Пол с подогревом - Underfloor heating

Полы с подогревом и охлаждением это форма центральное отопление и охлаждение который достигает климат-контроль в помещении за тепловой комфорт с помощью проводимость, радиация и конвекция. Условия лучистое отопление и лучистое охлаждение обычно используются для описания этого подхода, поскольку радиация отвечает за значительную часть результирующего теплового комфорта, но такое использование технически корректно только тогда, когда радиация составляет более 50% теплообмена между полом и остальным пространством.[1]

История

Полы с подогревом имеют долгую историю еще в Неогляциальный и Неолит периоды. Археологические раскопки в Азии и на Алеутских островах Аляски показывают, как жители вытягивали дым от пожаров через каменные траншеи, вырытые в полу их домов. подземный жилища. Горячий дым нагрел камни на полу, и тепло проникло в жилые помещения. Эти ранние формы превратились в современные системы, в которых используются трубы, заполненные жидкостью, или электрические кабели и маты. Ниже представлен хронологический обзор систем теплого пола со всего мира.

Период времени, c. до н.э[2]Описание[2]
5,000Обнаружены свидетельства «запеченных полов», предвещающих ранние формы кан и Диканг "теплый пол" позже ондол что означает "теплый камень" в Маньчжурия и Корея соответственно.[3]
3,000Корейский камин использовался как кухонная плита, так и топка.
1,000Ондоль система типов, используемая в Алеутские острова, Аляска[4] И в Unggi, Hamgyeongbuk-do (современная Северная Корея).
1,000В одном жилище использовалось более двух очагов; один очаг, расположенный в центре, использовался для обогрева, другой по периметру использовался для приготовления пищи в течение всего года. Этот очаг по периметру является первоначальной формой будумака (что означает кухонная плита), который составляет секцию горения традиционного ондола в Корее.
500Римляне расширить использование кондиционированных поверхностей (полов и стен) с изобретением гипокаусты.[5]
200Центральный очаг превратился в Gudeul (имеется в виду выделяющая тепло секция ондола) и очаг по периметру для приготовления пищи стали более развитыми, и будумак почти утвердился в Корее.
50Китай, Корея и Римская империя используйте канг, диканг / ондол и гипокауст соответственно.
Период времени, c. ОБЪЯВЛЕНИЕ[6]Описание[6]
500В Азии по-прежнему используются кондиционированные поверхности, но в Европе их заменяют открытым огнем или рудиментарными формами современного камина. Анекдотическая литературная ссылка на систему лучистого охлаждения в Средний Восток с использованием заснеженных полостей в стенах.
700Более сложные и развитые гудылы были обнаружены в некоторых дворцах и жилых помещениях представителей высшего сословия в Корее. Страны в Средиземноморский бассейн (Иран, Алжир, Турция и др.) Используют различные формы отопления по типу гипокауста в общественных банях и домах (см .: табахана, атишхана, сандали), но также используют тепло от приготовления пищи (см .:тандыр, также танур) для обогрева полов.[7][8][9]
1000Ондоль продолжает развиваться в Азии. Создана самая продвинутая истинная система ондола. В Корее топку вынесли наружу, а пол комнаты был полностью залит ондолом. В Европе используются различные формы камина с развитием вытяжки продуктов горения с помощью дымоходов.
1300Системы типа гипокауста, используемые для обогрева монастырей в Польша и тевтонский Замок Мальборк.[10]
1400Системы типа гипокауста, используемые для обогрева Турецкие бани из Османская империя.
1500Внимание к комфорту и архитектуре в Европе развивается; Китай и Корея продолжают широко применять теплый пол.
1600В Франция, в теплицах используются дымоходы с подогревом полов и стен.
1700Бенджамин Франклин изучает французскую и азиатскую культуры и отмечает соответствующие системы отопления, ведущие к развитию Плита Франклина. Паровые лучистые трубы используются во Франции. Система типа гипокауста, используемая для отопления общественных бань (Хаммам ) в цитадели города Эрбиль, расположенного на территории современного Ирака.[11]
1800Начало европейской эволюции современных систем водонагревателей / бойлеров и трубопроводов на водной основе, включая исследования в области тепловых проводимости и удельная теплоемкость материалов и излучательная способность /отражательная способность поверхностей (Ватт /Лесли /Рамфорд ).[12] Ссылка на использование труб малого диаметра, используемых в Дом и музей Джона Соуна.[13]
