Оглавление

8.3. Системы
8.3.1 Централизованные системы, децентрализованные системы и гибридные системы

8.3.1.1 ЦЕНТРАЛИЗОВАННЫЕ СИСТЕМЫ

Централизованные системы изначально включают в себя системы отвода или нагревания воздуха, где техническое решение направлено или на все здание целиком, или на его какую-то большую часть.

ВЕНТИЛЯЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

Вентиляционные системы – это системы, нацеленные на облегчение движения и обмена воздухом в здании без подразумеваемой согревающей функции. Однако, важно отметить, что такие системы могут нормально содержать нагревательные элементы, предназначенных для обеспечения потока воздуха в здании без ввода внешнего воздуха в здание. Для нагрева пространства, требуются дополнительные системы. В основном, вентиляционная система подогревает входящий воздух до комнатной температуры, чтобы они проветривались так, как следует.

СИСТЕМЫ ВОЗДУШНОГО НАГРЕВА

Системы воздушного нагрева добавляют дополнительную задачу компенсации тепловых потерь в здании вентиляционной системы, покрывая полные обогревающие нужды здания. Входящий воздух, таким образом, нагревается до требуемой (обычно выше) температуры, чем температура комнаты. Поэтому поступающий воздух нагревается относительно этой температуры.

8.3.1.2 ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННЫЕ СИСТЕМЫ

Децентрализованные системы – это системы вентиляции, у которых каждая отдельная комната или место в здании имеет свое собственное техническое решение. В самом простом случае, это могут быть простые внешние элементы воздухозаборника. Однако, обычно, они используют компактные приборы, которые показывают потребление внешнего воздуха, и которые можно в дальнейшем оборудовать дополнительными компонентами кондиционирования воздуха. Поэтому, с децентрализованными системами есть также доступные вентиляционные системы, которые могут подключаться к воздушным обогревательным системам для передачи теплоты и перенагрева воздуха.

8.3.1.3 ГИБРИДНЫЕ СИСТЕМЫ

В случае гибридных систем, их нельзя прямо классифицировать, как вышеупомянутые группы, такие как жилые системы нагрева с центральным воздушным коллектором и системой труб. Централизованным элементом, например, является транспортировка воздуха в жилье. Внутренняя вентиляция места жительства – это уже децентрализованный элемент. Выхлопной воздух соответствующего жилья ведется через центральную выхлопную линию из здания через крышу. В этих случаях восстановление тепла от выхлопного воздуха имеет место в каждом отдельном жилье.

8.3.2 Дальнейшие термины вентиляционной технологии

Все формы вентиляции и воздушных нагревательных систем, описанные в секции 8.3, дополнительно к вышеупомянутым системам, отличались по типу и способу поставки воздуха в вентиляционный прибор или нагреватель. Мы говорим об окружающих воздушных системах, если внешние воздушные потоки попадают непосредственно в устройства; о воздушных системах циркуляции, если устройство использует только воздух здания; и о гибридных схемах кондиционирования воздуха, если устройство обслуживается внешним и циркуляционным воздухом. В добавок к этим трем типам вентиляции, нужно дать определение воздушным потокам – выхлопному воздуху, выходному воздуху и входному воздуху, чтобы можно было оперировать всеми понятиями воздушных потоков вентиляции и обогревательных систем.

Таблица 8.2

Типы воздушных потоков в соответствии с DIN 1946, Часть 1

Тип воздушного потока

Аббревиатура

Описание

Окружающий воздух

AU

Воздух, взятый извне

Использованный воздух

PO

Воздух, выпущенный наружу

Выхлопной воздух

AB

Воздух, выпущенный наружу

Циркуляционный воздух

UM

Фракции использованного воздуха, который используется в этой же системе как рабочий воздух

Смешанный воздух

MI

Смесь различных типов воздуха или его состояний (в основном использованного и рециркулированного воздуха)

Входной воздух

ZU

Входной воздух

8.3.3 Воздушные коллекторные системы в жилищном строительстве

Воздушные коллекторные системы могут использоваться в различных системных конфигурациях. Ниже представлены те, которые могут использоваться в жилищном строительстве.

