pro splnění minimálních požadavků na venkovní vzduch může být zapotřebí další potrubí.[8] Oba typy chlazených paprskových systémů jsou při ohřevu méně účinné než chlazení a často jsou zapotřebí doplňkové topné systémy.[8] Systémy chlazeného paprsku nelze použít samostatně v budovách, kde jsou stropy vyšší než 2,7 metru (8,9 ft), protože vzduch nebude správně cirkulovat.[13] V takových případech musí být použit systém nucené cirkulace vzduchu. Pokud je teplota vody příliš nízká nebo vlhkost vysoká, může dojít ke kondenzaci paprsku - což povede k problému známému jako „vnitřní déšť“.[15][17][19] (V některých případech může být suchý venkovní vzduch smíchán s vlhčím vnitřním vzduchem, aby se snížila vnitřní vlhkost při zachování výkonu systému.)[14] Systémy chlazeného paprsku se nedoporučují pro oblasti s vysokou vlhkostí (jako jsou divadla, tělocvičny nebo kavárny).[15] Protože jsou pasivně chlazené paprskové systémy méně účinné při chlazení, jsou obecně nevhodné pro polotropické a tropické podnebí.[8] Nemocnice obecně nemohou používat systémy chlazeného paprsku z důvodu omezení používání recirkulovaného vzduchu.[14] Je také známo, že systémy chlazeného paprsku způsobují znatelnou cirkulaci vzduchu, což může některým lidem způsobovat nepohodlí.[4] (Pasivní zařízení pro vychylování vzduchu mohou pomoci narušit tyto vzorce vzduchu a zmírnit tak problém.)[20] Někteří designéři zjistili, že rozšíření potrubí kolem systémů aktivního chlazeného paprsku za účelem zvýšení cirkulace vzduchu způsobuje ozvěny v pracovních oblastech a zesiluje zvuk vody pohybující se trubkami na znatelné úrovně.[14]

Instalace a přijetí

Aktivní chlazené nosníky jsou namontovány do zavěšeného stropu a poté ukotveny k stropní konstrukci, protože stropy ve tvaru T nemohou nést obvyklou provozní hmotnost chlazeného nosníku.[14] Obvykle jsou široké 1 až 2 stopy (0,30 až 0,61 m) a vyžadují prostor nad hlavou menší než 0,30 m.[14] Typický 2 stopový (0,61 m) široký chlazený paprskový systém obecně váží asi 15 liber (6,8 kg) na 1 stopu (0,30 m) délky paprsku.[14] Chlazené paprsky jsou obvykle instalovány tak, aby střed každého paprsku nebyl vzdálen více než 3 metry (9,8 ft) od středu dalšího paprsku.[13] Někteří architekti a koncoví uživatelé nemají rádi trámy, protože nepokrývají celý strop, takže je vidět potrubí, rozvody a další infrastruktura.[8] Někteří návrháři nainstalovali jeden chlazený paprskový systém po obvodu budovy (kde mohou být největší rozdíly teplot) a další do interiéru budovy, aby lépe kontrolovali teplotu v celé konstrukci.[14] Vyššího výkonu systému lze dosáhnout zvýšením statický tlak vzduchu v budově.[14] Systémy obecně vyžadují malé čištění (vysávání nečistot a prachu z žeber každých pět let).[14]

Od roku 2007 byly systémy chlazení, vytápění a chlazení využívány více v Austrálii a Evropě než ve Spojených státech.[8] V Austrálii byl systém poprvé použit v 30 The Bond v Sydney, což byla první budova v Austrálii, která dosáhla hodnocení 5 hvězdiček ABGR.[21][22] Systémy chlazeného paprsku HVAC byly použity na Terminál Londýn Heathrow 5[23] a Ústavní centrum (největší soukromá kancelářská budova ve Washingtonu, DC).[24] Systém také získal prominentní použití na Harvardská obchodní škola, Wellesley College a americké sídlo farmaceutické společnosti AstraZeneca.[24]

Víceúčelový chlazený paprsek je relativně nová forma chlazeného paprsku. Byl vyvinut v roce 1996 a do jednotky chlazeného paprsku zahrnuje počítačové a elektrické vedení, osvětlení, snímače detekce pohybu a sprinklery.[25] Multiservisní chlazený paprsek byl poprvé instalován na Barclaycard v budově Northampton, Anglie, ale od té doby se používá v sídle společnosti Lloyd's Register (Londýn ), Airbus UK (Bristol ) a Greater London Authority; Riverside House (Londýn); Císařovna State Building (Londýn); 55 Baker Street (Londýn)[26] a 101 New Cavendish Street (Londýn).[25][27]

