Podlahové topení - Underfloor heating

Podlahové topení a chlazení je forma ústřední topení a chlazení který dosahuje ovládání vnitřní klimatizace pro tepelná pohoda použitím vedení, záření a proudění. Podmínky sálavé vytápění a sálavé chlazení se běžně používají k popisu tohoto přístupu, protože záření je zodpovědné za významnou část výsledného tepelného komfortu, ale toto použití je technicky správné pouze tehdy, když záření tvoří více než 50% výměny tepla mezi podlahou a zbytkem prostoru.[1]

Dějiny

Podlahové vytápění má dlouhou historii zpět do Neoglacial a Neolitický období. Archeologické nálezy v Asii a na Aleutských ostrovech na Aljašce odhalují, jak obyvatelé odtahovali kouř z požárů přes kamenné příkopy, které byly vyhloubeny v podlahách jejich podzemní obydlí. Horký kouř ohříval podlahové kameny a teplo pak vyzařovalo do obytných prostor. Tyto rané formy se vyvinuly v moderní systémy využívající potrubí naplněné tekutinou nebo elektrické kabely a rohože. Níže je uveden chronologický přehled podlahového vytápění z celého světa.

Časové období, c. před naším letopočtem[2]Popis[2]
5,000Existují důkazy o „pečených podlahách“, které předznamenávají rané formy kang a dikang „vyhřívaná podlaha“ později ondol znamená "teplý kámen" v Mandžusko a Korea resp.[3]
3,000Korejský krb byl používán jak jako kuchyňský sporák, tak jako topná kamna.
1,000Ondol systém typu používaný v systému Aleutské ostrovy Aljaška[4] a v Unggi, Hamgyeongbuk-do (dnešní Severní Korea).
1,000V jednom bytě byly použity více než dvě ohniště; jedno ohniště umístěné uprostřed sloužilo k vytápění, druhé po obvodu sloužilo k vaření po celý rok. Toto obvodové ohniště je počáteční formou budumaku (což znamená kuchyňský sortiment), který tvoří spalovací část tradičního ondolu v Koreji.
500Římané - rozšířit používání upravených povrchů (podlah a stěn) pomocí vynálezu hypocausty.[5]
200Centrální krb se vyvinul do gudeul (což znamená část uvolňující teplo ondolu) a obvodové ohniště pro vaření se staly rozvinutějšími a budumak byl téměř zaveden v Koreji.
50Čína, Korea a římská říše použijte kang, dikang / ondol a hypokaust.
Časové období, c. INZERÁT[6]Popis[6]
500Asie nadále používá upravené povrchy, ale aplikace se v Evropě ztratila, kde je nahrazena otevřeným ohněm nebo rudimentárními formami moderního krbu. Neoficiální literární odkaz na sálavý chladicí systém v EU střední východ pomocí zasněžených dutin ve stěnách.
700Sofistikovanější a rozvinutější gudeul byl nalezen v některých palácích a obytných místnostech lidí z vyšší třídy v Koreji. Země v Středomořská pánev (Írán, Alžírsko, Turecko a kol.) Používají různé formy ohřevu hypokaustového typu ve veřejných lázních a domácnostech (viz tabakhana, atishkhana, sandali), ale také používají teplo z vaření (viz:tandoor, také tanur) k vytápění podlah.[7][8][9]
1000Ondol se nadále vyvíjí v Asii. Byl vytvořen nejpokročilejší skutečný systém ondol. Požární pec byla přesunuta ven a místnost byla v Koreji zcela pokryta ondolem. Evropa používá různé formy krbu s vývojem odtahu spalin komíny.
1300Systémy typu hypocaust používané k vytápění klášterů v Polsko a teutonský Malborkský hrad.[10]
1400Systémy typu hypokaustu používané k ohřevu Turecké lázně z Osmanská říše.
1500Pozornost věnovaná pohodlí a architektuře v Evropě se vyvíjí; Čína a Korea nadále používají podlahové vytápění s širokým uplatněním.
1600v Francie, ve sklenících se používají vyhřívané kouřovody v podlahách a stěnách.
1700Benjamin Franklin studuje francouzskou a asijskou kulturu a všímá si jejich příslušného topného systému vedoucího k rozvoji Franklinova kamna. Ve Francii se používají parní sálavé trubky. Hypocaustový systém používaný k ohřevu veřejné lázně (Hammam ) v citadelovém městě Erbil nacházejícím se v současném Iráku.[11]
1800Počátky evropského vývoje moderního ohřívače vody / kotle a vodovodních potrubních systémů, včetně studií termálních vodivosti a měrné teplo materiálů a emisivita /odrazivost povrchů (Watt /Leslie /Rumford ).[12] Odkaz na použití trubek s malým otvorem používaných v Dům a muzeum Johna Soana.[13]
1864Systém typu Ondol používaný v Občanská válka nemocnice v Americe.[14] Budova Reichstagu v Německu využívá tepelnou hmotu budovy k chlazení a vytápění.
1899Nejdříve začátky polyethylen - potrubí na bázi dochází, když německý vědec, Hans von Pechmann, objevili voskovitý zbytek na dně zkumavky, nazvali to kolegové Eugen Bamberger a Friedrich Tschirner polymethylen ale bylo vyřazeno jako zboží, které v té době nemělo komerční využití.[15]
1904Liverpoolská katedrála v Anglii je zahříván systémem založeným na principech hypocaustu.
1905Frank Lloyd Wright podniká první cestu do Japonska, později do svých projektů začleňuje různé rané formy sálavého vytápění.
1907Anglie, profesor Barker udělil patent č. 28477 na ohřívání panelů pomocí malých trubek. Patenty byly později prodány společnosti Crittal Company, která jmenovala zástupce po celé Evropě. DOPOLEDNE. Byers of America podporuje sálavé vytápění pomocí vodovodních potrubí s malým otvorem. Asie nadále používá tradiční ondol a kang - dřevo se používá jako palivo a spaliny posílané pod podlahu.
1930Oscar Faber v Anglii používá vodní potrubí používané k sálavému teplu a chlazení několika velkých budov.[16]
1933Výbuch v Anglii Imperial Chemical Industries (ICI) laboratoř během experimentu s vysokým tlakem s ethylenový plyn vede k voskové látce - později se z ní stal polyethylen a znovu začátky PEX trubky.[17]
1937Frank Lloyd Wright navrhuje zářivý ohřev Dům Herberta Jacobse, první Usonian Domov.
1939První malá továrna na polyethylen postavená v Americe.
1945Americký vývojář William Levitt vytváří rozsáhlý vývoj pro vracející se zeměpisná označení. Sálavé vytápění na bázi vody (měděná trubka) používané v tisících domácností. Špatné obvodové pláště budov na všech kontinentech vyžadují nadměrné povrchové teploty vedoucí v některých případech ke zdravotním problémům. Výzkum v oblasti tepelné pohody a zdraví (pomocí varných desek, termální figuríny a komfortní laboratoře) v Evropě a Americe později stanoví nižší teplotní limity povrchu a vývoj komfortních standardů.
1950Korejská válka ničí zásoby dřeva pro ondol, obyvatelstvo nucené používat uhlí. Vývojář Joseph Eichler v Kalifornii začíná výstavba tisíců sálavých vytápěných domů.
1951Dr. J. Bjorksten z Bjorksten Research Laboratories v Madisonu ve státě WI oznamuje první výsledky toho, co je považováno za první případ testování tří typů plastových trubek pro sálavé podlahové vytápění v Americe. Polyethylen, vinylchloridový kopolymer a vinylidenchlorid byly testovány po tři zimy.[18]
1953V blízkosti je postavena první kanadská továrna na polyethylen Edmonton, Alberta.[19]
1960Výzkumný pracovník NRC z Kanady instaluje ve svém domě podlahové vytápění a později poznamenává: „O několik desetiletí později by byl identifikován jako pasivní solární dům. Zahrnoval inovativní prvky, jako je sálavý topný systém napájený horkou vodou z automaticky přikládané antracitové pece.“[20]
1965Thomas Engel patentuje metodu pro stabilizaci polyethylenu metodou zesíťující molekuly pomocí peroxidu (PEx-A) a v roce 1967 prodává licenční možnosti řadě výrobců dýmek.[21]
1970Vývoj korejské architektury vede k vícepodlažním krytům, spaliny z uhlí založeného na dolu má za následek mnoho úmrtí vedoucích k odstranění domácího systému spalin do centrálních vodních tepláren. Propustnost kyslíku se v Evropě stává problémem s korozí, což vede k vývoji standardů s bariérovým průchodem potrubí a kyslíku.
1980První standardy pro podlahové vytápění byly vyvinuty v Evropě. Systém na bázi vody na bázi vody se používá téměř ve všech obytných budovách v Koreji.
1985Podlahové vytápění se stává tradičním topným systémem v obytných budovách ve střední Evropě a Evropě Severské země a rostoucí aplikace v nebytových budovách.
1995Aplikace podlahového chlazení a tepelně aktivních stavebních systémů (TABS) v obytných a komerčních budovách je široce uvedena na trh.[22]
2000Využití vestavěných systémů sálavého chlazení ve střední Evropě se stává standardním systémem s mnoha částmi světa, které používají sálavé systémy HVAC systémy jako prostředky pro použití nízkých teplot pro vytápění a vysokých teplot pro chlazení.
2010Sálavé podmíněné Věž Perlové řeky v Guangzhou, Čína, skončila na 71 příbězích.

