Ogrzewanie, wentylacja i klimatyzacja
Ogrzewanie, wentylacja i klimatyzacja ( HVAC ) to wykorzystanie różnych technologii do kontrolowania temperatury , wilgotności i czystości powietrza w zamkniętej przestrzeni. Jej celem jest zapewnienie komfortu cieplnego i akceptowalnej jakości powietrza w pomieszczeniach . Projektowanie systemów HVAC jest subdyscypliną inżynierii mechanicznej , opartą na zasadach termodynamiki , mechaniki płynów i wymiany ciepła . „ Chłodnictwo " jest czasami dodawane do skrótu pola jako HVAC&R lub HVACR lub "wentylacja" jest odrzucana, jak w HACR (jak w oznaczeniu wyłączników z oceną HACR ).
HVAC jest ważną częścią struktur mieszkalnych, takich jak domy jednorodzinne, budynki mieszkalne, hotele i obiekty mieszkalne dla seniorów; średnie i duże budynki przemysłowe i biurowe, takie jak wieżowce i szpitale; pojazdy, takie jak samochody, pociągi, samoloty, statki i łodzie podwodne; oraz w środowiskach morskich, gdzie bezpieczne i zdrowe warunki budowlane są regulowane w odniesieniu do temperatury i wilgotności, przy użyciu świeżego powietrza z zewnątrz.
Wentylacja lub wentylacja („V” w HVAC) to proces wymiany lub wymiany powietrza w dowolnej przestrzeni w celu zapewnienia wysokiej jakości powietrza w pomieszczeniach, który obejmuje kontrolę temperatury, uzupełnianie tlenu i usuwanie wilgoci, zapachów, dymu, ciepła, kurzu, unoszących się w powietrzu bakterie, dwutlenek węgla i inne gazy. Wentylacja usuwa nieprzyjemne zapachy i nadmierną wilgoć, wprowadza powietrze z zewnątrz, utrzymuje cyrkulację powietrza wewnątrz budynku i zapobiega zastojom powietrza wewnętrznego. Metody wentylacji budynku dzielą się na mechaniczne/wymuszone i naturalne .
Przegląd
Trzy główne funkcje ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji są ze sobą powiązane, zwłaszcza z potrzebą zapewnienia komfortu cieplnego i akceptowalnej jakości powietrza w pomieszczeniach przy rozsądnych kosztach instalacji, eksploatacji i konserwacji. Systemy HVAC mogą być stosowane zarówno w środowiskach domowych, jak i komercyjnych. Systemy HVAC mogą zapewniać wentylację i utrzymywać relacje ciśnień między przestrzeniami. Sposób dostarczania i usuwania powietrza z pomieszczeń jest znany jako rozdział powietrza w pomieszczeniu .
Indywidualne systemy
W nowoczesnych budynkach systemy projektowania, instalacji i sterowania tymi funkcjami są zintegrowane w jednym lub kilku systemach HVAC. W przypadku bardzo małych budynków wykonawcy zwykle szacują wymaganą wydajność i typ systemu, a następnie projektują system, wybierając odpowiedni czynnik chłodniczy i różne potrzebne komponenty. W przypadku większych budynków, projektantów usług budowlanych, inżynierów mechaników lub usług budowlanych inżynierowie analizują, projektują i specyfikują systemy HVAC. Specjaliści mechanicy i dostawcy następnie wytwarzają, instalują i przekazują do eksploatacji systemy. Pozwolenia na budowę i kontrole zgodności instalacji z przepisami są zwykle wymagane w przypadku budynków wszystkich rozmiarów.
Sieci dzielnicowe
Chociaż HVAC jest wykonywany w pojedynczych budynkach lub innych zamkniętych przestrzeniach (takich jak podziemna siedziba NORAD ), sprzęt, którego to dotyczy, jest w niektórych przypadkach rozszerzeniem większej sieci ciepłowniczej (DH) lub sieci chłodniczej (DC) lub połączonej sieci DHC. W takich przypadkach aspekty obsługi i konserwacji są uproszczone, a opomiarowanie staje się konieczne do rozliczenia za zużytą energię, aw niektórych przypadkach za energię zwracaną do większego systemu. Na przykład w danym momencie jeden budynek może wykorzystywać schłodzoną wodę do klimatyzacji, a ciepła woda, którą ona zwraca, może być wykorzystana w innym budynku do ogrzewania lub do ogrzewania całej części sieci DHC (prawdopodobnie z dodaną energią w celu zwiększenia Temperatura).
Oparcie HVAC na większej sieci pomaga zapewnić ekonomię skali, która często nie jest możliwa w przypadku pojedynczych budynków, w celu wykorzystania odnawialnych źródeł energii, takich jak ciepło słoneczne, zimowy chłód, potencjał chłodzenia w niektórych miejscach jezior lub wody morskiej do swobodnego chłodzenia oraz włączenie funkcji sezonowego magazynowania energii cieplnej . Wykorzystując naturalne źródła, które można wykorzystać w systemach HVAC, może to mieć ogromny wpływ na środowisko i pomóc poszerzyć wiedzę na temat stosowania różnych metod.
Historia
HVAC opiera się na wynalazkach i odkryciach Nikołaja Lwowa , Michaela Faradaya , Rolla C. Carpentera , Willisa Carriera , Edwina Ruuda , Reubena Trane'a , Jamesa Joule'a , Williama Rankine'a , Sadi Carnota i wielu innych.
Wiele wynalazków w tym okresie poprzedziło początki pierwszego komfortowego systemu klimatyzacji, który został zaprojektowany w 1902 roku przez Alfreda Wolffa (Cooper, 2003) dla nowojorskiej giełdy papierów wartościowych, podczas gdy Willis Carrier wyposażył Sacketts-Wilhems Printing Company w proces Klimatyzacja z tego samego roku. Coyne College była pierwszą szkołą oferującą szkolenia HVAC w 1899 roku.
Wynalezienie elementów systemów HVAC szło ręka w rękę z rewolucją przemysłową , a firmy i wynalazcy na całym świecie nieustannie wprowadzają nowe metody modernizacji, wyższej sprawności i sterowania systemem.