Рисунок 8.16. Солнечный воздушный коллектор на фасаде. Источник: Grammer, Amberg


8.3.3.1 СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА СВЕЖЕГО ВОЗДУХА (НАГРЕВ ВОЗДУХА СО СВЕЖИМ ВОЗДУХОМ)

Это – самый простой вид солнечных воздушных систем. Сквозь коллекторы протекает свежий воздух, который тогда нагревается в здании. Нет никакой воздушной системы выхлопов; использованный воздух покидает здание сквозь щели или через выхлопные воздушные откидные створки (Рисунок 8.17). Установка, требуемая для продувания нагретого солнцем воздуха в здании минимальная. Все, что необходимо, это провести воздух в необходимые места. Эта система используется главным образом для модернизации в существующих зданиях. Если необходимый гигиенический воздухообмен образован в здании с помощью солнечной воздушной коллекторной системы, каждый градус, на который повышается температура, приносит дополнительные энергосбережения. Таким образом, например, с внешней температурой –10°C (14°F) и желаемой комнатной температурой +20°C (68°F), температурное увеличение солнечного воздушного коллектора только на 15 К уменьшает требования тепловой вентиляции на 50 %.

8.3.3.2 ВЕНТИЛЯЦИЯ СОЛНЕЧНЫХ ДОМОВ

Из-за увеличивающихся усовершенствований тепловых стандартов изоляции новых зданий, постоянно улучшается уплотнение стен зданий. Это требует использования системы контролирования подачи и выхлопов воздушных потоков, в которые может легко быть интегрированная солнечная воздушная система. С соответствующим солнечным излучением, свежий воздух проводится сквозь коллекторы и нагревает здание (Рисунок 8.18). Далее он идет сквозь вентиляционную систему, в которой также, обычно, интегрирован рекуператор теплоты.


Рисунок 8.17. Элементарная схема солнечной воздушной системы с чистым воздухом

Stove – Сушильня

Ventilator – Вентилятор

Filter – Фильтр

Ambient air – Окружающий воздух

Inlet air – Впускной воздух

Bedroom – Спальня

Bathroom – Ванная

WC – Уборная

Living room – Жилая комната

Kitchen – Кухня

Рис.8.18

Ambient air – Окружающий воздух

Waste air – Использованный воздух

Exhaust air – Выхлопной воздух

WC – Уборная

Bathroom – Ванная

Inlet air – Впускной воздух

Bedroom – Спальня

Kitchen – Кухня

Living room – Жилая комната

В более комплексных системах порции циркуляционного воздуха могут возвращаться в коллектора. Однако, рекуператор теплоты и солнечные воздушные системы взаимодействуют очень продуктивно. С энергетической точки зрения поэтому желательно присоединять воздушную коллекторную систему к выходу рекуператора теплоты. Это уменьшает текучесть солнечной воздушной системы; хотя и наоборот, восстановление теплоты намного меньше эффективно передает лишнюю высокую температуру от здания к предварительно нагретому воздуху. Имеет смысл также и интеграция с системой внутреннего водного нагрева.


Рисунок 8.18. Элементарная схема солнечной воздушной системы с (а) рекуперацией теплоты и (b) рекуперацией теплоты и нагревом воды


8.3.3.3 СОЛНЕЧНЫЙ ВОЗДУШНЫЙ НАГРЕВ С АККУМУЛИРОВАНИЕМ

Чтобы использовать солнечное воздушное нагревание здание время от времени, которое не совпадает с наличием солнечного излучения, нужно аккумулировать выработанную теплоту. Это играет очень большую роль, особенно в жилых домах, когда обогрев требуется вечером и ночью.

Чтобы хранить произведенную теплоту, ее нужно передать в подходящую среду. Для этой цели можно использовать гравиевые или каменные сосуды (см. Рисунок 8.19), но они обычно дорого стоят.


Рисунок 8.19. Элементарная схема солнечной воздушной системы с каменным аккумулятором

Collector field – Обмотка возбуждения коллектора

Store – Сосуд хранения

Charging circuit – Схема зарядки

Auxiliary heating – Вспомогательное теплоснабжение

Heating circuit – Схема теплоснабжения

Room – Комната

Circulating air – Циркулирующий воздух

Ambient air – Окружающий воздух


Сравнительно дешевый метод промежуточного хранения солнечной теплоты возможен при использовании гипокауст-систем (см. Рисунок 8.20), пока солнечная воздушная система запланирована в строительном проекте с самого начала. В таком случае теплый воздушный поток проводится сквозь части здания, такие как стены или этажи. Теплота передается основным частям здания, а потом эти части здания передают эту теплоту смежным комнатам с некоторой временной задержкой. Обычным нагреванием можно также управлять с помощью этой системы, для более эффективного ее использования.

В зданиях, оборудованных такой системой, часто площадь коллектора подразделяется. Одна часть питает гипокауст-систему, другая питает прямую систему нагрева помещения. В таком случае также является разумным включить в гипокауст- систему дополнительные переключение для контроля вентиляцией, поскольку соответствующая составная часть здания может поглотить только ограниченное количество теплоты.