Popis

Moderní systémy podlahového vytápění používají buď elektrický odpor prvky („elektrické systémy“) nebo tekutina proudící v potrubí („hydronic ") k vytápění podlahy. Oba typy lze instalovat jako primární, celoplošné vytápění nebo jako lokální podlahové vytápění pro tepelnou pohodu. Některé systémy umožňují vytápění jednotlivých místností, pokud jsou součástí většího vícepodlažního systém v místnosti, aby nedocházelo ke ztrátě tepla. Elektrický odpor lze použít pouze k vytápění; pokud je vyžadováno také chlazení prostoru, je třeba použít systémy s hydronickým účinkem. Mezi další aplikace, pro které jsou vhodné elektrické nebo systémy s hydronickým systémem, patří tání sněhu / ledu pro procházky, příjezdové cesty a přistávací plochy, úpravu trávníku fotbalových a fotbalových hřišť a prevenci mrazu v mrazácích a kluzištích. K dispozici je řada systémů podlahového vytápění a designů vhodných pro různé typy podlah.[23]

Elektrická topná tělesa nebo vodovodní potrubí lze odlévat do betonové podlahové desky („systém s litou podlahou“ nebo „mokrý systém“). Mohou být také umístěny pod podlahovou krytinu („suchý systém“) nebo připevněny přímo k dřevěné podlaze („systém podlahového systému“ nebo „suchý systém“).

Některé komerční budovy jsou navrženy tak, aby využívaly výhod tepelná hmota který se zahřívá nebo ochlazuje mimo špičku, když jsou sazby za služby nižší. Při vypnutém topném / chladicím systému během dne se betonová hmota a teplota v místnosti pohybují nahoru nebo dolů v požadovaném rozsahu pohodlí. Takové systémy jsou známé jako tepelně aktivované stavební systémy nebo TABS.[24][25]

Hydronické systémy

Hydronické systémy používají vodu nebo směs vody a nemrznoucí směsi, jako je propylenglykol[26] jako teplonosná kapalina v „uzavřené smyčce“, která recirkuluje mezi podlahou a kotlem.

Pro hydronické systémy podlahového vytápění a chlazení jsou k dispozici různé typy trubek, z nichž se obvykle vyrábí polyethylen počítaje v to PEX, PEX-Al-PEX a PERT. Starší materiály jako např Polybutylen (PB) a měděné nebo ocelové trubky se stále používají v některých lokalitách nebo pro speciální aplikace.

Hydronické systémy vyžadují zkušené projektanty a odborníky obeznámené s kotli, oběhovými čerpadly, ovládacími prvky, tlaky kapalin a teplotou. Využití moderních továren montovaných stanic, používaných především v dálkové vytápění a chlazení, může výrazně zjednodušit konstrukční požadavky a zkrátit dobu instalace a uvedení do provozu hydronických systémů.