Ogrzewanie
Grzejniki to urządzenia, których zadaniem jest wytwarzanie ciepła (czyli ciepła) dla budynku. Można to zrobić za pomocą centralnego ogrzewania . Taki system zawiera kocioł , piec lub pompę ciepła do podgrzewania wody, pary lub powietrza w centralnej lokalizacji, takiej jak kotłownia w domu lub pomieszczenie mechaniczne w dużym budynku. Ciepło może być przenoszone przez konwekcję , przewodzenie lub promieniowanie . Ogrzewacze pomieszczeń służą do ogrzewania pojedynczych pomieszczeń i składają się tylko z jednej jednostki.
Pokolenie
Grzejniki istnieją dla różnych rodzajów paliw, w tym paliw stałych , cieczy i gazów . Innym rodzajem źródła ciepła jest elektryczność , zwykle ogrzewająca taśmy składające się z drutu o wysokiej rezystancji (patrz Nichrom ). Zasada ta jest również stosowana w przypadku grzejników listwowych i grzejników przenośnych . Grzejniki elektryczne są często używane jako rezerwowe lub dodatkowe źródło ciepła w systemach pomp ciepła.
Pompa ciepła zyskała popularność w latach pięćdziesiątych XX wieku w Japonii i Stanach Zjednoczonych. Pompy ciepła mogą pobierać ciepło z różnych źródeł , takich jak powietrze otoczenia, powietrze wywiewane z budynku lub z gruntu. Pompy ciepła przekazują ciepło z zewnątrz budynku do powietrza wewnątrz. Początkowo systemy HVAC z pompami ciepła były używane tylko w umiarkowanych klimatach, ale wraz z ulepszeniami w pracy w niskich temperaturach i zmniejszonymi obciążeniami dzięki bardziej wydajnym domom, stają się one coraz bardziej popularne w chłodniejszych klimatach, mogą również działać w odwrotnej kolejności, chłodząc wnętrze.
Dystrybucja
Para wodna
W przypadku podgrzewania wody lub pary rurociągi służą do transportu ciepła do pomieszczeń. Większość nowoczesnych systemów grzewczych z kotłem na gorącą wodę jest wyposażona w pompę obiegową, która jest pompą do przemieszczania ciepłej wody przez system dystrybucji (w przeciwieństwie do starszych systemów zasilanych grawitacyjnie ). Ciepło może być przekazywane do otaczającego powietrza za pomocą grzejników , nagrzewnic wodnych (hydro-powietrze) lub innych wymienników ciepła. Grzejniki mogą być montowane na ścianach lub instalowane w podłodze w celu wytworzenia ciepła podłogowego.
Wykorzystanie wody jako nośnika ciepła jest znane jako hydronika . Podgrzana woda może również zasilać pomocniczy wymiennik ciepła do dostarczania ciepłej wody do kąpieli i mycia.
Powietrze
Systemy ciepłego powietrza rozprowadzają ogrzane powietrze przez systemy kanałów powietrza nawiewanego i wywiewanego kanałami metalowymi lub z włókna szklanego. Wiele systemów wykorzystuje te same kanały do rozprowadzania powietrza schłodzonego przez wężownicę parownika do klimatyzacji. Dostarczane powietrze jest zwykle filtrowane przez filtry powietrza w celu usunięcia cząsteczek kurzu i pyłków.
niebezpieczeństwa
Używanie pieców, grzejników i bojlerów jako metody ogrzewania pomieszczeń może skutkować niecałkowitym spalaniem i emisją tlenku węgla , tlenków azotu , formaldehydu , lotnych związków organicznych i innych produktów ubocznych spalania. Niepełne spalanie występuje, gdy nie ma wystarczającej ilości tlenu; wejściami są paliwa zawierające różne zanieczyszczenia, a wyjściami są szkodliwe produkty uboczne, najbardziej niebezpieczny tlenek węgla, który jest gazem bez smaku i zapachu, mającym poważne negatywne skutki zdrowotne.
Bez odpowiedniej wentylacji tlenek węgla może być śmiertelny w stężeniu 1000 ppm (0,1%). Jednak przy kilkuset ppm narażenie na tlenek węgla wywołuje bóle głowy, zmęczenie, nudności i wymioty. Tlenek węgla wiąże się z hemoglobiną we krwi, tworząc karboksyhemoglobinę, zmniejszając zdolność krwi do transportu tlenu. Głównymi problemami zdrowotnymi związanymi z narażeniem na tlenek węgla są jego skutki sercowo-naczyniowe i neurobehawioralne. Tlenek węgla może powodować miażdżycę (stwardnienie tętnic), a także może wywoływać zawały serca. Z neurologicznego punktu widzenia narażenie na tlenek węgla zmniejsza koordynację ręka-oko, czujność i ciągłą wydajność. Może również wpływać na dyskryminację czasową.
Wentylacja
Wentylacja to proces wymiany lub wymiany powietrza w dowolnej przestrzeni w celu kontrolowania temperatury lub usuwania dowolnej kombinacji wilgoci, zapachów, dymu, ciepła, kurzu, bakterii unoszących się w powietrzu lub dwutlenku węgla oraz w celu uzupełnienia tlenu. Wentylacja często odnosi się do celowego dostarczania powietrza z zewnątrz do przestrzeni wewnętrznej budynku. Jest to jeden z najważniejszych czynników utrzymania akceptowalnej jakości powietrza w budynkach. Sposoby wentylacji budynku można podzielić na mechaniczne/wymuszone i naturalne .
Mechaniczny lub wymuszony
Mechaniczna lub wymuszona wentylacja jest zapewniana przez centralę wentylacyjną (AHU) i służy do kontrolowania jakości powietrza w pomieszczeniach. Nadmierną wilgotność , zapachy i zanieczyszczenia można często kontrolować poprzez rozcieńczanie lub zastępowanie powietrzem zewnętrznym. Jednak w wilgotnym klimacie potrzeba więcej energii, aby usunąć nadmiar wilgoci z powietrza wentylacyjnego.
Kuchnie i łazienki mają zazwyczaj mechaniczne wyciągi, które kontrolują zapachy, a czasem wilgotność. Czynniki w projektowaniu takich systemów obejmują natężenie przepływu (które jest funkcją prędkości wentylatora i rozmiaru otworu wylotowego) oraz poziom hałasu. z napędem bezpośrednim są dostępne dla wielu zastosowań i mogą zmniejszyć wymagania konserwacyjne.
