Dedykowany system powietrza zewnętrznego

Centrala wentylacyjna DOAS z wymiennikiem ciepła i pasywnym osuszaniem

system powietrza zewnętrznego ( DOAS ) to rodzaj systemu ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji ( HVAC ), który składa się z dwóch równoległych systemów: dedykowanego systemu dostarczania powietrza zewnętrznego, który obsługuje zarówno utajone , jak i jawne obciążenia związane z klimatyzacją wentylacji powietrza oraz system równoległy do ​​obsługi obciążeń (głównie ciepła jawnego) generowanych przez źródła wewnętrzne/procesowe oraz te, które przechodzą przez obudowę budynku.

Tło

Tradycyjne systemy HVAC, takie jak systemy o zmiennej objętości powietrza (VAV) obsługujące wiele stref, stwarzają potencjalne problemy związane ze złym komfortem cieplnym i możliwym skażeniem mikrobiologicznym . W zależności od środowiska i zastosowanego systemu równoległego, w konfiguracji DOAS system powietrza zewnętrznego będzie obsługiwał część jawnego obciążenia oprócz obciążenia utajonego, a system równoległy obsłuży pozostałe obciążenie jawne. Głównym celem systemu DOAS jest zapewnienie dedykowanej wentylacji, a nie wentylacji jako incydentalnej części procesu klimatyzowania powietrza w pomieszczeniach. DOAS to termin nadany systemowi, który był szeroko stosowany w Europie iw różnych formach w Stanach Zjednoczonych.

Przegląd systemu

William Coad zaproponował w 1999 r. osobną obsługę OA (powietrza zewnętrznego) i powietrza powrotnego w systemach HVAC budynków . Gatley opisuje również zastosowanie DOAS do dostarczania osuszonego powietrza do budynków w celu poprawy jakości powietrza w pomieszczeniach i komfortu cieplnego. Nowsze wysiłki badawcze zostały przeprowadzone w celu zbadania podstaw DOAS, z naciskiem na potencjalne zalety w porównaniu z konwencjonalnymi systemami HVAC. SA Mumma sugeruje, że istnieją cztery główne problemy z konwencjonalnymi, górnymi systemami VAV HVAC z mieszaniem powietrza. Te problemy systemów VAV podkreślają odpowiednie zalety systemów DOAS. Jednak niektóre wady DOAS obejmują: potencjalnie wyższe koszty początkowe, brak zastosowania w Stanach Zjednoczonych i potencjalnie większą złożoność.