Hydronic systems can use a single source or combination of energy sources to help manage energy costs. Hydronický systém Zdroj energie možnosti jsou:

Elektrické systémy

Elektrické podlahové topení, nanáší se cement

Elektrické systémy se používají pouze k vytápění a používají nekorozivní, flexibilní topné prvky včetně kabelů, předem tvarovaných kabelových rohoží, bronzové sítě a uhlíkových fólií. Vzhledem k jejich nízkému profilu je lze instalovat do a tepelná hmota nebo přímo pod podlahou. Elektrické systémy mohou také využít výhody měření času elektřiny a často se používají jako ohřívače koberců, přenosné podlahové topné koberce, pod laminátové podlahové topení, podlahové topení, podlahové topení pod podlahou a systémy pro ohřev podlahy, včetně podlah pod sprchou a vyhříváním sedadel. Velké elektrické systémy také vyžadují kvalifikované designéry a řemeslníky, ale u systémů s malým ohřevem podlahy to platí méně. Elektrické systémy používají méně komponent a jejich instalace a uvedení do provozu je jednodušší než u systémů s hydronickým pohonem. Některé elektrické systémy používají technologii síťového napětí, zatímco jiné používají technologii nízkého napětí. Příkon elektrického systému není založen na napětí, ale spíše na příkonu produkovaném topným tělesem.

Funkce

Proudění vzduchu od vertikálních teplotních gradientů

Vertikální teplotní gradient způsobený stabilní stratifikace vzduchu v místnosti bez podlahového vytápění. Podlaha je o tři stupně Celsia chladnější než strop.

Kvalita tepelné pohody

Jak je definováno Standard ANSI / ASHRAE 55 - podmínky tepelného prostředí pro lidské obsazení, tepelná pohoda je „stav mysli, který vyjadřuje spokojenost s tepelným prostředím a je hodnocen subjektivním hodnocením.“ Ve vztahu k podlahovému vytápění je tepelná pohoda ovlivněna teplotou povrchu podlahy a souvisejícími prvky, jako je sálavá asymetrie, střední radiační teplota, a provozní teplota. Výzkum Nevins, Rohles, Gagge, P. Ole Fanger et al. ukazují, že lidé v klidu s oblečením typickým pro lehké kancelářské a domácí oblečení nosí více než 50% svého citelné horko přes záření.

Podlahové topení ovlivňuje sálavou výměnu zahříváním vnitřních povrchů. Zahřívání povrchů potlačuje tepelné ztráty těla, což vede k vnímání tepelné pohody. Tento obecný pocit pohodlí se dále zvyšuje vedení (nohy na podlaze) a skrz proudění vlivem povrchu na vzduch hustota. Podlahové chlazení funguje tak, že absorbuje obojí krátká vlna a dlouhovlnné záření vedoucí k chladným vnitřním povrchům. Tyto chladné povrchy podporují ztrátu tělesného tepla, což vede k vnímání chladicího pohodlí. Lokalizované nepohodlí způsobené studenou a teplou podlahou, která nosí normální obuv a punčochy, se zabývá normami ISO 7730 a ASHRAE 55 a příručkami ASHRAE Fundamentals Handbook a lze je upravit nebo regulovat pomocí podlahového vytápění a chlazení.

Kvalita vnitřního ovzduší

Podlahové topení může mít pozitivní vliv na kvalita vnitřního vzduchu usnadněním volby jinak vnímaných studené podlahové materiály jako dlaždice, břidlice, teraco a beton. Tyto povrchy zdiva mají obvykle velmi nízké emise VOC (těkavé organické sloučeniny ) ve srovnání s ostatními podlaha možnosti. Ve spojení s vlhkost řízení, podlahové vytápění také stanoví teplotní podmínky, které jsou méně příznivé pro podporu plíseň, bakterie, viry a roztoči.[27][28] Odstraněním rozumné vytápění zatížení z celkového počtu HVAC (Vytápění, ventilace a klimatizace) zatížení, větrání, filtrace a odvlhčování přiváděného vzduchu lze dosáhnout pomocí vyhrazené systémy venkovního vzduchu menší objemový obrat ke zmírnění distribuce polétavých kontaminantů. Lékařská komunita uznává výhody podlahového vytápění, zejména pokud jde o alergeny.[29][30]

Energie

Sálavé systémy pod podlahou jsou hodnoceny z hlediska udržitelnosti pomocí principů účinnost, entropie, exergie[31] a účinnost. V kombinaci s vysoce výkonnými budovami fungují podlahové systémy s nízkými teplotami při vytápění a vysokými teplotami při chlazení[32] v rozsazích, které se obvykle nacházejí v geotermální[33] a solární termální systémy. Ve spojení s těmito nehořlavými obnovitelný energetické zdroje udržitelnost Mezi výhody patří snížení nebo vyloučení spalování a skleníkové plyny vyráběné kotli a výroba elektřiny pro tepelná čerpadla[34] a chladiče, jakož i snížené nároky na neobnovitelné zdroje a větší zásoby pro budoucí generace. To bylo podporováno prostřednictvím simulačních vyhodnocení[35][36][37][38] a prostřednictvím výzkumu financovaného americkým ministerstvem energetiky,[39][40] Canada Mortgage and Housing Corporation,[41] Fraunhofer Institute ISE[42] stejně jako ASHRAE.[43]

Bezpečnost a ochrana zdraví

Nízkoteplotní podlahové topení je zabudováno do podlahy nebo umístěno pod podlahovou krytinu. Jako takový nezabírá žádný prostor na stěně a vytváří ne hořet nebezpečí ani to není nebezpečí úrazu v důsledku náhodného kontaktu vedoucího k zakopnutí a pádu. To bylo v systému Windows označeno jako pozitivní rys zdravotní péče zařízení, včetně těch, která slouží starším klientům a osobám s demence.[44][45][46] Anekdoticky za podobných podmínek prostředí vyhřívané podlahy urychlí odpařování mokrých podlah (sprchování, čištění a rozlití). Kromě toho je podlahové topení s trubkami naplněnými kapalinou užitečné v topných a chladících prostředích v nevýbušném prostředí, kde lze spalovací a elektrická zařízení umístit vzdáleně od výbušného prostředí.