Poznámky pod čarou

  1. ^ Oughton, Hodkinson a Faber, 2008, str. 222-224.
  2. ^ Cena, 2011, Příručka inženýra HVAC, str. 1067, ISBN  978-0-9868802-0-9
  3. ^ 2012 ASHRAE Handbook HVAC Systems and Equipment, ASHRAE, 2012, s. 20,9, ISBN  978-1-936504-25-1
  4. ^ A b C d E Beggs, 2009, str. 271.
  5. ^ A b Hamilton a Watkins, 2009, s. 158.
  6. ^ Levermore, 2000, s. 407.
  7. ^ „Modul 65: Aplikování chlazených paprsků ke snížení celkové uhlíkové stopy budovy“. CIBSE Journal. Citováno 2020-02-09.
  8. ^ A b C d E F G h i j k l m n Ó Roth, Kurt; Dieckmann, John; Zogg, Robert; a Brodrick, James. „Chlazení chlazeným paprskem.“ ASHRAE Journal. Září 2007.
  9. ^ Chlazený paprsek vs. chlazený strop, skupina Severn | přístup červen 2019
  10. ^ A b Geary, 2010, str. 9.
  11. ^ Zajíc a Fisher, 2000, s. 246.
  12. ^ A b C d Sisle, Leonard a Weiss, 2010, str. 152.
  13. ^ A b C d Oughton, Hodkinson a Faber, 2008, str. 223.
  14. ^ A b C d E F G h i j k l Alexander, Darren a O'Rourke, Mike. „Aspekty návrhu pro aktivní chlazené paprsky.“ ASHRAE Journal. 1. září 2008.
  15. ^ A b C d E Gelfand a svoboda, 2010, s. 146.
  16. ^ Studt, Tim. „Aktivní chlazený paprsek snižuje spotřebu energie o 20%.“ Laboratorní vybavení. 1. srpna 2008. Archivováno 13. července 2011, v Wayback Machine
  17. ^ A b Hundy, Trott a Welch, 2008, str. 316.
  18. ^ A b Mumovic a Santamouris, 2009, s. 251.
  19. ^ Hall a Greeno, 2009, s. 240.
  20. ^ Awbi, 2003, s. 87.
  21. ^ Hill, C. "Chlazený paprsek". Archivovány od originál dne 10. dubna 2011. Citováno 20. dubna 2011.
  22. ^ Hill, C. "Chlazený paprsek". Citováno 20. dubna 2011.[trvalý mrtvý odkaz ]
  23. ^ „Chlazené paprsky nyní přicházejí k terminálu 5.“ Moderní stavební služby. Listopad 2007.
  24. ^ A b Fruehling, Douglas. „Systém chlazeného paprsku přichází do D.C.“ Washington Business Journal. 26. listopadu 2007.
  25. ^ A b „Využití hodnoty víceslužeb chlazených paprsků.“ Moderní stavební služby. Listopad 2004.
  26. ^ Hill, C. "Chlazené paprsky". Archivovány od originál dne 16. března 2012. Citováno 20. dubna 2011.
  27. ^ Hill, C. "Chlazený paprsek". Archivovány od originál dne 10. srpna 2011. Citováno 20. dubna 2011.

Bibliografie

  • Awbi, Hazim B. Větrání budov. Florence, Ky .: Taylor & Francis, 2003.
  • Žebrá, Clive. Energie: řízení, zásobování a konzervace. London: Elsevier Butterworth-Heinemann, 2009.
  • Geary, Matthew. Předběžný konečný návrh: Přepracování mechanického systému a široká témata. Butler Memorial Hospital: New Inpatient Tower. Senior Capstone Project - mechanická možnost. School of Engineering. Pennsylvania State University. 10. prosince 2010.
  • Gelfand, Lisa a Freed, Eric Corey. Udržitelná školní architektura: Návrh pro základní a střední školy. Hoboken, N.J .: John Wiley & Sons, 2010.
  • Hall, F. a Greeno, Roger. Příručka pro služby ve stavebnictví. London: Butterworth-Heinemann, 2009.
  • Hamilton, D. Kirk a Watkins, David H. Návrh založený na důkazech pro více typů budov. Hoboken, N.J .: John Wiley and Sons, 2009.
  • Zajíc, Nicholas a Fisher, Peter. „Spekulativní kancelář v Milton Keynes.“ v Architektura, město, životní prostředí: Sborník PLEA 2000. Koen Steemers, ed. London: James & James, 2000.
  • Hundy, G.F .; Trott, A.R .; a Welch, T. Chlazení a klimatizace. Boston: Butterworth-Heinemann / Elsevier, 2008.
  • Levermore, G.J. Budování systémů řízení energie: Aplikace na nízkoenergetické HVAC a řízení přirozené ventilace. Florence, Ky .: Taylor & Francis, 2000.
  • Mumovic, Dejan a Santamouris, M. Příručka udržitelného projektování a projektování budov: Integrovaný přístup k energii, zdraví a provozní výkonnosti. Sterling, Va .: Earthscan, 2009.
  • Oughton, D.R .; Hodkinson, S. a Faber, Oscar. Vytápění a klimatizace budov společnosti Faber & Kell. London: Butterworth-Heinemann, 2008.
  • Sisle, Ellen; Leonard, Paul; a Weiss, Jonathan A. Udržitelný design výzkumných laboratoří: plánování, projektování a provoz. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, 2010.