1864Система типа ондоль, используемая в гражданская война сайты больниц в Америке.[14] Здание Рейхстага в Германии для охлаждения и обогрева используется тепловая масса здания.
1899Самые ранние истоки полиэтилен -содержащие трубки встречаются, когда немецкий ученый, Ганс фон Пехманн, обнаружил восковой остаток на дне пробирки, коллеги Ойген Бамбергер и Фридрих Чирнер назвали это полиметилен но от него отказались как от не имеющего коммерческого использования в то время.[15]
1904Ливерпульский собор в Англии подогревается системой, основанной на принципах гипокауста.
1905Фрэнк Ллойд Райт совершает свою первую поездку в Японию, позже включает в свои проекты различные ранние формы лучистого отопления.
1907Англия, профессор Баркер предоставил патент № 28477 на обогрев панелей с использованием небольших труб. Позднее патенты были проданы компании Crittal, которая назначила представителей по всей Европе. ЯВЛЯЮСЬ. Компания Byers of America продвигает лучистое отопление с использованием водопроводных труб малого диаметра. В Азии по-прежнему используются традиционные ондол и канг - древесина используется в качестве топлива, а дымовые газы отправляются под пол.
1930Оскар Фабер в Англии использует водопроводные трубы, используемые для излучения тепла и охлаждения нескольких больших зданий.[16]
1933Взрыв в Англии Imperial Chemical Industries (ICI) во время эксперимента высокого давления с этиленовый газ приводит к образованию воскообразного вещества, которое позже станет полиэтиленом и возведением труб PEX.[17]
1937Фрэнк Ллойд Райт создает лучистые обогреватели Дом Герберта Джейкобса, первый Усонян дома.
1939Первый небольшой завод по производству полиэтилена, построенный в Америке.
1945Американский разработчик Уильям Левитт строит крупномасштабные разработки для возвращающихся GI. Лучистое отопление на водной основе (медная труба) используется в тысячах домов. Плохие ограждающие конструкции на всех континентах требуют чрезмерных температур поверхности, что в некоторых случаях приводит к проблемам со здоровьем. Исследования теплового комфорта и здоровья (с использованием плит, тепловые манекены и лаборатории комфорта) в Европе и Америке позже устанавливает более низкие пределы температуры поверхности и разрабатывает стандарты комфорта.
1950Корейская война уничтожает запасы древесины для ондола, население вынуждено использовать уголь. Разработчик Йозеф Эйхлер в Калифорнии начинается строительство тысяч домов с лучистым отоплением.
1951Д-р Дж. Бьоркстен из Bjorksten Research Laboratories в Мэдисоне, штат Висконсин, объявляет о первых результатах того, что считается первым случаем испытания трех типов пластиковых трубок для лучистого напольного отопления в Америке. Полиэтилен, сополимер винилхлорида и винилиденхлорид испытывали в течение трех зим.[18]
1953Рядом построен первый канадский завод полиэтилена. Эдмонтон, Альберта.[19]
1960Исследователь NRC из Канады устанавливает полы с подогревом в своем доме и позже отмечает: «Десятилетия спустя он будет идентифицирован как пассивный солнечный дом. Он включает инновационные функции, такие как система лучистого отопления, снабжаемая горячей водой из антрацитовой печи с автоматическим подогревом».[20]
1965Томас Энгель патентует метод стабилизации полиэтилена с помощью сшивающие молекулы использует перекись (PEx-A), а в 1967 году продает лицензионные варианты ряду производителей труб.[21]
1970Эволюция корейской архитектуры приводит к появлению многоэтажных домов, дымовые газы от угля на основе ондола приводит к гибели многих людей, что приводит к переносу домашней системы дымовых газов на центральные водные отопительные установки. Проницаемость кислорода становится проблемой коррозии в Европе, что приводит к разработке труб с перегородками и стандартов проникновения кислорода.
1980Первые стандарты теплого пола разработаны в Европе. Система ондол на водной основе применяется практически во всех жилых домах Кореи.
1985Напольное отопление становится традиционной системой отопления в жилых домах в Средней Европе и Европе. Скандинавские страны и увеличение количества применений в нежилых зданиях.
1995На рынке широко представлены системы охлаждения полов и тепловые активные системы зданий (TABS) в жилых и коммерческих зданиях.[22]
2000Использование встраиваемых систем радиационного охлаждения в центре Европы становится стандартной системой, и во многих частях мира применяются радиантные системы охлаждения. HVAC системы как средство использования низких температур для нагрева и высоких температур для охлаждения.
2010Сияющий кондиционированный Башня Жемчужной реки в Гуанчжоу, Китай, превысил 71 этаж.