Latem wentylatory sufitowe i stołowe/podłogowe powodują cyrkulację powietrza w pomieszczeniu w celu obniżenia odczuwanej temperatury poprzez zwiększenie parowania potu na skórze mieszkańców. Ponieważ gorące powietrze unosi się, wentylatory sufitowe mogą być używane do utrzymywania ciepła w pomieszczeniu w zimie poprzez cyrkulację ciepłego warstwowego powietrza z sufitu na podłogę.
Bierny
Wentylacja naturalna to wentylacja budynku powietrzem zewnętrznym bez użycia wentylatorów lub innych systemów mechanicznych. Może to odbywać się za pomocą obsługiwanych okien, żaluzji lub otworów wentylacyjnych , gdy przestrzeń jest mała, a architektura na to pozwala. ASHRAE zdefiniował wentylację naturalną jako przepływ powietrza przez otwarte okna, drzwi, kraty i inne planowane przejścia przez przegrody budowlane oraz jako napędzany przez naturalne i/lub sztucznie wytworzone różnice ciśnień.
W bardziej złożonych systemach ciepłe powietrze może unosić się i wypływać przez otwory w wysokich budynkach na zewnątrz ( efekt komina ), powodując wciąganie chłodnego powietrza z zewnątrz do otworów w niskich budynkach. Schematy naturalnej wentylacji mogą zużywać bardzo mało energii, ale należy zadbać o zapewnienie komfortu. W ciepłym lub wilgotnym klimacie utrzymanie komfortu termicznego wyłącznie poprzez naturalną wentylację może nie być możliwe. klimatyzacji są używane jako kopie zapasowe lub uzupełnienia. Ekonomizery po stronie powietrza należy również wykorzystywać powietrze z zewnątrz do klimatyzacji pomieszczeń, ale należy to robić za pomocą wentylatorów, kanałów, przepustnic i systemów sterowania, aby wprowadzać i rozprowadzać chłodne powietrze z zewnątrz, gdy jest to właściwe.
Ważnym składnikiem naturalnej wentylacji jest szybkość wymiany powietrza lub wymiana powietrza na godzinę : godzinna szybkość wentylacji podzielona przez objętość przestrzeni. Na przykład sześć wymian powietrza na godzinę oznacza, że co dziesięć minut dodawana jest ilość nowego powietrza równa objętości pomieszczenia. Dla ludzkiego komfortu typowe są co najmniej cztery wymiany powietrza na godzinę, chociaż magazyny mogą mieć tylko dwie. Zbyt duża szybkość wymiany powietrza może być niewygodna, podobnie jak w tunelu aerodynamicznym , w którym zachodzą tysiące zmian na godzinę. Najwyższe wskaźniki wymiany powietrza występują w zatłoczonych miejscach, barach, klubach nocnych, kuchniach komercyjnych przy około 30 do 50 wymianach powietrza na godzinę.
Ciśnienie w pomieszczeniu może być dodatnie lub ujemne w stosunku do otoczenia na zewnątrz. Nadciśnienie występuje, gdy dostarcza się więcej powietrza niż jest wydmuchiwane, i jest powszechne w celu zmniejszenia przenikania zanieczyszczeń z zewnątrz.
Choroby przenoszone drogą powietrzną
Naturalna wentylacja jest kluczowym czynnikiem ograniczającym rozprzestrzenianie się chorób przenoszonych drogą powietrzną, takich jak gruźlica, przeziębienie, grypa, zapalenie opon mózgowych czy COVID-19. Otwieranie drzwi i okien to dobry sposób na maksymalizację naturalnej wentylacji, co znacznie obniżyłoby ryzyko zarażenia drogą powietrzną niż w przypadku kosztownych i wymagających konserwacji systemów mechanicznych. Największą ochronę zapewniają staromodne pomieszczenia kliniczne z wysokimi sufitami i dużymi oknami. Wentylacja naturalna kosztuje niewiele i jest bezobsługowa i jest szczególnie odpowiednia w miejscach o ograniczonych zasobach i w klimatach tropikalnych, gdzie obciążenie gruźlicą i przenoszeniem gruźlicy w instytucjach jest największe. W miejscach, w których izolacja dróg oddechowych jest trudna, a klimat na to pozwala, okna i drzwi powinny być otwarte, aby zmniejszyć ryzyko zarażenia drogą powietrzną. Naturalna wentylacja wymaga niewielkiej konserwacji i jest niedroga.
Klimatyzacja
System klimatyzacji lub samodzielny klimatyzator zapewnia kontrolę chłodzenia i/lub wilgotności dla całego budynku lub jego części. Klimatyzowane budynki często mają uszczelnione okna, ponieważ otwarte okna działałyby przeciwko systemowi, który ma utrzymywać stałe warunki powietrza w pomieszczeniach. Na zewnątrz świeże powietrze jest zazwyczaj zasysane do systemu przez odpowietrznik do komory powietrza mieszającego w celu zmieszania z powietrzem wywiewanym z pomieszczenia. Następnie powietrze z mieszaniny wchodzi do sekcji wymiennika ciepła wewnątrz lub na zewnątrz, gdzie powietrze ma zostać schłodzone, a następnie kierowane do przestrzeni tworząc dodatnie ciśnienie powietrza. Procent powietrza powrotnego składającego się ze świeżego powietrza można zwykle regulować, regulując otwarcie tego otworu wentylacyjnego. Typowy pobór świeżego powietrza wynosi około 10% całkowitego powietrza nawiewanego. [ potrzebne źródło ]
Klimatyzacja i chłodzenie są zapewnione poprzez usuwanie ciepła. Ciepło można usunąć przez promieniowanie , konwekcję lub przewodzenie . Czynnikiem przenoszącym ciepło jest system chłodniczy, taki jak woda, powietrze, lód, a chemikalia są określane jako czynniki chłodnicze . Czynnik chłodniczy jest stosowany albo w systemie pompy ciepła, w którym sprężarka jest używana do napędzania termodynamicznego obiegu chłodniczego , albo w systemie swobodnego chłodzenia, w którym pompy cyrkulują chłodny czynnik chłodniczy (zwykle woda lub mieszanka glikolu).