  • Powietrze wentylacyjne we wszystkich systemach VAV HVAC: Projektanci i inżynierowie budowlani nie są w stanie dokładnie wiedzieć, w jaki sposób powietrze wentylacyjne mieszane z powietrzem powrotnym w typowym systemie VAV jest rozprowadzane po całym budynku. Kwestie takie jak wycieki powietrza, nastawy sterowania, ustawienia minimalnej ilości powietrza i zwarcia (np. mieszanie się powietrza wywiewanego z powietrzem wlotowym) mogą wpływać na ilość powietrza wentylacyjnego docierającego do pomieszczenia. System DOAS rozwiązuje ten problem, zapewniając dedykowany dopływ 100% powietrza zewnętrznego.
  • Potrzeba nadmiernego przepływu powietrza zewnętrznego i klimatyzacji w systemach VAV: Gdy stosowane jest równanie wielu przestrzeni z normy ASHRAE 62.1-2004, generalnie wymagane jest od 20 do 70% więcej powietrza zewnętrznego, aby zapewnić właściwą dystrybucję powietrza w pomieszczeniu we wszystkich systemach wentylacyjnych niż jest to wymagane w przypadku dedykowanych systemów powietrza zewnętrznego. Chłodzenie i osuszanie dużych ilości powietrza zewnętrznego latem oraz nawilżanie i ogrzewanie powietrza zimą jest energochłonną propozycją. System DOAS jest dostosowany do wymagań i nie wymaga przewymiarowania.
  • Wartości minimalne dla skrzynek VAV muszą być ustawione na wysokim poziomie, aby uwzględnić wymagania dotyczące wentylacji: być może w przeciwieństwie do obecnej praktyki, wartości minimalne dla skrzynek VAV muszą odzwierciedlać zarówno wymagania dotyczące wentylacji przestrzeni, jak i frakcję powietrza wentylacyjnego w powietrzu nawiewanym. Na przykład przestrzeń wymagająca 5663 standardowych litrów na minutę (SLPM) (200 standardowych stóp sześciennych na minutę (SCFM)) powietrza wentylacyjnego i zasilana powietrzem nawiewanym, które stanowi 40% powietrza wentylacyjnego, będzie wymagać minimalnego ustawienia skrzynki na 14158 SLPM ( 500 SCFM) (tj. 200/0,4) zamiast konwencjonalnej praktyki 5663 SLPM (200 SCFM). Gdy wartości minimalne skrzynki są odpowiednio ustawione, aby spełnić wymagania dotyczące wentylacji, problemem staje się możliwość znacznego ponownego nagrzania terminala. W związku z tym prawidłowo działające systemy VAV powietrza zawsze będą zużywać więcej końcowego dogrzewania niż dedykowane systemy powietrza zewnętrznego dostarczające powietrze o tej samej temperaturze.
  • Brak rozdzielenia ukrytych i jawnych obciążeń przestrzennych: Niemożność oddzielenia jawnych i ukrytych obciążeń przestrzennych prowadzi do wysokiej wilgotności względnej w przestrzeni przy niskich obciążeniach jawnych w zajmowanych przestrzeniach. Właściwie zaprojektowane dedykowane systemy powietrza zewnętrznego mogą obsłużyć 100% obciążeń utajonych w przestrzeni i część obciążeń jawnych w przestrzeni, oddzielając w ten sposób obciążenia jawne od utajonych w przestrzeni. Następnie stosuje się równoległy system chłodzenia tylko jawnego, aby pomieścić jawne obciążenia, które nie są obsługiwane przez dedykowane systemy powietrza zewnętrznego. Istnieje zatem silna zachęta do kontrolowania ładunków utajonych w przestrzeni niezależnie od ładunków jawnych w przestrzeni, aby uniknąć problemów z jakością powietrza w pomieszczeniach związanych z wilgocią.

Systemy terminali równoległych

W przypadku typowego systemu wentylacji DOAS, system powietrza zewnętrznego może obsłużyć około 0-30% rozsądnego obciążenia przestrzeni. W celu stworzenia komfortowych warunków w pomieszczeniach, równowaga przestrzeni ładunkowej musi być dostosowana przez wiele innych opcjonalnych opcji wyposażenia, jak następuje:

Układ promienisty

W porównaniu z innymi sensownymi systemami chłodzenia, sufitowe panele chłodzące to najlepszy wybór systemu równoległego do użytku z DOAS. Ponieważ system DOAS obsługuje tylko wentylację przestrzeni i obciążenia utajone, daje możliwość zmniejszenia wymaganej wysokości od podłogi do podłogi poprzez zmniejszenie rozmiaru systemu kanałów i wymaganej mocy wentylatora. System chłodzenia sufitowego promiennikowego w połączeniu z systemem DOAS ma wiele zalet. Sekcja oceny ogólnej w podręczniku ASHRAE 2008 zawiera krótki opis w następujący sposób:

Główne zalety to:

  • Ponieważ obciążenia promieniujące są przetwarzane bezpośrednio, a ruch powietrza w przestrzeni odbywa się na normalnym poziomie wentylacji, poziom komfortu może być wyższy niż w przypadku innych systemów klimatyzacji
  • Spełnij wymagania dotyczące ilości zasilania dla wentylacji i osuszania
  • Ze względu na zmniejszone ilości powietrza zewnętrznego, system DOAS może być montowany z mniejszym systemem kanałów
  • Promiennikowe sufitowe panele chłodzące mogą wyeliminować mokre powierzchniowe wężownice chłodzące i zmniejszyć ryzyko zanieczyszczenia septycznego
  • Rurociągi automatycznej instalacji tryskaczowej można zastosować w systemach paneli chłodzących z promiennikami sufitowymi

Główna wada wiąże się z wyższymi kosztami początkowymi.