Описание

Современные системы теплого пола используют либо электрическое сопротивление элементы («электрические системы») или текучая среда, протекающая по трубам («гидронный систем ») для обогрева пола. Любой из этих типов может быть установлен как основная система отопления всего здания или как локальный подогрев пола для обеспечения теплового комфорта. Некоторые системы позволяют отапливать отдельные комнаты, когда они являются частью более крупной системы отопления. комнатная система, избегая потерь тепла. Электрическое сопротивление можно использовать только для обогрева; когда также требуется охлаждение помещения, должны использоваться гидравлические системы. Другие области применения, для которых подходят электрические или гидравлические системы, включают таяние снега / льда для прогулок, проездов и посадочных площадок, кондиционирования газона футбольных и футбольных полей и защиты от замерзания в морозильных камерах и на катках. Доступны различные системы и конструкции полов с подогревом, подходящие для различных типов полов.[23]

Электрические нагревательные элементы или гидравлические трубопроводы могут быть залиты в бетонную плиту перекрытия («система заливного пола» или «мокрая система»). Их также можно разместить под напольным покрытием («сухая система») или прикрепить непосредственно к деревянному черновому полу («черновая система» или «сухая система»).

Некоторые коммерческие здания предназначены для использования термическая масса который нагревается или охлаждается в непиковые часы, когда тарифы на коммунальные услуги ниже. Когда система отопления / охлаждения отключена в течение дня, бетонная масса и температура в помещении будут повышаться или понижаться в пределах желаемого комфортного диапазона. Такие системы известны как термически активируемые строительные системы или TABS.[24][25]

Гидронные системы

Гидравлические системы используют воду или смесь воды и антифриза, например: пропиленгликоль[26] в качестве теплоносителя в «замкнутом контуре», рециркулирующего между полом и котлом.

Для водяных систем напольного отопления и охлаждения доступны различные типы труб, которые обычно изготавливаются из полиэтилен включая PEX, PEX-Al-PEX и PERT. Старые материалы, такие как Полибутилен (PB), а также медные или стальные трубы все еще используются в некоторых регионах или для специализированных приложений.

Гидравлические системы требуют квалифицированных проектировщиков и специалистов, знакомых с котлами, циркуляционными насосами, системами управления, давлением и температурой жидкости. Использование современных подстанций заводской сборки, используемых в основном в централизованное отопление и охлаждение, может значительно упростить требования к проектированию и сократить время установки и ввода в эксплуатацию гидравлических систем.

Гидравлические системы могут использовать один источник или комбинацию источников энергии для управления затратами на электроэнергию. Гидронная система Энергетический ресурс варианты:

  • Трубы теплого пола до покрытия стяжкой

  • Трубы напольного отопления, прежде чем они будут покрыты бетонной гаражной плитой

  • Схема расположения излучающих труб, Проект: BCIT Aerospace Hangar, Ванкувер, Британская Колумбия, Канада

  • Сборка коллектора

  • Современные гидравлические регулирующие устройства для полов с подогревом и охлаждением, собранные на заводе, показаны с крышками на

  • Современные гидравлические регулирующие устройства для теплых полов и охлаждения, собранные на заводе, показаны без крышек

Электрические системы

Монтаж электрического теплого пола, укладывается цемент

Электрические системы используются только для обогрева и используют неагрессивные гибкие нагревательные элементы, включая кабели, предварительно сформированные кабельные маты, бронзовую сетку и углеродные пленки. Благодаря низкому профилю их можно устанавливать в термическая масса или прямо под отделку пола. Электрические системы также могут использовать учет электроэнергии по времени использования и часто используются в качестве обогревателей ковров, переносных обогревателей ковровых покрытий, подогревателей полов из ламината, подогрева плиток, подогрева полов из дерева и систем обогрева полов, включая подогрев полов под душем и сидений. Для больших электрических систем также требуются опытные проектировщики и специалисты, но в меньшей степени для небольших систем обогрева полов. В электрических системах используется меньше компонентов, их проще установить и ввести в эксплуатацию, чем гидравлические системы. Некоторые электрические системы используют технологию линейного напряжения, в то время как другие используют технологию низкого напряжения. Энергопотребление электрической системы зависит не от напряжения, а от выходной мощности нагревательного элемента.