Konieczne jest, aby moc klimatyzacji była wystarczająca do chłodzenia obszaru. Niedostateczne systemy klimatyzacji będą prowadzić do marnotrawstwa energii i nieefektywnego użytkowania. Każdy zainstalowany klimatyzator wymaga odpowiedniej mocy.
Cykl chłodzenia
Cykl chłodniczy wykorzystuje cztery podstawowe elementy do chłodzenia, którymi są sprężarka, skraplacz, urządzenie dozujące i parownik.
- Na wlocie sprężarki czynnik chłodniczy wewnątrz układu znajduje się w stanie gazowym o niskim ciśnieniu i niskiej temperaturze. Sprężarka pompuje gazowy czynnik chłodniczy do wysokiego ciśnienia i temperatury .
- Stamtąd wchodzi do wymiennika ciepła (czasami nazywanego wężownicą skraplającą lub skraplaczem), gdzie oddaje ciepło na zewnątrz, ochładza się i skrapla do fazy ciekłej.
- Zawór rozprężny (zwany także urządzeniem dozującym) reguluje przepływ czynnika chłodniczego z odpowiednią szybkością.
- Ciekły czynnik chłodniczy jest zawracany do innego wymiennika ciepła, gdzie może odparować, stąd wymiennik ciepła jest często nazywany wężownicą odparowującą lub parownikiem. Gdy ciekły czynnik chłodniczy odparowuje, pochłania ciepło z powietrza wewnętrznego, wraca do sprężarki i cykl się powtarza. W tym procesie ciepło jest odbierane z wnętrza i przekazywane na zewnątrz, co skutkuje wychłodzeniem budynku.
W zmiennym klimacie system może zawierać zawór zwrotny , który przełącza się z ogrzewania zimą na chłodzenie latem. Poprzez odwrócenie przepływu czynnika chłodniczego cykl chłodzenia pompy ciepła zmienia się z chłodzenia na grzanie lub odwrotnie. Pozwala to na ogrzewanie i chłodzenie obiektu za pomocą jednego elementu wyposażenia w ten sam sposób i przy użyciu tego samego sprzętu.
Swobodne chłodzenie
Systemy swobodnego chłodzenia mogą mieć bardzo wysoką wydajność i czasami są łączone z sezonowym magazynowaniem energii cieplnej, dzięki czemu mroźna zima może być wykorzystana do letniej klimatyzacji. Powszechnymi ośrodkami magazynowania są głębokie warstwy wodonośne lub naturalne podziemne masy skalne, do których można uzyskać dostęp przez grupę odwiertów o małej średnicy wyposażonych w wymienniki ciepła. Niektóre systemy z małymi magazynami to systemy hybrydowe, wykorzystujące darmowe chłodzenie na początku sezonu chłodniczego, a później wykorzystujące pompę ciepła do schładzania obiegu pochodzącego z magazynu. Pompa ciepła jest dodawana, ponieważ zasobnik działa jak radiator gdy system jest w trybie chłodzenia (w przeciwieństwie do ładowania), powodując stopniowy wzrost temperatury w sezonie chłodzenia.
Niektóre systemy zawierają „tryb ekonomizera”, który jest czasami nazywany „trybem swobodnego chłodzenia”. Podczas oszczędzania system sterowania otworzy (całkowicie lub częściowo) przepustnicę powietrza zewnętrznego i zamknie (całkowicie lub częściowo) przepustnicę powietrza powrotnego. Spowoduje to doprowadzenie do systemu świeżego, zewnętrznego powietrza. Kiedy powietrze zewnętrzne jest chłodniejsze niż żądane chłodne powietrze, pozwoli to na zaspokojenie zapotrzebowania bez stosowania mechanicznego zasilania chłodem (zwykle schłodzona woda lub jednostka z bezpośrednim odparowaniem „DX”), oszczędzając w ten sposób energię. System sterowania może porównywać temperaturę powietrza zewnętrznego z powietrzem powrotnym lub może porównywać entalpię powietrza, co często ma miejsce w klimatach, w których wilgotność jest większym problemem. W obu przypadkach powietrze zewnętrzne musi być mniej energetyczne niż powietrze powrotne, aby system mógł wejść w tryb ekonomizera.
Pakowane w stosunku do podzielonego systemu
Centralne systemy klimatyzacji „all air” (lub systemy pakietowe) z połączoną zewnętrzną jednostką skraplacza/parownika są często instalowane w rezydencjach, biurach i budynkach użyteczności publicznej w Ameryce Północnej, ale ich modernizacja jest trudna (instalacja w budynku, który był nie jest przeznaczony do jej przyjmowania) z powodu wymaganych obszernych kanałów powietrznych. (W takich sytuacjach stosuje się systemy bezkanałowe Minisplit). Poza Ameryką Północną systemy pakietowe są używane tylko w ograniczonych zastosowaniach obejmujących duże przestrzenie wewnętrzne, takie jak stadiony, teatry lub hale wystawowe.
Alternatywą dla systemów zwartych jest zastosowanie oddzielnych wężownic wewnętrznych i zewnętrznych w systemach dzielonych . Systemy dzielone są preferowane i szeroko stosowane na całym świecie, z wyjątkiem Ameryki Północnej. W Ameryce Północnej systemy dzielone są najczęściej spotykane w zastosowaniach mieszkaniowych, ale zyskują na popularności w małych budynkach komercyjnych. Systemy dzielone są stosowane tam, gdzie nie można zastosować przewodów lub gdy wydajność klimatyzacji ma pierwszorzędne znaczenie. Zalety bezkanałowych systemów klimatyzacji obejmują łatwą instalację, brak kanałów, większą kontrolę strefową, elastyczność sterowania i cichą pracę. W klimatyzacji pomieszczeń straty w kanałach mogą odpowiadać za 30% zużycia energii. Zastosowanie minisplitów może skutkować oszczędnością energii w klimatyzacji pomieszczeń, ponieważ nie ma strat związanych z kanałami.