Oprócz zalet przedstawionych powyżej, równoległe promieniujące panele chłodzące oferują również inne zalety, takie jak kompaktowa konstrukcja, oszczędność miejsca na pionowym szybie i szybkie dostosowanie dynamicznych elementów sterujących. Oszczędności energii w systemie DOAS/sufitowego panelu chłodzącego można powiązać z: zmniejszeniem obciążenia wężownicy chłodzącej, zmniejszeniem zużycia energii agregatu chłodniczego, zmniejszeniem zużycia energii pompowania oraz zmniejszeniem zużycia energii wentylatora. Ogólnie rzecz biorąc, dzięki całkowitemu odzyskowi energii i niewielkiej ilości powietrza nawiewanego w systemie DOAS, zużycie energii agregatu chłodniczego można znacznie zmniejszyć w porównaniu z konwencjonalnym systemem VAV. W badaniu pilotażowego systemu chłodzenia DOAS/promiennikowego panelu sufitowego godzinowa symulacja zużycia energii przewiduje, że roczne zużycie energii elektrycznej pilotażowego systemu DOAS/promiennikowego panelu chłodzącego jest o 42% mniejsze niż w przypadku konwencjonalnego systemu VAV ze sterowaniem ekonomizerem.

Oprócz rozwiązywania problemów z konwencjonalnymi systemami VAV, które wymieniono powyżej, DOAS oferuje następujące korzyści:

  • Zmniejszenie o ponad 50% kosztów eksploatacji systemu mechanicznego w porównaniu z konwencjonalnymi systemami VAV
  • Równy lub niższy koszt początkowy dzięki prostym kontrolom
  • Oferuje do 80% punktów potrzebnych do uzyskania podstawowej certyfikacji LEED ( Leadership in Energy and Environmental Design ).

System oparty na powietrzu

Istnieją dwa główne sposoby projektowania DOAS przy użyciu systemu powietrznego jako systemu równoległego:

Oddzielne systemy z różnymi kanałami

W tej konfiguracji istnieje system powietrza zewnętrznego, który zrzuca wstępnie przygotowane powietrze (uwzględniając obciążenie utajone i częściowe obciążenie jawne) bezpośrednio do przestrzeni we własnym kanale/dyfuzorze. Istnieje oddzielny system (np. klimakonwektor), który pobiera powietrze z pomieszczenia i kondycjonuje je w celu spełnienia pozostałego rozsądnego obciążenia przestrzeni.

Zalety:

  • Łatwiejszy pomiar natężenia przepływu powietrza z zewnątrz do pomieszczenia
  • Łatwiejszy pomiar przepływów powietrza i system równoważenia
  • Unika nakładania obciążeń wentylacyjnych na sprzęt HVAC w przestrzeni ( Klimakonwektor )

Niedogodności:

  • Oddzielne kanały dla ścieżek równoległych mogą zwiększyć pierwsze koszty
  • Oddzielne dyfuzory dla powietrza zewnętrznego i powietrza recyrkulacyjnego mogą nie zapewniać odpowiedniego mieszania
  • Oddzielne równoległe ścieżki przepływu powietrza zwiększają ogólny przepływ powietrza do pomieszczenia, co może zwiększyć ogólne zużycie energii przez wentylator

System łączony

Klimatyzowane powietrze zewnętrzne jest kierowane do jednostki końcowej w pomieszczeniu. W tej konfiguracji wstępnie przygotowane powietrze zewnętrzne jest kierowane bezpośrednio do klimakonwektorów, mieszając się z powietrzem powrotnym z pomieszczenia. Ten system jest podobny do z belką chłodzącą .

Zalety:

  • Połączone kanały prowadzą do niższych kosztów początkowych
  • Połączony przepływ powietrza zmniejsza objętość powietrza, aw konsekwencji zużycie energii wentylatora
  • Dokładne mieszanie powietrza zewnętrznego i powietrza powrotnego z kosmosu

Niedogodności:

  • Lokalna jednostka końcowa musi działać zawsze, gdy wymagana jest wentylacja, niezależnie od tego, czy obciążenie jawne zostało spełnione
  • Równoważenie przepływu powietrza może być trudniejsze