Функции

Воздушный поток от вертикальных градиентов температуры

Вертикальный температурный градиент, вызванный устойчивая стратификация воздуха внутри помещения без теплого пола. Пол на три градуса по Цельсию холоднее потолка.

Качество теплового комфорта

Как определено Стандарт ANSI / ASHRAE 55 - Тепловые условия окружающей среды для проживания человека, тепловой комфорт это «то состояние ума, которое выражает удовлетворение тепловой средой и оценивается субъективной оценкой». Что касается полов с подогревом, тепловой комфорт зависит от температуры поверхности пола и связанных с ней элементов, таких как асимметрия излучения, средняя лучистая температура, и рабочая температура. Исследования Невинса, Ролеса, Гагге, П. Оле Фангер и другие. показывают, что люди, отдыхающие в легкой офисной и домашней одежде, обмениваются более 50% своей явное тепло через радиация.

Напольное отопление влияет на теплообмен, нагревая внутренние поверхности. Нагрев поверхностей препятствует потере тепла телом, что создает ощущение теплового комфорта. Это общее ощущение комфорта усиливается за счет проводимость (ноги на полу) и через конвекция по влиянию поверхности на воздух плотность. Система охлаждения пола поглощает оба короткая волна и длинноволновое излучение, приводящее к охлаждению внутренних поверхностей. Эти прохладные поверхности способствуют потере тепла телом, что создает ощущение комфорта при охлаждении. Локальный дискомфорт из-за холодных и теплых полов в обычной обуви и чулках рассматривается в стандартах ISO 7730 и ASHRAE 55 и в Справочниках по основам ASHRAE и может быть исправлен или отрегулирован с помощью систем напольного отопления и охлаждения.

Качество воздуха в помещении

Полы с подогревом могут положительно повлиять на качество воздуха в помещении облегчая выбор воспринимаемых иначе материалы для холодных полов такие как плитка, шифер, терраццо и бетон. Эти каменные поверхности обычно имеют очень низкие выбросы ЛОС (летучие органические соединения ) по сравнению с другими напольное покрытие опции. В сочетании с влага контроль, теплый пол также устанавливает температурный режим, который менее благоприятен для поддержания плесень, бактерии, вирусы и пылевые клещи.[27][28] Удалив разумное отопление нагрузка от общей HVAC (Отопление, вентиляция и кондиционирование) нагрузка, вентиляция, фильтрация и осушение поступающего воздуха могут быть выполнены с специализированные системы наружного воздуха меньший объемный оборот для уменьшения распространения переносимых по воздуху загрязнений. Медицинское сообщество признает преимущества теплого пола, особенно в том, что касается аллергенов.[29][30]

Энергия

Устойчивость систем отопления под полом оценивается по принципам: эффективность, энтропия, эксергия[31] и эффективность. В сочетании с высокопроизводительными зданиями системы пола работают при низких температурах при обогреве и высоких температурах при охлаждении.[32] в диапазонах, обычно встречающихся в геотермальный[33] и солнечная тепловая энергия системы. В сочетании с этими негорючими веществами, возобновляемый источники энергии устойчивость преимущества включают уменьшение или устранение горения и парниковые газы производится котлами и выработка энергии за тепловые насосы[34] и чиллеры, а также снижение спроса на невозобновляемые источники энергии и большие запасы для будущих поколений. Это было подтверждено оценками моделирования[35][36][37][38] и благодаря исследованиям, финансируемым Министерством энергетики США,[39][40] Канадская ипотечная и жилищная корпорация,[41] Институт Фраунгофера ISE[42] а также ASHRAE.[43]

Безопасность и здоровье

Низкотемпературный теплый пол встраивается в пол или размещается под напольным покрытием. Таким образом, он не занимает места на стене и не создает гореть опасности, а также опасности для физических травм из-за случайного контакта, ведущего к спотыканию и падению. Это было отмечено как положительная особенность в здравоохранение учреждения, в том числе обслуживающие пожилых клиентов и слабоумие.[44][45][46] Как ни странно, в аналогичных условиях окружающей среды полы с подогревом ускоряют испарение влажных полов (принятие душа, уборка и разливы). Кроме того, напольное отопление с использованием труб, заполненных жидкостью, полезно во взрывобезопасных средах для обогрева и охлаждения, в которых оборудование для горения и электрическое оборудование может быть расположено удаленно от взрывоопасной среды.