Existuje pravděpodobnost, že se podlahové topení může přidat odplynění a syndrom nemocné budovy v prostředí, zvláště když se koberec používá jako podlaha.[Citace je zapotřebí ]

Elektrické systémy podlahového vytápění způsobují nízkofrekvenční magnetická pole (v rozsahu 50–60 Hz), staré 1vodičové systémy mnohem více než moderní 2vodičové systémy.[47][48] Mezinárodní agentura pro výzkum rakoviny (IARC) klasifikovala statická a nízkofrekvenční magnetická pole jako možná karcinogenní (Skupina 2B).[49]

Životnost, údržba a opravy

Údržba a opravy zařízení jsou stejné jako u jiných vodních nebo elektrických zařízení HVAC systémy kromě případů, kdy jsou v podlaze zapuštěny trubky, kabely nebo rohože. V raných zkouškách (například domy postavené Levittem a Eichlerem, c. 1940–1970) došlo k poruchám zabudovaných měděných a ocelových potrubních systémů a také k selhání, která soudům přidělil Shell, Goodyear a další polybutylen a EPDM materiály.[50][51] Od poloviny 90. let došlo také k několika zveřejněným reklamacím na selhání elektricky vyhřívaných sádrových panelů.[52]

Poruchy spojené s většinou instalací lze přičíst zanedbání pracoviště, chybám instalace a nesprávnému zacházení s produktem, jako je vystavení ultrafialovému záření. Předběžné tlakové zkoušky vyžadované betonovými normami pro instalaci[53] a pokyny pro správnou praxi[54] pro návrh, konstrukci, provoz a opravy sálavých systémů vytápění a chlazení zmírňují problémy vyplývající z nesprávné instalace a provozu.

Fluidní systémy využívající zesítěný polyethylen (PEX) produkt vyvinutý ve 30. letech 20. století a jeho různé deriváty, jako je PE-rt, prokázaly spolehlivý dlouhodobý výkon v náročných aplikacích v chladném podnebí, jako jsou mostovky, odbavovací plochy letadel a přistávací plochy. PEX se stal populární a spolehlivou volbou v domácím použití pro novou konstrukci betonových desek a novou konstrukci podlahového trámu i (dodatečné vybavení trámem). Protože materiály jsou vyráběny z polyethylenu a jeho vazby jsou zesítěny, je vysoce odolný proti korozi nebo teplotním a tlakovým namáháním spojeným s typickými systémy HVAC na bázi kapalin.[55] Pro spolehlivost PEX musí být instalační postupy přesné (zejména u spojů) a je třeba pečlivě dodržovat specifikace výrobce pro maximální teplotu vody nebo kapaliny atd.

Návrh a instalace

Obecná doporučení pro umístění sálavého topného a chladicího potrubí do podlahových sestav, kde mohou být přítomny další vzduchotechnické a instalační součásti
Typické sestavy podlahového vytápění a chlazení. Místní postupy, kódy, normy, osvědčené postupy a požární předpisy určí skutečné materiály a metody

Konstrukce systémů podlahového chlazení a vytápění se řídí průmyslovými normami a směrnicemi.[56][57][poznámky 2]

Technické provedení

Množství tepla vyměňovaného z nebo do podlahového systému je založeno na kombinovaném sálavém a konvekčním koeficienty přenosu tepla.

  • Přenos sálavého tepla je konstantní na základě Stefan – Boltzmannova konstanta.
  • Konvekční přenos tepla se časem mění v závislosti na
    • hustota vzduchu a tím i jeho vztlak. Vztlak vzduchu se mění podle povrchové teploty a
    • nucený pohyb vzduchu v důsledku ventilátorů a pohybu osob a předmětů v prostoru.

Konvekční přenos tepla u podlahových systémů je mnohem větší, když systém pracuje spíše v režimu vytápění než chlazení.[58] Typicky s podlahovým vytápěním tvoří konvekční složka téměř 50% celkového přenosu tepla a při podlahovém chlazení je konvekční složka méně než 10%.[59]

Úvahy o teplotě a vlhkosti

Pokud mají vyhřívané a chlazené trubky nebo topné kabely stejný prostor jako ostatní stavební prvky, může dojít k parazitnímu přenosu tepla mezi chladicími zařízeními, chladicími sklady, potrubími studené vody pro domácnost, klimatizačními a ventilačními kanály. Aby to bylo možné ovládat, musí být potrubí, kabely a další stavební prvky dobře izolované.

Při podlahovém chlazení se může na povrchu podlahy hromadit kondenzace. Aby se tomu zabránilo, udržuje se vlhkost vzduchu nízká, pod 50% a teploty podlahy nad rosný bod, 19 ° C (66F).[60]

Stavební systémy a materiály

  • Tepelné ztráty pod stupeň
  • Tepelné ztráty na vnějším rámu podlahy
    • Vyhřívaná nebo chlazená spodní podlaha zvyšuje teplotní rozdíl mezi venkovním prostorem a upravenou podlahou.
    • Dutiny vytvořené rámovými trámy, jako jsou záhlaví, ořezávače a konzolový sekce pak musí být izolovány tuhými, plstěnými nebo sprejovými izolacemi vhodné hodnoty na základě klimatu a stavebních technik.
  • Zvažování zdiva a dalších tvrdých podlah
    • Betonové podlahy musí být přizpůsobeny smršťování a roztahování v důsledku vytvrzování a změn teploty.
    • Časy a teploty vytvrzování pro lité podlahy (beton, lehké obklady) musí odpovídat průmyslovým standardům.
    • U všech podlah typu zdiva jsou vyžadovány kontrolní a dilatační spáry a techniky potlačení trhlin;
  • Dřevěné podlahy
  • Normy potrubí[poznámky 3]

Kontrolní systém

Systémy podlahového vytápění a chlazení mohou mít několik řídicích bodů včetně správy:

  • Teploty kapalin v topném a chladicím zařízení (např. Kotle, chladicí jednotky, tepelná čerpadla).
    • Ovlivňuje účinnost
  • Teploty kapalin v distribuční síti mezi elektrárnou a sálavými potrubími.
    • Ovlivňuje kapitál a provozní náklady
  • Teploty kapaliny v potrubních systémech PE-x, které jsou založeny na;[1]
    • Požadavky na vytápění a chlazení
    • Rozteč trubek
    • Ztráty nahoru a dolů
    • Vlastnosti podlahy
  • Provozní teplota
  • Povrchové teploty pro;[65]
    • Pohodlí
    • Zdraví a bezpečnost
    • Integrita materiálu
    • Rosný bod (pro podlahové chlazení).