W systemie dzielonym wężownica parownika jest podłączona do oddalonego skraplacza za pomocą przewodów rurowych czynnika chłodniczego między jednostką wewnętrzną i zewnętrzną, zamiast odprowadzania powietrza bezpośrednio z jednostki zewnętrznej. Jednostki wewnętrzne z kierunkowymi otworami wentylacyjnymi są montowane na ścianach, podwieszane pod sufitem lub montowane w suficie. Inne jednostki wewnętrzne montuje się we wnęce sufitowej, tak aby krótkie odcinki kanałów kierowały powietrze z jednostki wewnętrznej do otworów wentylacyjnych lub dyfuzorów wokół pomieszczeń.
Systemy dzielone są bardziej wydajne i zajmują mniej miejsca niż systemy pakietowe. Z drugiej strony systemy pakietowe mają zwykle nieco niższy poziom hałasu w pomieszczeniach niż systemy dzielone, ponieważ silnik wentylatora znajduje się na zewnątrz.
Osuszanie
Osuszanie (osuszanie powietrza) w układzie klimatyzacji zapewnia parownik. Ponieważ parownik pracuje w temperaturze poniżej punktu rosy , wilgoć zawarta w powietrzu skrapla się na rurkach wężownicy parownika. Ta wilgoć jest zbierana na dnie parownika w misce i odprowadzana rurami do centralnego odpływu lub na zewnątrz.
Osuszacz to urządzenie podobne do klimatyzatora, które kontroluje wilgotność w pomieszczeniu lub budynku . Jest często stosowany w piwnicach o wyższej wilgotności względnej ze względu na niższą temperaturę (i skłonność do zawilgocenia podłóg i ścian). W placówkach handlu detalicznego żywnością duże otwarte szafy chłodnicze są bardzo skuteczne w osuszaniu powietrza wewnętrznego. I odwrotnie, nawilżacz zwiększa wilgotność w budynku.
Komponenty HVAC, które osuszają powietrze wentylacyjne, zasługują na szczególną uwagę, ponieważ powietrze zewnętrzne stanowi większość rocznego obciążenia wilgocią dla prawie wszystkich budynków.
Nawilżanie
Konserwacja
Wszystkie nowoczesne systemy klimatyzacji, nawet niewielkie jednostki okienne, wyposażone są w wewnętrzne filtry powietrza. Są one na ogół wykonane z lekkiego materiału przypominającego gazę i należy je wymieniać lub prać w zależności od warunków. Na przykład budynek w środowisku o dużym zapyleniu lub dom z futrzanymi zwierzętami będzie wymagał częstszej wymiany filtrów niż budynki bez takich zanieczyszczeń. Brak wymiany tych filtrów w razie potrzeby przyczyni się do niższego współczynnika wymiany ciepła, co spowoduje marnowanie energii, skrócenie żywotności sprzętu i wyższe rachunki za energię; niski przepływ powietrza może spowodować oblodzenie wężownic parownika, co może całkowicie zatrzymać przepływ powietrza. Dodatkowo bardzo zabrudzone lub zatkane filtry mogą spowodować przegrzanie podczas cyklu grzania, co może skutkować uszkodzeniem systemu, a nawet pożarem.
Ponieważ klimatyzator przenosi ciepło między wężownicą wewnętrzną a zewnętrzną, obie muszą być utrzymywane w czystości. Oznacza to, że oprócz wymiany filtra powietrza przy wężownicy parownika konieczne jest również regularne czyszczenie wężownicy skraplacza. Nieutrzymywanie skraplacza w czystości ostatecznie doprowadzi do uszkodzenia sprężarki, ponieważ wężownica skraplacza jest odpowiedzialna za odprowadzanie zarówno ciepła wewnętrznego (odbieranego przez parownik), jak i ciepła wytwarzanego przez silnik elektryczny napędzający sprężarkę.
Efektywności energetycznej
HVAC jest w znacznym stopniu odpowiedzialny za promowanie efektywności energetycznej budynków, ponieważ sektor budowlany zużywa największy procent światowej energii. Od lat 80-tych producenci urządzeń HVAC dokładają wszelkich starań, aby produkowane przez nich systemy były bardziej wydajne. Pierwotnie było to spowodowane rosnącymi kosztami energii, a ostatnio było spowodowane zwiększoną świadomością kwestii środowiskowych. Ponadto poprawa wydajności systemu HVAC może również pomóc w zwiększeniu zdrowia i produktywności użytkowników. W Stanach Zjednoczonych EPA na przestrzeni lat nałożyła ostrzejsze ograniczenia. Istnieje kilka metod zwiększania wydajności systemów HVAC.
Energia grzewcza
W przeszłości podgrzewanie wody było bardziej wydajne do ogrzewania budynków i było standardem w Stanach Zjednoczonych. Obecnie z wymuszonym obiegiem powietrza mogą podwoić się w przypadku klimatyzacji i są bardziej popularne.
Oto niektóre zalety systemów wymuszonego powietrza, które są obecnie szeroko stosowane w kościołach, szkołach i luksusowych rezydencjach
- Lepsze efekty klimatyzacji
- Oszczędność energii do 15–20%
- Równomierne uwarunkowanie [ potrzebne źródło ]
Wadą jest koszt instalacji, który może być nieco wyższy niż w przypadku tradycyjnych systemów HVAC.
Efektywność energetyczną można jeszcze bardziej poprawić w systemach centralnego ogrzewania, wprowadzając ogrzewanie strefowe. Pozwala to na bardziej ziarnistą aplikację ciepła, podobnie jak w systemach innych niż centralne ogrzewanie. Strefy są kontrolowane przez wiele termostatów. W systemach ogrzewania wodnego termostaty sterują zaworami strefowymi , aw systemach z wymuszonym obiegiem powietrza sterują przepustnicami strefowymi wewnątrz nawiewników, które selektywnie blokują przepływ powietrza. W tym przypadku bardzo ważny dla utrzymania odpowiedniej temperatury jest układ sterowania.
Prognozowanie to kolejna metoda sterowania ogrzewaniem budynku poprzez obliczenie zapotrzebowania na energię cieplną, jaka powinna być dostarczona do budynku w każdej jednostce czasu.
