Wentylacja wyporowa
Wentylacja wyporowa (DV) Jest to strategia dystrybucji powietrza w pomieszczeniach , w której uzdatnione powietrze zewnętrzne jest dostarczane z małą prędkością z nawiewników umieszczonych blisko poziomu podłogi i wywiewanych powyżej strefy przebywania ludzi, zwykle na wysokości sufitu.
Projekt systemu
Typowy system wentylacji wyporowej, taki jak w pomieszczeniach biurowych, dostarcza klimatyzowane zimne powietrze z centrali wentylacyjnej (AHU) przez nawiewnik o niskiej indukcji. Typy dyfuzorów różnią się w zależności od zastosowania. Nawiewniki mogą być umieszczone przy ścianie („naścienne”), w rogu pomieszczenia („narożne”) lub nad podłogą, ale nie przy ścianie („wolnostojące”). Chłodne powietrze przyspiesza pod wpływem wyporu , rozchodzi się cienką warstwą po podłodze, osiągając stosunkowo dużą prędkość przed uniesieniem się w wyniku wymiany ciepła ze źródłami ciepła (np. mieszkańcy, komputery, światła). Absorbując ciepło ze źródeł ciepła, zimne powietrze staje się cieplejsze i mniej gęste. Różnica gęstości między zimnym a ciepłym powietrzem tworzy skierowane ku górze przepływy konwekcyjne, zwane smugami termicznymi . Zamiast działać jako samodzielny system w przestrzeni wewnętrznej, system wentylacji wyporowej może być również połączony z innymi źródłami chłodzenia i ogrzewania, takimi jak promiennikowe sufity chłodzące lub ogrzewanie listwowe.
Historia
Wentylacja wyporowa została po raz pierwszy zastosowana w budynku przemysłowym w Skandynawii w 1978 roku i od tego czasu jest często stosowana w podobnych zastosowaniach, a także w przestrzeniach biurowych w całej Skandynawii. Oszacowano, że do 1989 roku wentylacja wyporowa stanowiła 50% w zastosowaniach przemysłowych i 25% w biurach w krajach skandynawskich. Aplikacje w Stanach Zjednoczonych nie były tak rozpowszechnione jak w Skandynawii. Przeprowadzono pewne badania w celu oceny praktyczności tego zastosowania na rynkach amerykańskich ze względu na różne typowe projekty przestrzeni i zastosowania w gorącym i wilgotnym klimacie, a także badania mające na celu ocenę potencjalnej jakości środowiska wewnętrznego i korzyści w zakresie oszczędności energii wynikających z tej strategii w USA i gdzie indziej.
Aplikacje
Wentylacja wyporowa została zastosowana w wielu znanych budynkach, takich jak międzynarodowe lotnisko Suvarnabhumi w Bangkoku w Tajlandii, budynek NASA Jet Propulsion Laboratory Flight Projects Center oraz terminal 2 międzynarodowego lotniska w San Francisco .
Charakterystyka ogólna
Dystrybucja przepływu powietrza
W systemach DV ważną rolę odgrywają smugi termiczne i powietrze nawiewane z dyfuzorów, które określają prędkość przepływu powietrza na poziomie podłogi. Konieczne jest staranne ustawienie natężenia nawiewu z nawiewnika, aby uniknąć przeciągów.
Rodzaj kondycjonowania
Ze względu na unikalne właściwości stratyfikacji termicznej, wentylacja wyporowa jest zwykle stosowana do chłodzenia, a nie do ogrzewania. W wielu przypadkach w okresach grzewczych używane jest oddzielne źródło ogrzewania, takie jak grzejnik lub listwa przypodłogowa.
Zapotrzebowanie na miejsce
Wentylacja wyporowa najlepiej sprawdza się w przypadku wyższych pomieszczeń (wyższych niż 3 metry [10 stóp]). Standardowa wentylacja mieszająca może lepiej pasować do mniejszych pomieszczeń, w których jakość powietrza nie jest tak istotna, takich jak biura jednoosobowe i gdzie wysokość pomieszczenia nie jest wysoka (np. niższa niż 2,3 metra [7,5 stopy]).