Рисунок 8.20. Пример здания с системой гипокауст в стенах и под полом

Solar air collector – Солнечный воздушный коллектор

Air flow – Воздушный поток

Hypocaust wall – Стена “гипокауст”

Radiation heat – Излучаемая теплота


8.3.3.4 СОЛНЕЧНЫЙ ВОЗДУШНЫЙ ОБОГРЕВ И НАГРЕВАНИЕ ДОМАШНЕЙ ВОДЫ

Разумным расширением солнечной воздушной системы является передача лишней теплоты в самые солнечные месяцы воде в домашнем водопроводе. В летние месяцы обогрев комнат не требуется, что означает, что есть лишнее доступное тепло. Между маем и сентябрем (в зонах с умеренным климатом; с ноября по март в южном полушарии) нагретый солнцем воздух таким образом можно использовать почти исключительно для нагрева домашней воды, и существующая система может таким образом также заметно использоваться в пределах этого периода.

В течении других месяцев внутренним водным нагреванием управляют как операцией с низким приоритетом, поскольку воздушные коллекторы более эффективно работают на нагревание воздуха в комнатах и собирают побольше солнечного тепла. Как только достигается нужная температура воздуха в комнате, включается клапан обхода. Теперь уже системой управляют как циркуляционной таким же образом, как и в случае жидкостных солнечных систем. В обходной схеме установлен модуль воздушно-водной теплопередачи, которая передает теплоту от воздуха к отдельному жидкостному кругообороту с модулем безопасности и насосом. Это передает теплоту внутреннему резервуару для хранения воды через модуль внутренней теплопередачи (Рисунок 8.21). Жидкостная система управляется системой защиты от замерзания, поскольку, низкая температура теплопередатчика может вызвать понижение температуры воздуха ниже 0°C (32°F).

Для контроля системой нужна система с двумя блоками хранения. Отношение затраты-выгоды для этих дополнительных инвестиций в модули теплопередачи , внутреннего водопровода и модуля безопасности должно внимательно проверятся, но для большинства систем его можно считать не убыточным.


Рисунок 8.21. Базовая диаграмма солнечной воздушной системы, интегрированная в систему домашнего водоснабжения

Solar energy control – Управление солнечной энергией

Room temperature sensor – Датчик комнатной температуры

Solar air collector – Солнечный воздушный коллектор

Inlet air – Входной воздух

Air/water heat exchanger – Воздушный/водный теплообменник

Circulation air – Циркуляционный воздух

(Preheated) outside air – (Предварительно нагретый) внешний воздух


8.3.3.5 СОЛНЕЧНЫЕ ВОЗДУШНЫЕ СИСТЕМЫ В ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ДОМАХ

В новых, хорошо изолированных зданиях в зонах умеренного климата почти возможно обойтись без дополнительного обогревания помещения (сгорания природного топлива), там, где установлена солнечная воздушная система. Из-за низких тепловых потребностей, солнечная система может часто поставлять необходимую обогревающую энергию в комбинации с тепловым насосом в качестве системы рекуперации теплоты. Однако, здесь необходимо рассмотреть основной энергетический баланс в связи с числом рабочих часов насоса на протяжении года. Для дополнительного сбережения энергии можно установить низкотемпературные конвекторы, чтобы покрыть остаточные требования в теплоте в холодные дни.

Схема установки такой системы изображена на Рисунок 8.22, но вместо рекуператора или ротационных устройств теплопередачи, для рекуперации воздуха используется тепловой насос.

Из-за очень низкого энергопотребления в энергосберегающих домах, все-таки надо точно определить, нужна ли там солнечная воздушная система. Из-за значительно более высокой части потребления энергии для нагрева воды, при таких обстоятельствах, все-таки более разумно использовать солнечную обогревательную систему.

Для так называемых пассивных зданий (требования для нагрева составляют 15kWh/m2a) использование солнечных воздушных систем не находит применения, поскольку их энергетические требования низки даже во время холодной поры года. Солнечная воздушная система обеспечивала бы здание теплотой только три или четыре месяца в году.


Рисунок 8.22. Базовая диаграмма солнечной воздушной системы с рекуперацией теплоты (тепловым насосом) и нагревом домашней воды

Ambient air – Окружающий воздух

Waste air – Использованный воздух

Exhaust air – Выхлопной воздух

WC – Уборная

Bathroom – Ванная

Inlet air – Впускной воздух

Bedroom – Спальня

Kitchen – Кухня

Living room – Жилая комната


На главную