Mechanické schéma

Příklad schématu HVAC založeného na záření

Ilustrované je zjednodušené mechanické schéma systému podlahového vytápění a chlazení pro zajištění kvality tepelné pohody[65] se samostatným vzduchotechnickým systémem pro kvalita vnitřního vzduchu.[66][67] Ve vysoce výkonných obytných domech střední velikosti (např. Do 3000 ft2 (278 m2) celková upravená podlahová plocha), tento systém využívající vyrobené hydronické ovládací zařízení by zabíral přibližně stejný prostor jako tří nebo čtyřdílná koupelna.

Modelování vzorů potrubí pomocí analýzy konečných prvků

Modelování vzorů sálavého potrubí (také trubice nebo smyčky) pomocí analýza konečných prvků (FEA) předpovídá tepelné difúze a kvalitu povrchové teploty nebo účinnost různých rozvržení smyčky. Výkon modelu (obrázek vlevo) a obrázek vpravo jsou užitečné pro pochopení vztahů mezi odporem podlah, vodivostí okolní hmoty, roztečí trubek, hloubkami a teplotami kapaliny. Stejně jako u všech simulací FEA, zobrazují včasný snímek pro konkrétní sestavu a nemusí být reprezentativní pro všechny podlahové sestavy ani pro systém, který byl v ustáleném stavu po dlouhou dobu funkční. Praktická aplikace FEA pro inženýra je schopna posoudit každý návrh na teplotu kapaliny, ztráty zpět a kvalitu povrchové teploty. Prostřednictvím několika iterací je možné optimalizovat design pro nejnižší teplotu kapaliny v topení a nejvyšší teplotu kapaliny v chlazení, což umožňuje spalovacímu a kompresnímu zařízení dosáhnout svého maximálního jmenovitého výkonu účinnosti.

Ekonomika

Pro podlahové systémy existuje široká škála cen na základě regionálních rozdílů, materiálů, aplikací a složitosti projektu. Je široce přijímán v EU Severské, asijský a evropský komunity. V důsledku toho je trh vyspělejší a systémy relativně dostupnější než méně rozvinuté trhy, jako např Severní Amerika kde tržní podíl u systémů na bázi kapaliny zůstává mezi 3% až 7% systémů HVAC (ref. Statistika Kanada a Úřad pro sčítání lidu Spojených států ).

V budovách energetické účinnosti, jako jsou Pasivní dům, R-2000 nebo Čistá nulová energie, jednoduché termostatické ventily radiátorů lze instalovat společně s jediným kompaktním oběhovým čerpadlem a malým kondenzačním ohřívačem ovládaným bez nebo se základním reset teplé vody[68] řízení. Ekonomické systémy založené na elektrickém odporu jsou také užitečné v malých zónách, jako jsou koupelny a kuchyně, ale také v celých budovách, kde je velmi nízké vytápění. Větší struktury budou potřebovat více sofistikované systémy řešit potřeby chlazení a vytápění a často vyžadují systémy řízení budovy regulovat spotřebu energie a řídit celkové vnitřní prostředí.

Nízkoteplotní sálavé vytápění a vysokoteplotní sálavé chlazení se dobře hodí okresní energie systémy (komunitní systémy) kvůli teplotním rozdílům mezi elektrárnou a budovami, které umožňují izolované distribuční sítě malého průměru a nízké požadavky na čerpací výkon. Nízké teploty zpátečky při vytápění a vysoké teploty zpátečky při chlazení umožňují dálkové energetické elektrárně dosáhnout maximální účinnosti. Principy okresní energie s podlahovými systémy lze také použít na samostatné vícepodlažní budovy se stejnými výhodami.[69] Navíc jsou ideálně vhodné podlahové sálavé systémy obnovitelná energie zdroje včetně geotermální a solární termální systémy nebo jakýkoli systém, kde je odpadní teplo využitelné.

V globálním úsilí o udržitelnost, dlouhodobá ekonomika podporuje potřebu eliminovat, kde je to možné, komprese pro chlazení a spalování pro vytápění. Poté bude nutné použít zdroje nízké kvality tepla, pro které se dobře hodí sálavé podlahové vytápění a chlazení.[vyjasnit ][Citace je zapotřebí ]

Účinnost systému

Analýza účinnosti systému a využití energie bere v úvahu výkon pláště budovy, účinnost topného a chladicího zařízení, ovládání systému a vodivosti, vlastnosti povrchu, rozteč trubek / prvků a hloubku sálavého panelu, teploty provozní kapaliny a účinnost vodiče vůči vodě oběhová čerpadla.[70] Účinnost v elektrických systémech je analyzována podobnými procesy a zahrnuje účinnost výroba elektřiny.

I když je účinnost sálavých systémů neustále diskutována, není o ni nedostatek anekdotické nároky a vědecké práce prezentující obě strany, nízké teploty vratné kapaliny v topení a vysoké teploty vratné kapaliny v chlazení umožňují kondenzační kotle,[71] chladiče[72] a tepelná čerpadla[73] pracovat v jejich blízkosti nebo v jeho blízkosti maximální technický výkon.[74][75] Čím vyšší je účinnost „drátu do vody“ oproti „drátu do vzduchu“, je voda výrazně vyšší tepelná kapacita upřednostňuje systémy založené na tekutinách před systémy založenými na vzduchu.[76] Terénní aplikace i simulační výzkum prokázaly významné úspory elektrické energie sálavým chlazením a speciálními systémy venkovního vzduchu založenými částečně na předchozích známých principech.[77][78]

v Pasivní domy, R-2000 domů nebo Budovy čisté nulové energie nízké teploty systémů sálavého vytápění a chlazení představují významné příležitosti k využití exergie.[79]

Úvahy o účinnosti pro povrchové materiály podlah

Účinnost systému ovlivňuje také podlahová krytina sloužící jako radiační mezní vrstva mezi hmotou podlahy a cestujícími a dalším obsahem upraveného prostoru. Například koberce mají větší odpor nebo nižší vodivost než dlaždice. Podlahy pokryté koberci tedy musí pracovat při vyšších vnitřních teplotách než dlaždice, což může u kotlů a tepelných čerpadel zajistit nižší účinnost. Pokud je však podlahová krytina známa v době instalace systému, lze vnitřní teplotu podlahy požadovanou pro danou krytinu dosáhnout správným rozestupem trubek, aniž by byla obětována účinnost zařízení (ačkoli vyšší vnitřní teploty podlahy mohou vést ke zvýšeným tepelným ztrátám) z jiných než podlahových povrchů podlahy).[80]

The emisivita, odrazivost a absorpční schopnost povrchu podlahy jsou rozhodujícími faktory jeho výměny tepla s obyvateli a místností. Neleštěné podlahové povrchové materiály a úpravy mají velmi vysokou emisivitu (0,85 až 0,95), a proto jsou dobré tepelné radiátory.[81]

S podlahovým vytápěním a chlazením ("reverzibilní podlahy") jsou povrchy podlah vysoké absorbance a emisivita a nízko odrazivost jsou nejžádanější.