Существует вероятность того, что теплый пол может добавить дегазация и синдром больного здания в окружающей среде, особенно когда ковер используется в качестве напольного покрытия.[нужна цитата ]

Системы электрического теплого пола создают низкочастотные магнитные поля (в диапазоне 50–60 Гц), старые однопроводные системы намного сильнее, чем современные двухпроводные системы.[47][48] Международное агентство по изучению рака (IARC) классифицировало статические и низкочастотные магнитные поля как возможно канцерогенный (Группа 2Б).[49]

Долговечность, обслуживание и ремонт

Техническое обслуживание и ремонт оборудования такие же, как и для другого водного или электрического оборудования. HVAC системы, за исключением случаев, когда трубы, кабели или маты заделаны в пол. Первые испытания (например, дома, построенные Левиттом и Эйхлером в 1940-1970-х годах) выявили отказы встроенных систем медных и стальных трубопроводов, а также отказы, приписанные судами Shell, Goodyear и другим за полибутилен и EPDM материалы.[50][51] Также было несколько разрекламированных заявлений о неисправных гипсовых панелях с электрическим обогревом с середины 1990-х годов.[52]

Отказы, связанные с большинством установок, связаны с небрежным обращением на рабочем месте, ошибками при установке и неправильным обращением с продуктом, например воздействием ультрафиолетового излучения. Испытания под давлением перед заливкой в ​​соответствии со стандартами бетонных конструкций[53] и рекомендации по передовой практике[54] для проектирования, строительства, эксплуатации и ремонта систем лучистого отопления и охлаждения для устранения проблем, возникающих в результате неправильной установки и эксплуатации.

Системы на основе жидкости, использующие сшитый полиэтилен (PEX) продукт, разработанный в 1930-х годах, и его различные производные, такие как PE-RT, продемонстрировали надежную долгосрочную работу в суровых холодных климатических условиях, таких как мостовые настилы, перроны авиационных ангаров и посадочные площадки. PEX стал популярным и надежным вариантом для использования в домашних условиях при строительстве новых бетонных перекрытий и новых перекрытий, а также для модернизации (балок). Поскольку материалы производятся из полиэтилена, а его связи сшиты, он обладает высокой устойчивостью к коррозии, а также к нагрузкам от температуры и давления, характерным для типичных систем HVAC на основе жидкости.[55] Для обеспечения надежности PEX процедуры установки должны быть точными (особенно на стыках), а спецификации производителя относительно максимальной температуры воды или жидкости и т. Д. Должны строго соблюдаться.

Дизайн и установка

Общие рекомендации по размещению труб лучистого отопления и охлаждения в сборных полах, где могут присутствовать другие компоненты систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и сантехника
Типовые узлы напольного отопления и охлаждения. Фактические материалы и методы будут определяться местными методами, правилами, стандартами, передовой практикой и правилами пожарной безопасности.

Проектирование систем охлаждения и обогрева полов регулируется отраслевыми стандартами и директивами.[56][57][примечания 2]

Технический дизайн

Количество тепла, передаваемого от или к системе под полом, основано на сочетании лучистого и конвективного коэффициенты теплопередачи.

  • Лучистая теплопередача постоянна в зависимости от Постоянная Стефана – Больцмана.
  • Конвективная теплопередача меняется со временем в зависимости от
    • плотность воздуха и, следовательно, его плавучесть. Плавучесть воздуха изменяется в зависимости от температура поверхности и
    • принудительное движение воздуха за счет вентиляторов и движения людей и предметов в пространстве.

Конвективная теплопередача в напольных системах намного выше, когда система работает в режиме обогрева, а не охлаждения.[58] Обычно при напольном отоплении конвективная составляющая составляет почти 50% от общей теплопередачи, а при напольном охлаждении конвективная составляющая составляет менее 10%.[59]

Учет тепла и влажности

Когда нагретые и охлаждаемые трубы или нагревательные кабели находятся в том же пространстве, что и другие компоненты здания, может происходить паразитная теплопередача между холодильными приборами, холодильными камерами, бытовыми линиями холодной воды, кондиционерами и вентиляционными каналами. Чтобы контролировать это, все трубы, кабели и другие компоненты здания должны быть хорошо изолированы.