Gruntowa pompa ciepła
Gruntowe lub geotermalne pompy ciepła są podobne do zwykłych pomp ciepła, ale zamiast przenosić ciepło do lub z powietrza zewnętrznego, polegają na stabilnej, równomiernej temperaturze ziemi w celu zapewnienia ogrzewania i klimatyzacji. W wielu regionach występują sezonowe ekstremalne temperatury, które wymagałyby urządzeń grzewczych i chłodzących o dużej wydajności do ogrzewania lub chłodzenia budynków. Na przykład konwencjonalny system pompy ciepła używany do ogrzewania budynku w niskiej temperaturze -57 ° C (-70 ° F ) w Montanie lub chłodzenia budynku w najwyższej temperaturze, jaką kiedykolwiek zarejestrowano w USA - 57 ° C (134 ° F) w Dolina Śmierci , Kalifornia, w 1913 roku wymagała dużej ilości energii ze względu na ogromną różnicę między temperaturą powietrza wewnątrz i na zewnątrz. Jednak metr pod powierzchnią ziemi temperatura gruntu pozostaje względnie stała. Wykorzystując to duże źródło ziemi o stosunkowo umiarkowanej temperaturze, wydajność systemu ogrzewania lub chłodzenia często można znacznie zmniejszyć. Chociaż temperatury gruntu różnią się w zależności od szerokości geograficznej, na głębokości 1,8 metra (6 stóp) pod ziemią temperatury na ogół wahają się tylko od 7 do 24 ° C (45 do 75 ° F).
Klimatyzacja słoneczna
Panele fotowoltaiczne oferują nowy sposób na potencjalne obniżenie kosztów eksploatacji klimatyzacji. Tradycyjne klimatyzatory działają przy użyciu prądu przemiennego, a zatem każda energia słoneczna prądu stałego musi zostać odwrócona, aby była kompatybilna z tymi urządzeniami. Nowe jednostki z silnikami prądu stałego o zmiennej prędkości pozwalają na łatwiejsze ich napędzanie energią słoneczną, ponieważ ta konwersja jest niepotrzebna, a silniki są tolerancyjne na wahania napięcia związane z różnicami w dostarczanej energii słonecznej (np. z powodu zachmurzenia).
Odzysk energii wentylacji
odzyskiwania energii czasami wykorzystują wentylację z odzyskiem ciepła lub systemy wentylacji z odzyskiem energii , które wykorzystują wymienniki ciepła lub koła entalpiczne do odzyskiwania jawnego lub utajonego ciepła z wywiewanego powietrza. Odbywa się to poprzez transfer energii ze zużytego powietrza wewnątrz domu do świeżego powietrza napływającego z zewnątrz.
Energia klimatyzacji
Wydajność obiegów chłodniczych ze sprężaniem pary jest ograniczona przez termodynamikę . Te urządzenia klimatyzacyjne i pompy ciepła przenoszą ciepło zamiast przekształcać je z jednej formy w inną, więc sprawność cieplna nie opisuje odpowiednio wydajności tych urządzeń. Współczynnik wydajności (COP) mierzy wydajność, ale ta bezwymiarowa miara nie została przyjęta. Zamiast tego współczynnik efektywności energetycznej ( EER ) był tradycyjnie używany do charakteryzowania wydajności wielu systemów HVAC. EER to współczynnik efektywności energetycznej oparty na temperaturze zewnętrznej 35°C (95°F). Aby dokładniej opisać wydajność urządzeń klimatyzacyjnych w typowym sezonie chłodniczym, zmodyfikowana wersja EER, sezonowego współczynnika efektywności energetycznej ( SEER ) lub w Europie ESEER , Jest używane. Oceny SEER opierają się na sezonowych średnich temperaturach, a nie na stałej temperaturze zewnętrznej wynoszącej 35°C (95°F). Obecna minimalna ocena SEER w branży to 14 SEER. Inżynierowie wskazali kilka obszarów, w których można poprawić wydajność istniejącego sprzętu. Na przykład łopatki wentylatora używane do przemieszczania powietrza są zwykle wytłaczane z blachy, co jest ekonomiczną metodą produkcji, ale w rezultacie nie są wydajne aerodynamicznie. Dobrze zaprojektowane ostrze może zmniejszyć moc elektryczną potrzebną do poruszania powietrza o jedną trzecią.
Wentylacja kuchni sterowana zapotrzebowaniem
Wentylacja kuchni sterowana zapotrzebowaniem (DCKV) to podejście sterowania budynkiem do kontrolowania objętości powietrza wywiewanego i nawiewanego z kuchni w odpowiedzi na rzeczywiste obciążenia kuchenne w kuchni komercyjnej. Tradycyjne systemy wentylacji kuchni komercyjnych działają ze 100% prędkością wentylatora niezależnie od intensywności gotowania, a zmiany technologii DCKV zapewniają znaczne oszczędności energii wentylatora i klimatyzowanego powietrza. Wdrażając inteligentną technologię wykrywania, można sterować zarówno wentylatorami wyciągowymi, jak i nawiewnymi, aby wykorzystać prawa powinowactwa w celu oszczędności energii silnika, zmniejszenia energii ogrzewania i chłodzenia powietrza uzupełniającego, zwiększając bezpieczeństwo i zmniejszając poziom hałasu w kuchni.
Filtracja i czyszczenie powietrza
Oczyszczanie i filtracja powietrza usuwa cząsteczki, zanieczyszczenia, opary i gazy z powietrza. Przefiltrowane i oczyszczone powietrze jest następnie wykorzystywane do ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji. Oczyszczanie i filtracja powietrza powinny być brane pod uwagę przy ochronie naszego środowiska budowlanego.
Współczynnik dostarczania czystego powietrza (CADR) to ilość czystego powietrza dostarczanego przez oczyszczacz powietrza do pomieszczenia lub przestrzeni. Przy określaniu CADR brana jest pod uwagę wielkość przepływu powietrza w przestrzeni. Na przykład filtr powietrza o natężeniu przepływu 30 metrów sześciennych (1000 stóp sześciennych) na minutę i wydajności 50% ma CADR 15 metrów sześciennych (500 stóp sześciennych) na minutę. Wraz z CADR, wydajność filtracji jest bardzo ważna, jeśli chodzi o powietrze w naszym środowisku wewnętrznym. Zależy to od wielkości cząsteczki lub włókna, gęstości i głębokości upakowania filtra oraz natężenia przepływu powietrza.