Korzyści i ograniczenia
Lokalny dyskomfort: pionowa różnica temperatur i przeciągi
Systemy wentylacji wyporowej są cichsze niż konwencjonalne systemy napowietrzne i charakteryzują się lepszą wydajnością wentylacji. W związku z tym może poprawić jakość powietrza w pomieszczeniach i zapewnić pożądane środowisko akustyczne. Systemy wentylacji wyporowej są odpowiednie w miejscach, w których wymagana jest wysoka wentylacja, takich jak sale lekcyjne, sale konferencyjne i biura.
Wentylacja wyporowa może być przyczyną dyskomfortu ze względu na duży pionowy gradient temperatury i przeciągi. Według badań Melikova i Pitchurova, uczucie zimna spowodowane pionową różnicą temperatur i przeciągami występuje zwykle w okolicy podudzi/kostek/stóp, podczas gdy odczucia ciepła zgłaszane są przy głowie. Badania wskazują również, że model oceny ciągu może z dobrą dokładnością przewidywać zagrożenie przeciągami w pomieszczeniach z systemami wentylacji wyporowej.
Istnieje kompromis nieodłącznie związany z tymi dwoma kwestiami: poprzez zwiększenie natężenia przepływu (i możliwość usunięcia większych obciążeń termicznych) można zmniejszyć pionowy gradient temperatury, ale może to zwiększyć ryzyko przeciągów. Połączenie wentylacji wyporowej z promiennikowymi sufitami chłodzącymi jest próbą złagodzenia tego problemu. Według niektórych badań systemy wentylacji wyporowej mogą zapewnić akceptowalny komfort tylko wtedy, gdy odpowiadające im obciążenie chłodnicze jest mniejsze niż około 13 Btu/h-sf lub 40 W/ m2 .
Jakość powietrza wewnętrznego
Jedną z zalet wentylacji wyporowej jest prawdopodobnie lepsza jakość powietrza w pomieszczeniach uzyskana dzięki usuwaniu zanieczyszczonego powietrza z pomieszczenia. Lepszą jakość powietrza uzyskuje się wtedy, gdy źródłem zanieczyszczenia jest jednocześnie źródło ciepła.
Ostatnio badano skuteczność wentylacji wyporowej w usuwaniu zanieczyszczeń pyłowych. Małe wodne kropelki zawierające zakaźne jądra są często uwalniane w salach szpitalnych i innych pomieszczeniach zamkniętych i mają tendencję do osiadania w otaczającym powietrzu z prędkością rzędu 1–10 mm/s. W zimnym klimacie lub porach roku wystarczająco małe kropelki są usuwane z góry przestrzeni wentylowanej wyporowo, jeśli średnia prędkość powietrza w górę przekracza prędkość opadania cząstek. Jednak eksperymenty laboratoryjne wykazały, że większe kropelki mogą osadzać się szybciej niż ruch powietrza. W takim przypadku duże kropelki nie są skutecznie usuwane z przestrzeni z wentylacją wyporową do góry, a ich stężenie wzrasta wraz ze wzrostem szybkości wentylacji. W cieplejszym klimacie lub porach roku w przestrzeni z wentylacją wyporową w dół mogą wystąpić duże niestabilności stężenia zanieczyszczeń.
Zużycie energii
Niektóre badania wykazały, że wentylacja wyporowa może oszczędzać energię w porównaniu ze standardową wentylacją mieszającą, w zależności od rodzaju użytkowania budynku, projektu/bryły/orientacji i innych czynników. Jednak do oceny energochłonności wentylacji wyporowej główną metodą jest symulacja numeryczna, ponieważ coroczne pomiary są zbyt kosztowne i czasochłonne. Dlatego wciąż dyskutuje się, czy wentylacja wyporowa może pomóc w oszczędzaniu energii. Ogólnie rzecz biorąc, wentylacja wyporowa jest atrakcyjna dla głównego obszaru budynku, ponieważ nie wymaga ogrzewania. Jednak strefy obwodowe wymagają dużej energii chłodzenia.