При охлаждении полов на поверхности пола может скапливаться конденсат. Чтобы этого не произошло, влажность воздуха поддерживается на низком уровне, ниже 50%, а температура пола поддерживается выше допустимой. точка росы, 19 ° С (66F).[60]

Строительные системы и материалы

  • Тепловые потери ниже нормы
  • Тепловые потери на внешнем каркасе пола
    • Подогреваемый или охлаждаемый черный пол увеличивает разницу температур между наружным и кондиционированным полом.
    • Полости, создаваемые деревянными каркасами, такими как коллекторы, триммеры и консольный Затем секции должны быть изолированы жесткой изоляцией, войлоком или спреем, подходящей стоимости в зависимости от климата и строительных технологий.
  • Кладка и другие особенности твердого пола
    • Бетонные полы должны допускать усадку и расширение из-за отверждения и изменений температуры.
    • Время и температура отверждения наливных полов (бетон, легкие покрытия) должны соответствовать отраслевым стандартам.
    • Для всех полов каменного типа необходимы контрольные и компенсационные швы, а также методы подавления трещин;
  • Деревянный настил
    • Стабильность размеров древесины в первую очередь зависит от влажности,[64] однако другие факторы могут смягчить изменения в древесине при ее нагревании или охлаждении, в том числе;
  • Стандарты трубопроводов[примечания 3]

Система контроля

Смотрите также: Гидроника

Системы теплого пола и охлаждения могут иметь несколько точек контроля, включая управление:

  • Температура жидкости в системе отопления и охлаждения (например, в котлах, чиллерах, тепловых насосах).
    • Влияет на эффективность
  • Температура жидкости в распределительной сети между установкой и излучающими коллекторами.
    • Влияет на капитальные и эксплуатационные расходы
  • Температуры жидкости в трубопроводных системах PE-x, на основе которых;[1]
    • Требования к отоплению и охлаждению
    • Расстояние между трубками
    • Потери вверх и вниз
    • Характеристики напольного покрытия
  • Рабочая температура
  • Температура поверхности для;[65]
    • Комфорт
    • Здоровье и безопасность
    • Материальная целостность
    • Точка росы (для охлаждения пола).

Механическая схема

Пример схемы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха

На иллюстрации представлена ​​упрощенная механическая схема системы напольного отопления и охлаждения для обеспечения теплового комфорта.[65] с отдельной системой вентиляции для качество воздуха в помещении.[66][67] В высокопроизводительных жилых домах среднего размера (например, до 3000 футов2 (278 кв.м.2) общая кондиционируемая площадь пола), эта система, в которой используются промышленные устройства для управления жидкостями, займет примерно столько же места, что и ванная комната из трех или четырех частей.

Моделирование схем трубопроводов с помощью анализа методом конечных элементов

Моделирование моделей излучающих труб (также труб или петель) с помощью анализ методом конечных элементов (FEA) предсказывает термодиффузию и качество температуры поверхности или эффективность различных макетов петель.Характеристики модели (левое изображение ниже) и изображение справа полезны для понимания взаимосвязи между сопротивлением пола, проводимостью окружающей массы, расстоянием между трубками, глубиной и температурой жидкости. Как и все моделирование FEA, они отображают моментальный снимок во времени для конкретной сборки и не могут быть репрезентативными для всех сборок пола или для системы, которая работала в течение значительного времени в стабильном состоянии. Практическое применение FEA для инженера - это возможность оценить каждую конструкцию на предмет температуры жидкости, обратных потерь и качества температуры поверхности. Путем нескольких итераций можно оптимизировать конструкцию для самой низкой температуры жидкости при нагревании и максимальной температуры жидкости при охлаждении, что позволяет оборудованию для сжигания и сжатия достичь максимальной номинальной эффективности.

  • Температурная диффузия и качество (эффективность) температуры поверхности различных схем трубопроводов

  • Типичные снимки экрана вывода FEA с проволочной сеткой, тепловыми изотермами и цветовой кодировкой

Экономика

Существует широкий диапазон цен на системы под полом в зависимости от региональных особенностей, материалов, применения и сложности проекта. Он широко применяется в Скандинавский, Азиатский и Европейский сообщества. Следовательно, рынок более зрелый, а системы относительно более доступные, чем менее развитые рынки, такие как Северная Америка где доля рынка систем на основе жидкости составляет от 3% до 7% систем HVAC (см. Статистическое управление Канады и Бюро переписи населения США ).