Termografické vyhodnocení

Termografické snímky místnosti vytápěné sálavým vytápěním s nízkou teplotou krátce po spuštění systému

Termografie je užitečný nástroj ke sledování skutečné tepelné účinnosti podlahového systému od jeho spuštění (jak je znázorněno) do provozních podmínek. Při spuštění je snadné identifikovat umístění trubice, ale méně, když se systém přesune do a ustálený stav stav. Je důležité správně interpretovat termografické obrazy. Jak je to u analýzy konečných prvků (FEA), to, co je vidět, odráží podmínky v době obrazu a nemusí představovat ustálené podmínky. Například povrchy zobrazené na zobrazených obrázcích se mohou jevit jako „horké“, ale ve skutečnosti jsou ve skutečnosti pod nominální teplotou teploty kůže a jádra lidského těla a schopnost „vidět“ trubky neznamená „cítit“ trubky. Termografie může také poukázat na nedostatky v obvodových pláštích budov (obrázek vlevo, detail průsečíku rohu), tepelné přemostění (obrázek vpravo, šrouby) a tepelné ztráty spojené s vnějšími dveřmi (obrázek uprostřed).

Globální příklady velkých moderních budov využívajících sálavé vytápění a chlazení

Viz také

Reference

  1. ^ A b Kapitola 6, Panelové vytápění a chlazení, 2000 ASHRAE Systems and Equipment Handbook
  2. ^ A b Bean, R., Olesen, B., Kim, K.W., History of Radiant Heating and Cooling Systems, ASHRAE Journal, část 1, leden 2010
  3. ^ Guo, Q., (2005), Čínská architektura a plánování: Myšlenky, metody, techniky. Sttutgart: Edition Axel Menges, část 1, kapitola 2, str. 20–27
  4. ^ Pringle, H., (2007), The Battle Over Amaknak Bridge. Archeologie. 60 (3)
  5. ^ Forbes, R. J. (Robert James), 1900-1973. (1966). Studie ve starověké technologii. Leiden: E.J. Brill. ISBN  9004006214. OCLC  931299038.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
  6. ^ A b Bean, R., Olesen, B., Kim, K.W., History of Radiant Heating and Cooling Systems, ASHRAE Journal, část 2, leden 2010
  7. ^ Papers on Traditional Public Baths-Hammam-in the Mediterranean, Archnet-IJAR, International Journal of Architectural Research, Vol. 3, číslo 1: 157-170, březen 2009
  8. ^ Kennedy, H., Od Polis k Madině: Urban Change in Late Antique and Early Islamic Sýria, Past and Present (1985) 106 (1): 3-27. doi:10.1093 / minulost / 106.1.3
  9. ^ Rashti, C. (Intro), Urban Conservation and Area Development in Afghanistan, Aga Khan Historic Cities Program, Aga Khan Trust for Culture, květen 2007
  10. ^ "Muzeum Zamkowe w Malborku". www.zamek.malbork.pl.
  11. ^ „Vysoká komise pro revitalizaci citadely Erbil, Hammam“. erbilcitadel.org. Archivovány od originál dne 2009-07-05.
  12. ^ Gallo, E., Jean Simon Bonnemain (1743-1830) and the Origins of Hot Water Central Heating, 2nd International Congress on Construction History, Queens 'College, Cambridge, UK, edited by Construction History Society, 2006
  13. ^ Bruegmann, R., Ústřední topení a nucené větrání: Počátky a účinky na architektonický design, JSAH, sv. 37, č. 3, říjen 1978.
  14. ^ Lékařská a chirurgická historie války o povstání, část III., Svazek II., Chirurgická historie, 1883.
  15. ^ "Věda na dálku". www.brooklyn.cuny.edu.
  16. ^ Panelové vytápění, strukturální papír č. 19, Oscar Faber, O.B.E, D.C.L (Hon), D.Sc. (Eng.), The Institution of Civil Engineers, květen 1947, s. 16
  17. ^ PEX Association, The History and Influence of PEX Pipe on Indoor Environmental Quality, „Archivovaná kopie“ (PDF). Archivovány od originál (PDF) dne 28. 11. 2010. Citováno 2010-11-28.CS1 maint: archivovaná kopie jako titul (odkaz)
  18. ^ Bjorksten Test New Plastic Heating Tubes, (June 7, 1951), Consolidated Press Clipping Bureau U.S., Chicago
  19. ^ "The Canadian Encyclopedia, Industry - Petrochemical Industry". Archivováno z původního dne 20. října 2008. Citováno 15. září 2010.
  20. ^ Rush, K., (1997) Odyssey of an Engineering Researcher, The Engineering Institute of Canada, Eic History & Archives
  21. ^ Engle, T. (1990) Polyethylene, A Modern Plastic From Its Discovery Until Today
  22. ^ , Moe, K., 2010, Thermally Active Surfaces in Architecture, Princeton Architectural Press, ISBN  978-1-56898-880-1
  23. ^ „Archivovaná kopie“ (PDF). Archivovány od originál (PDF) 4. září 2014. Citováno 17. září 2015.CS1 maint: archivovaná kopie jako titul (odkaz)
  24. ^ Kolarik, J., Yang, L., Thermal mass activation (Chpt.5) with Expert Guide Part 2, IEA ECBSC Annex 44, Integrating environmentally responsive elements in buildings, 2009
  25. ^ Lehmann, B., Dorer, V., Koschenz, M., the Application range of thermally activated building systems tabs, Energy and Buildings, 39:593–598, 2007
  26. ^ "Low Temperature Heating Systems, Increased Energy Efficiency and Improved Comfort, Annex 37, International Energy Association" (PDF). lowex.org.
  27. ^ Boerstra A., Op ´t Veld P., Eijdems H. (2000), The health, safety and comfort advantages of low-temperature heating systems: a literature review. Proceedings of the Healthy Buildings conference 2000, Espoo, Finland, 6–10 August 2000.
  28. ^ Eijdems, H.H., Boerrsta, A.C., Op ‘t Veld, P.J., Low-temperature heating systems: Impact on IAQ, thermal comfort and energy consumption, the Netherlands Agency for Energy and the Environment (NOVEM) (c.1996)
  29. ^ Rea, M.D., William J, "Optimum Environments for Optimum Health & Creativity", Environmental Health Center-Dallas, Texas.
  30. ^ "Buying An Allergy-Friendly House: Q and A with Dr. Stephen Lockey". Allergy & Asthma Center. Archivovány od originál 25. října 2010. Citováno 11. září 2010.
  31. ^ Asada, H., Boelman, E.C., Exergy analysis of a low-temperature radiant heating system, Building Service Engineering, 25:197-209, 2004
  32. ^ Babiak J., Olesen, B.W., Petráš, D., Low-temperature heating and high-temperature cooling – Embedded water-based surface systems, REHVA Guidebook no. 7, Forssan Kirjapaino Oy- Forssan, Finland, 2007
  33. ^ Meierhans, R.A., Slab cooling and earth coupling, ASHRAE Transactions, vol. 99(2):511-518, 1993
  34. ^ Kilkis, B.I., Advantages of combining heat pumps with radiant panel and cooling systems, IEA Heat Pump Centre Newsletter 11 (4): 28-31, 1993
  35. ^ Chantrasrisalai, C., Ghatti, V., Fisher, D.E., Scheatzle, D.G., Experimental validation of the EnergyPlus low-temperature radiant simulation, ASHRAE Transactions, vol. 109(2):614-623, 2003
  36. ^ Chapman, K.S., DeGreef, J.M., Watson, R.D., Thermal comfort analysis using BCAP for retrofitting a radiantly heated residence (RP-907), ASHRAE Transactions, vol. 103(1):959-965, 1997
  37. ^ De Carli, M., Zarrella, A., Zecchin, R., Comparison between a radiant floor and two radiant walls on heating and cooling energy demand, ASHRAE Transactions, vol. 115(2), Louisville 2009
  38. ^ Ghatti, V. S., Scheatzle, D. G., Bryan, H., Addison, M., Passive performance of a high-mass residence: actual data vs. simulation, ASHRAE Transactions, vol. 109(2):598-605, 2003
  39. ^ Cort, K.A., Dirks, J.A., Hostick, D.J., Elliott, D.B., Analyzing the life cycle energy savings of DOE-supported buildings technologies(PNNL-18658), Pacific Northwest National Laboratory (for U.S. Department of Energy), August 2009