Sprzęt

Wraz z rosnącym stosowaniem DOAS w wielu krajach, rośnie również zapotrzebowanie na sprzęt DOAS, taki jak kompletne koło energetyczne, które wykorzystuje całkowity odzysk energii, pasywne koło osuszacza i inne odpowiednie urządzenia. [ potrzebne dalsze wyjaśnienia ] Skuteczność całkowitego koła energetycznego jest ważnym czynnikiem poprawiającym wydajność DOAS. [ potrzebne dalsze wyjaśnienia ]

Projekt

Wymagania dotyczące projektu DOAS obejmują:

  • Oddzielenie systemu OA od systemu kontroli termicznej w celu zapewnienia właściwej wentylacji we wszystkich zajmowanych przestrzeniach
  • Kondycjonowanie OA do obsługi całego ukrytego obciążenia przestrzeni i jak największej ilości rozsądnego obciążenia przestrzeni
  • Maksymalizacja opłacalnego wykorzystania urządzeń do odzyskiwania energii
  • Integracja systemów przeciwpożarowych i transportu energii
  • Wykorzystanie sufitowych paneli chłodzących z promiennikiem sensytywnym do kontroli termicznej użytkowników

Mumma zaproponowała następujące kroki w celu zaprojektowania DOAS:

  • Obliczanie jawnych i utajonych obciążeń chłodniczych dla przestrzeni w letni dzień projektowy na podstawie warunków projektowych dla przestrzeni
  • Określenie minimalnego natężenia przepływu powietrza wymaganego dla każdej przestrzeni na podstawie wytycznych dotyczących wentylacji ASHRAE Standard 62.1
  • Określenie współczynnika wilgotności powietrza nawiewanego dla każdego pomieszczenia
  • Zazwyczaj projektowa temperatura termometru suchego powietrza nawiewanego będzie równa wymaganej temperaturze punktu rosy powietrza nawiewanego)
  • Wykorzystanie odzysku energii do przenoszenia ciepła z powietrza wywiewanego z powrotem do jednostki DOAS (w sezonach grzewczych)

W przypadku systemu DOAS z systemem opartym na powietrzu jako równoległym systemem chłodzenia zaproponowano następujące kroki: 1) obliczenie jawnego obciążenia chłodzenia, jakie spełnia powietrze nawiewane DOAS dla każdej przestrzeni; 2) obliczenie jawnego obciążenia chłodniczego pozostałego w systemie równoległym dla każdej przestrzeni; temperatury termometru suchego powietrza nawiewanego dla systemów równoległych (powyżej temperatury punktu rosy w przestrzeni, aby uniknąć kondensacji); 4) określenie natężenia przepływu powietrza nawiewanego dla każdego równoległego sensownego urządzenia chłodzącego.

Energia i koszt

Przeprowadzono wiele badań, aby zademonstrować wydajność energetyczną i kosztową DOAS w zakresie symulacji. Khattar i Brandemuehl przeprowadzili symulację systemu równoległego i konwencjonalnego pojedynczego systemu dla dużego sklepu detalicznego w Dallas, St. Louis, Waszyngtonie i Nowym Orleanie. Badanie wykazało roczne oszczędności energii od 14% do 27% i 15% do 23% mniejszą wydajność sprzętu dla równoległego systemu chłodzenia. Jeong i in. porównał wydajność energetyczną i kosztową DOAS z równoległymi panelami promiennikowymi sufitowymi z konwencjonalnym systemem VAV z ekonomizerem po stronie powietrza dla prawie 3000 stóp kwadratowych (280 m 2 ) powierzchni biurowej w budynku edukacyjnym w Pensylwanii. W tym badaniu odnotowano 42% redukcję rocznego zużycia energii w systemie DOAS przy znacznych oszczędnościach zużycia energii zarówno przez wentylator, jak i agregat chłodniczy. Emmerich i McDowell ocenili potencjalne oszczędności energii DOAS w amerykańskich budynkach komercyjnych. Model budynku został opracowany tak, aby był spójny z typowym nowym budownictwem i spełniał wymagania normy ASHRAE 90.1 ( ASHRAE 90.1 ). Wyniki symulacji wykazały, że pełny DOAS spowodował roczne oszczędności kosztów energii HVAC w zakresie od 21% do 38%.

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Dedicated_outdoor_air_system&oldid=1093044549 ”