Przemysł i standardy
Branża HVAC to przedsiębiorstwo o zasięgu światowym, którego role obejmują eksploatację i konserwację, projektowanie i budowę systemów, produkcję i sprzedaż sprzętu oraz edukację i badania. Przemysł HVAC był historycznie regulowany przez producentów urządzeń HVAC, ale organizacje regulacyjne i normalizacyjne, takie jak HARDI (Heating, Air-conditioning and Refrigeration Distributors International), ASHRAE, SMACNA , ACCA ( Air Conditioning Contractors of America), Uniform Mechanical Code , Międzynarodowy Kodeks Mechaniczny i AMCA zostały utworzone w celu wspierania branży i zachęcania do wysokich standardów i osiągnięć. ( UL jako agencja zbiorcza nie jest specyficzna dla branży HVAC.)
Punkt wyjścia do oszacowania zarówno chłodzenia, jak i ogrzewania zależy od klimatu zewnętrznego i określonych warunków wewnętrznych. Jednak przed przystąpieniem do obliczania obciążenia cieplnego konieczne jest szczegółowe określenie wymagań dotyczących świeżego powietrza dla każdego obszaru, ponieważ ciśnienie jest ważnym czynnikiem.
Międzynarodowy
ISO 16813:2006 to jedna z norm ISO dotyczących środowiska budowlanego. Ustanawia ogólne zasady projektowania środowiska budowlanego. Uwzględnia potrzebę zapewnienia zdrowego środowiska wewnętrznego dla mieszkańców, a także potrzebę ochrony środowiska dla przyszłych pokoleń i promowania współpracy między różnymi stronami zaangażowanymi w projektowanie budynków pod kątem zrównoważonego rozwoju. ISO16813 ma zastosowanie do nowych konstrukcji i modernizacji istniejących budynków.
Standard projektowania środowiskowego budynku ma na celu:
- podać ograniczenia dotyczące kwestii zrównoważonego rozwoju od początkowego etapu procesu projektowania, uwzględniając cykl życia budynku i zakładu wraz z kosztami posiadania i eksploatacji od początku procesu projektowania;
- ocenić proponowany projekt z racjonalnymi kryteriami jakości powietrza w pomieszczeniu, komfortu cieplnego, komfortu akustycznego, komfortu wizualnego, efektywności energetycznej i kontroli systemu HVAC na każdym etapie procesu projektowania;
- iterować decyzje i oceny projektu w całym procesie projektowania.
Stany Zjednoczone
W Stanach Zjednoczonych inżynierowie HVAC są na ogół członkami American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers ( ASHRAE ), posiadają certyfikat EPA (do instalacji i serwisowania urządzeń HVAC) lub lokalnie certyfikowani inżynierowie, tacy jak Special to Chief Licencja na kotły wydana przez stan lub, w niektórych jurysdykcjach, przez miasto. ASHRAE to międzynarodowe stowarzyszenie techniczne zrzeszające wszystkie osoby i organizacje zainteresowane HVAC. Towarzystwo, zorganizowane w regiony, oddziały i oddziały studenckie, umożliwia wymianę wiedzy i doświadczeń HVAC z korzyścią dla praktyków w tej dziedzinie i społeczeństwa. ASHRAE zapewnia wiele możliwości uczestniczenia w rozwoju nowej wiedzy, na przykład poprzez badania i liczne komitety techniczne. Komitety te zazwyczaj spotykają się dwa razy w roku na corocznych i zimowych spotkaniach ASHRAE. Popularny pokaz produktów, AHR Expo, odbywa się w połączeniu z każdym zimowym spotkaniem ASHRAE. Towarzystwo ma około 50.000 członków i ma siedzibę w Atlanta, Georgia .
Najbardziej uznane standardy projektowania HVAC oparte są na danych ASHRAE. Cztery tomy najpopularniejszych podręczników ASHRAE to Podstawy, Chłodzenie, Zastosowania HVAC oraz Systemy i wyposażenie HVAC. Aktualne wersje czterech podręczników przedstawiono poniżej:
- Podręcznik ASHRAE 2020 — systemy i wyposażenie HVAC
- Podręcznik ASHRAE 2019 — zastosowania HVAC
- Podręcznik ASHRAE 2018 — chłodnictwo
- Podręcznik ASHRAE 2017 — podstawy
Każdy tom Podręcznika ASHRAE jest aktualizowany co cztery lata. Podręcznik podstaw obejmuje obliczenia dotyczące ogrzewania i chłodzenia. Profesjonalny projektant musi zapoznać się z danymi ASHRAE w celu uzyskania standardów projektowania i konserwacji, ponieważ typowe przepisy budowlane dostarczają niewiele lub nie zawierają żadnych informacji na temat praktyk projektowych HVAC; kody, takie jak UMC i IMC, zawierają jednak wiele szczegółów dotyczących wymagań instalacyjnych. Inne przydatne materiały referencyjne obejmują pozycje z SMACNA , ACGIH i technicznych czasopism branżowych.
Amerykańskie standardy projektowe są określone w Jednolitym Kodeksie Mechanicznym lub Międzynarodowym Kodeksie Mechanicznym. W niektórych stanach, hrabstwach lub miastach każdy z tych kodeksów może zostać przyjęty i zmieniony w ramach różnych procesów legislacyjnych. Kodeksy te są aktualizowane i publikowane odpowiednio przez Międzynarodowe Stowarzyszenie Urzędników Hydrauliki i Mechaniki ( IAPMO ) lub Międzynarodową Radę Kodeksu ( ICC ) w 3-letnim cyklu opracowywania kodu. Zazwyczaj lokalne departamenty pozwoleń na budowę są odpowiedzialne za egzekwowanie tych norm na prywatnych i niektórych nieruchomościach publicznych.
Technicy
| Zawód | |
|---|---|
Rodzaj zawodu |
Zawodowy |
Sektory działalności |
Budowa |
| Opis | |
Wymagane wykształcenie |
Praktyka |
Powiązane zadania |
Cieśla , elektryk , hydraulik , spawacz |
Technik HVAC jest handlowcem specjalizującym się w ogrzewaniu, wentylacji, klimatyzacji i chłodnictwie. Technicy HVAC w USA mogą przejść szkolenie w formalnych instytucjach szkoleniowych, w których większość uzyskuje stopnie naukowe . Szkolenie dla techników HVAC obejmuje wykłady w klasie i zadania praktyczne, po których może nastąpić praktyka, podczas której niedawny absolwent pracuje tymczasowo u boku profesjonalnego technika HVAC. [ potrzebne źródło ] Technicy HVAC, którzy zostali przeszkoleni, mogą również uzyskać certyfikaty w obszarach takich jak klimatyzacja, pompy ciepła, ogrzewanie gazowe i chłodnictwo komercyjne.