  40. ^ Roth, K.W., Westphalen, D., Dieckmann, J., Hamilton, S.D., Goetzler, W., Energy consumption characteristics of commercial building HVAC systems volume III: energy savings potential, TIAX, 2002
  41. ^ Analysis of renewable energy potential in the residential sector through high-resolution building-energy simulation, Canada Mortgage and Housing Corporation, Technical Series 08-106, November 2008
  42. ^ Herkel, S., Miara, M., Kagerer, F. (2010), Systemintegration Solar + Wärmepumpe, Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE
  43. ^ Baskin, E., Evaluation of hydronic forced-air and radiant slab heating and cooling systems, ASHRAE Transactions, vol. 111(1):525-534, 2005
  44. ^ Hoof, J.V., Kort, S.M., Supportive living environments: The first concept of a dwelling designed for older adults with dementia, Dementia, Vol. 8, No. 2, 293-316 (2009) doi:10.1177/1471301209103276
  45. ^ Hashiguchi, N., Tochihara, Y., Ohnaka, T., Tsuchida, C., Otsuki, T., Physiological and subjective responses in the elderly when using floor heating and air conditioning systems, Journal of Physiological Anthropology and Applied Human Science, 23: 205–213, 2004
  46. ^ Springer, W. E., Nevins, R.G., Feyerherm, A.M., Michaels, K.B., Effect of floor surface temperature on comfort: Part III, the elderly, ASHRAE Transactions 72: 292-300, 1966
  47. ^ Podlahové topení EMFs.info
  48. ^ Best Laminate Floor Cleaner
  49. ^ Non-Ionizing Radiation, Part 1: Static and Extremely Low-Frequency (ELF) Electric and Magnetic Fields Archivováno 2017-03-17 na Wayback Machine International Agency for Research on Cancer, 2002
  50. ^ Settlement Announced in Class Action with Shell, „Archivovaná kopie“ (PDF). Archivovány od originál (PDF) dne 02.02.2007. Citováno 2010-09-01.CS1 maint: archivovaná kopie jako titul (odkaz)
  51. ^ "Galanti v. The Goodyear Tire & Rubber Company and Kelman v. The Goodyear Tire & Rubber Company et al". entraniisettlement.com. Archivovány od originál on 2010-02-21.
  52. ^ "Radiant ceiling panels, Ministry of Municipal Affairs, Electric Safety Branch, Province of British Columbia, 1994" (PDF). eiabc.org. Archivovány od originál (PDF) dne 26. 7. 2011.
  53. ^ "ACI 318-05 Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary". concrete.org. Archivovány od originál dne 14. 9. 2010.
  54. ^ Např. Radiant Panel Association, Canadian Institute of Plumbing and Heating, Thermal Environmental Comfort Association of British Columbia, and ISO Standards.
  55. ^ "Plastic Pipe Institute, The Facts On Cross-Linked Polyethylene (Pex) Pipe Systems" (PDF). plasticpipe.org.
  56. ^ ANSI/ASHRAE 55- Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy
  57. ^ ISO 7730:2005, Ergonomics of the thermal environment -- Analytical determination and interpretation of thermal comfort using calculation of the PMV and PPD indices and local thermal comfort criteria
  58. ^ Bean, R., Kilkis, B., 2010, Short Course on the Fundamentals of Panel Heating and Cooling, American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inc., <„Archivovaná kopie“. Archivovány od originál 6. července 2010. Citováno 25. srpna 2010.CS1 maint: archivovaná kopie jako titul (odkaz)>
  59. ^ "ASHRAE Singapore Chapter" (PDF). www.ashrae.org.sg.
  60. ^ Mumma, S., 2001, Designing Dedicated Outdoor Air Systems, ASHRAE Journal, 29-31
  61. ^ Table 3 Soil Thermal Conductivities, 2008 ASHRAE Handbook—HVAC Systems and Equipment
  62. ^ Natural Resources Canada's (NRCan's) validation of new building designs policies and procedures and interpretation of the Model National Energy Code for Commercial Buildings (MNECB), 2009
  63. ^ Beausoleil-Morrison, I., Paige Kemery, B., Analysis of basement insulation alternatives, Carleton University, April 2009
  64. ^ Wood Handbook, Wood as an Engineering Material, U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Forest Products Laboratory, 2010
  65. ^ A b ANSI/ASHRAE Standard 55 - Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy
  66. ^ ASHRAE 62.1 Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality
  67. ^ ASHRAE 62.2 Ventilation and Acceptable Indoor Air Quality in Low Rise Residential Buildings
  68. ^ Butcher, T., Hydronic baseboard thermal distribution system with outdoor reset control to enable the use of a condensing boiler, Brookhaven National Laboratory, (for) Office of Buildings Technology U.S. Department of Energy, October, 2004
  69. ^ "Olesen, B., Simmonds, P., Doran, T., Bean, R., Vertically Integrated Systems in Standalone Multi Story Buildings, ASHRAE Journal Vol. 47, 6, June 2005," (PDF). psu.edu.
  70. ^ "Heater, 7 Tankless Water Heaters, Mian Yousaf, Dec,2019". fashionpk.pk.
  71. ^ Fig. 5 Effect of Inlet Water Temperature on Efficiency of Condensing Boilers, Chapter 27, Boilers, 2000 ASHRAE Systems and Equipment Handbook
  72. ^ Thornton, B.A., Wang, W., Lane, M.D., Rosenberg, M.I., Liu, B., (September 2009), Technical Support Document: 50% Energy Savings Design Technology Packages for Medium Office Buildings, Pacific Northwest National Laboratory for the U.S. Department of Energy, DE-AC05-76RL01830
  73. ^ Jiang, W., Winiarski, D.W., Katipamula, S., Armstrong, P.R., Cost-effective integration of efficient low-lift base-load cooling equipment (Final Report), Pacific Northwest National Laboratory, Prepared for the U.S. Department of Energy Office of Energy Efficiency and Renewable Energy Federal Energy Management Program, December, 2007
  74. ^ Fitzgerald, D. Does warm air heating use less energy than radiant heating? A clear answer, Building Serv Eng Res Technol 1983; 4; 26, doi:10.1177/014362448300400106
  75. ^ Olesen, B.W., deCarli, M., Embedded Radiant Heating and Cooling Systems: Impact of New European Directive for Energy Performance of Buildings and Related CEN Standardization, Part 3 Calculated Energy Performance of Buildings with Embedded Systems (Draft), 2005, < „Archivovaná kopie“. Archivovány od originál 3. října 2011. Citováno 14. září 2010.CS1 maint: archivovaná kopie jako titul (odkaz)>
  76. ^ "Heat, Work and Energy". www.engineeringtoolbox.com.
  77. ^ "Leigh, S.B., Song, D.S., Hwang, S.H., Lee, S.Y., A Study for Evaluating Performance of Radiant Floor Cooling Integrated with Controlled Ventilation, ASHRAE Transactions: Research, 2005" (PDF). nrel.gov.
  78. ^ Leach, M., Lobato, C., Hirsch, A., Pless, S., Torcellini, P., Technical Support Document: Strategies for 50% Energy Savings in Large Office Buildings, National Renewable Energy Laboratory, Technical Report, NREL/TP-550-49213, September 2010
  79. ^ International Energy Agency, Annex 37 Low Exergy Systems for Heating and Cooling in Buildings
  80. ^ Fig. 9 Design Graph for Heating and Cooling with Floor and Ceiling Panels, Panel Heating and Cooling, 2000 ASHRAE Systems and Equipment Handbook
  81. ^ Pedersen, C.O., Fisher, D.E., Lindstrom, P.C. (March, 1997), Impact of Surface Characteristics on Radiant Panel Output, ASHRAE 876 TRP
  82. ^ Simmonds, P., Gaw, W., Holst, S., Reuss, S., Using radiant cooled floors to condition large spaces and maintain comfort conditions, ASHRAE Transactions, vol. 106(1):695-701, 2000