Wytyczne dotyczące projektowania
Opublikowano różne wytyczne, aby zapewnić wytyczne dotyczące projektowania systemów wentylacji wyporowej, w tym:
- Skistad H., Mundt E., Nielsen PV, Hagstrom K., Railo J. (2002). Wentylacja wyporowa w obiektach nieprzemysłowych. Federacja Europejskich Stowarzyszeń Ogrzewania i Klimatyzacji.
- Skistad, H. (1994). Wentylacja wyporowa. Research Studies Press, John Wiley & Sons, Ltd., West Sussex. Wielka Brytania.
- Chen, Q. i Glicksman, L. (2003). Ocena wydajności i opracowanie wytycznych projektowych dla wentylacji wyporowej. Atlanta: ASHRAE.
Wśród wymienionych powyżej wytycznych, ta opracowana przez Chena i Glicksmana ma na celu w szczególności spełnienie standardów amerykańskich. Poniżej znajduje się krótki opis każdego etapu ich wytycznych.
Krok 1) Oceń przydatność wentylacji wyporowej
Krok 2) Oblicz letnie projektowe obciążenie chłodnicze.
Krok 3) Określ wymagane natężenie przepływu powietrza nawiewanego do letniego chłodzenia.
Krok 4) Znajdź wymagane natężenie przepływu świeżego powietrza dla akceptowalnej jakości powietrza w pomieszczeniu.
Krok 5) Określ natężenie przepływu powietrza nawiewanego.
Krok 6) Oblicz natężenie przepływu powietrza nawiewanego.
Krok 7) Określ stosunek świeżego powietrza do powietrza nawiewanego.
Krok 8) Wybierz rozmiar i numer nawiewnika.
Krok 9) Sprawdź sytuację ogrzewania zimą.
Krok 10) Oszacuj pierwsze koszty i roczne zużycie energii.
Lista budynków wykorzystujących wentylację wyporową (DV)
Budynek | Rok | Kraj | Miasto | Architekci | Rodzaj przestrzeni |
---|---|---|---|---|---|
Muzeum Żydowskie w Berlinie | 1999 | Niemcy | Berlin | Daniela Libeskinda | Powierzchnia wystawiennicza |
Międzynarodowe lotnisko w Bangkoku | 2006 | Tajlandia | Bangkok | Helmuta Jahna z Murphy / Jahn Architects | Terminal lotniczy |
Wieża Hearsta | 2006 | Stany Zjednoczone | Nowy Jork , NY | Normana Fostera z Foster + Partners | Duża przestrzeń publiczna |
Newseum | 2011 | Stany Zjednoczone | Waszyngton | Partnerstwo Polskie | Duża przestrzeń publiczna |
Centrum Medyczne Modesto | 2008 | Stany Zjednoczone | Modesto w Kalifornii | KP Architekci | Opieka zdrowotna |
Uniwersytet św. Jana , St. John's Hall | 1950 | Stany Zjednoczone | Nowy Jork, NY | nieznany | Środowisko nauczania |
Carnegie Hall | 1891 | Stany Zjednoczone | Nowy Jork, NY | Williama Burneta Tuthilla | Teatr |
Teatr Samuela J. Friedmana | 1920 | Stany Zjednoczone | Nowy Jork, NY | Herberta J. Krappa | Teatr |
Narodowe Centrum Sztuk Scenicznych | 2007 | Chiny | Pekin | Paweł Andreu | Teatr |
Opery Kopenhaskiej | 2004 | Dania | Kopenhaga | Henninga Larsena | Teatr |