Zjednoczone Królestwo
Chartered Institution of Building Services Engineers jest organem, który obejmuje podstawową usługę (architekturę systemów) , która umożliwia eksploatację budynków. Obejmuje branżę elektrotechniczną, grzewczą , wentylacyjną , klimatyzacyjną, chłodniczą i wodno-kanalizacyjną . Aby kształcić się jako inżynier usług budowlanych , wymagania akademickie to GCSE (AC) / standardowe stopnie (1-3) z matematyki i nauk ścisłych, które są ważne w pomiarach, planowaniu i teorii. Pracodawcy często chcą np stopień naukowy w dziedzinie inżynierii, takiej jak inżynieria środowiska budowlanego , elektrotechnika lub budowa maszyn. Aby zostać pełnoprawnym członkiem CIBSE, a tym samym zostać zarejestrowanym przez Engineering Council UK jako dyplomowany inżynier, inżynierowie muszą również uzyskać tytuł z wyróżnieniem i tytuł magistra w odpowiednim kierunku inżynierskim. [ potrzebne źródło ] CIBSE publikuje kilka przewodników po projektowaniu HVAC odpowiednich dla rynku Wielkiej Brytanii, a także Republiki Irlandii, Australii, Nowej Zelandii i Hongkongu. Przewodniki te obejmują różne zalecane kryteria projektowe i normy, z których niektóre są cytowane w brytyjskich przepisach budowlanych, a zatem stanowią wymóg prawny dla głównych prac budowlanych. Głównymi przewodnikami są:
- Przewodnik A: Projektowanie środowiskowe
- Przewodnik B: Ogrzewanie, wentylacja, klimatyzacja i chłodnictwo
- Przewodnik C: Dane referencyjne
- Przewodnik D: Systemy transportowe w budynkach
- Przewodnik E: Inżynieria bezpieczeństwa pożarowego
- Przewodnik F: Efektywność energetyczna budynków
- Przewodnik G: Inżynieria zdrowia publicznego
- Przewodnik H: Systemy sterowania budynkiem
- Przewodnik J: Dane dotyczące pogody, nasłonecznienia i natężenia oświetlenia
- Przewodnik K: Elektryczność w budynkach
- Przewodnik L: Zrównoważony rozwój
- Przewodnik M: Inżynieria i zarządzanie utrzymaniem ruchu
W sektorze budowlanym zadaniem inżyniera usług budowlanych jest projektowanie i nadzorowanie instalacji i konserwacji podstawowych usług, takich jak gaz, elektryczność , woda, ogrzewanie i oświetlenie , a także wielu innych. Wszystko to sprawia, że budynki są wygodnymi i zdrowymi miejscami do życia i pracy. Usługi budowlane to część sektora, w którym działa ponad 51 000 przedsiębiorstw, a zatrudnienie odpowiada za 2–3% PKB .
Australia
Australijskie Stowarzyszenie Wykonawców Klimatyzacji i Mechaniki (AMCA), Australijski Instytut Chłodnictwa, Klimatyzacji i Ogrzewania (AIRAH), Australijskie Stowarzyszenie Mechaników Chłodnictwa i CIBSE są odpowiedzialne.
Azja
Azjatycka kontrola temperatury w architekturze ma inne priorytety niż metody europejskie. Na przykład azjatyckie ogrzewanie tradycyjnie koncentruje się na utrzymywaniu temperatury przedmiotów, takich jak podłoga lub meble, takie jak stoły Kotatsu , i bezpośrednim ogrzewaniu ludzi, w przeciwieństwie do zachodniego skupienia się w czasach nowożytnych na projektowaniu systemów wentylacyjnych.
Filipiny
Filipińskie Towarzystwo Inżynierów Wentylacji, Klimatyzacji i Chłodnictwa (PSVARE) wraz z Filipińskim Towarzystwem Inżynierów Mechaników (PSME) zarządzają kodami i normami dla HVAC / MVAC (MVAC oznacza „wentylację mechaniczną i klimatyzację”) na Filipinach.
Indie
Indyjskie Stowarzyszenie Inżynierów Ogrzewania, Chłodnictwa i Klimatyzacji (ISHRAE) zostało założone w celu promowania branży HVAC w Indiach. ISHRAE jest współpracownikiem ASHRAE. ISHRAE została założona w New Delhi w 1981 r., aw 1989 r. powstał rozdział w Bangalore. W latach 1989-1993 we wszystkich większych miastach Indii powstały oddziały ISHRAE. [ potrzebne źródło ]
Zobacz też
- Prędkość powietrza (HVAC)
- Inżynieria Architektoniczna
- Podręcznik ASHRAE
- Pomocniczy zespół napędowy
- Ogrzewanie elektryczne
- Klimakonwektor
- Słowniczek terminów HVAC
- Moc w czołówce
- Hotelowa energia elektryczna
- Inżynieria mechaniczna
- Zewnętrzny kocioł opalany drewnem
- Chłodzenie promiennikowe
- Syndrom chorego budynku
- Jednolite kody
- Jednolity kod mechaniczny
- Wentylacja (architektura)
- Światowy Dzień Chłodnictwa
- Wrightsoft
Dalsza lektura
- Międzynarodowy Kodeks Mechaniczny (2012 (drugi druk)) opracowany przez Międzynarodową Radę Kodeksu, Thomson Delmar Learning.
- Nowoczesne chłodzenie i klimatyzacja (sierpień 2003) autorstwa Althouse, Turnquist i Bracciano, wydawnictwo Goodheart-Wilcox; 18. edycja.
- Koszt chłodu.
Linki zewnętrzne
-
Media związane z kontrolą klimatu w Wikimedia Commons
| System |
|
 |
||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Zadania | ||||||||||||||||||||
| Inny | ||||||||||||||||||||
| Kontrola władz : Biblioteki narodowe |
|---|