Poznámky

  1. ^ (CHP) (see also micro CHP a palivový článek
  2. ^ A sample of design and installation standards:
    Part 1: Determination of the design heating and cooling capacity
    Part 2: Design, dimensioning and installation
    Part 3: Optimizing for use of renewable energy sources, Brussels, Belgium.
    Part 1: Definitions and symbols
    Part 2: Floor heating: Prove methods for the determination of the thermal output using calculation and test methods
    Part 3: Dimensioning
    Part 4: Installation
    Part 5: Heating and cooling surfaces embedded in floors, ceilings and walls - Determination of the thermal output
    ISO TC 205/ WG 5, Indoor thermal environment
    ISO TC 205/ WG 8, Radiant heating and cooling systems
    ISO TC 205/ WG 8, Heating and cooling systems
  3. ^ A sample of standards for pipes used in underfloor heating:
    • ASTM F2623 - Standard Specification for Polyethylene of Raised Temperature (PE-RT) SDR 9 Tubing
    • ASTM F2788 - Standard Specification for Crosslinked Polyethylene (PEX) Pipe
    • ASTM F876 - Standard Specification for Crosslinked Polyethylene (PEX) Tubing
    • ASTM F2657 - Standard Test Method for Outdoor Weathering Exposure of Crosslinked Polyethylene (PEX) Tubing
    • CSA B137.5 - Crosslinked Polyethylene (PEX) Tubing Systems for Pressure Applications
    • CSA C22.2 NO. 130, Requirements for Electrical Resistance Heating Cables and Heating Device Sets
    • UL Standard 1673 – Electric Radiant Heating Cables
    • UL Standard 1693 – Electric Radiant Heating Panels and Heating Panel Sets