В энергоэффективных зданиях, таких как Пассивный дом, R-2000 или же Чистая нулевая энергия, просто термостатические радиаторные клапаны может быть установлен вместе с одним компактным циркуляционным насосом и небольшим конденсаторным нагревателем, управляемым без или с основным сброс горячей воды[68] контроль. Экономичные системы на основе электрического сопротивления также полезны в небольших зонах, таких как ванные комнаты и кухни, а также для целых зданий, где тепловые нагрузки очень низкие. Для больших структур потребуется больше сложные системы для удовлетворения потребностей в охлаждении и обогреве, и часто требуется системы управления зданием для регулирования энергопотребления и общего внутреннего климата.

Низкотемпературные системы лучистого отопления и высокотемпературные системы лучистого охлаждения хорошо подходят для районная энергетика системы (коммунальные системы) из-за разницы температур между станцией и зданиями, что позволяет использовать изолированные распределительные сети небольшого диаметра и низкую потребляемую мощность насосов. Низкая температура возврата в системе отопления и высокая температура возврата в системе охлаждения позволяют районной электростанции достичь максимальной эффективности. Принципы, лежащие в основе централизованного энергоснабжения с системами под полом, также могут быть применены к отдельно стоящим многоэтажным зданиям с теми же преимуществами.[69] Кроме того, системы лучистого пола идеально подходят для Возобновляемая энергия источники, включая геотермальный и солнечная тепловая энергия системы или любая система, в которой отходящее тепло может быть восстановлено.

В глобальном стремлении к устойчивость, долгосрочная экономика поддерживает необходимость устранения, где это возможно, сжатие для охлаждения и горение для отопления. В таком случае необходимо будет использовать источники тепла низкого качества, для которых хорошо подходят теплые полы с подогревом и охлаждением.[уточнить ][нужна цитата ]

Эффективность системы

Анализ эффективности системы и использования энергии учитывает характеристики ограждающих конструкций здания, эффективность тепло- и холодильной установки, элементы управления системой и проводимость, характеристики поверхности, расстояние между трубками / элементами и глубину излучающей панели, температуру рабочей жидкости и эффективность проводов к воде. циркуляторы.[70] Эффективность электрических систем анализируется аналогичными процессами и включает в себя эффективность производство электроэнергии.

Хотя эффективность излучающих систем постоянно обсуждается, и анекдотический претензии и научные статьи, представляющие обе стороны, низкие температуры возвратной жидкости в системе отопления и высокие температуры возвратной жидкости при охлаждении позволяют конденсационным котлам,[71] чиллеры[72] и тепловые насосы[73] работать на своих максимальная инженерная производительность.[74][75] Более высокая эффективность потока «провод к воде» по сравнению с потоком «провод к воздуху» из-за значительно большей теплоемкость отдает предпочтение системам на основе жидкости по сравнению с системами на основе воздуха.[76] Исследования в области применения и моделирования продемонстрировали значительную экономию электроэнергии за счет лучистого охлаждения и специальных систем наружного воздуха, частично основанных на ранее упомянутых принципах.[77][78]

В Пассивные дома, R-2000 дома или же Здания Net Zero Energy низкие температуры систем лучистого отопления и охлаждения предоставляют значительные возможности для использования эксергия.[79]

Соображения об эффективности материалов для полов

На эффективность системы также влияет напольное покрытие, служащее радиационным пограничный слой между массой пола и обитателями и другим содержимым кондиционируемого помещения. Например, ковровое покрытие имеет большую сопротивление или ниже проводимость чем плитка. Таким образом, полы с ковровым покрытием должны работать при более высоких внутренних температурах, чем плитка, что может снизить эффективность котлов и тепловых насосов. Однако, если напольное покрытие известно на момент установки системы, внутренняя температура пола, необходимая для данного покрытия, может быть достигнута за счет правильного расстояния между трубами без ущерба для эффективности установки (хотя более высокие внутренние температуры пола могут привести к увеличению потерь тепла. с внекомнатных поверхностей пола).[80]

В излучательная способность, отражательная способность и поглощающая способность поверхности пола являются критическими факторами его теплообмена с людьми и помещением. Материалы и обработка неполированных полов имеют очень высокий коэффициент излучения (от 0,85 до 0,95) и, следовательно, радиаторы тепла.[81]

С полами с подогревом и охлаждением («двусторонние полы») поверхности полов с высокими поглощение и излучательная способность и низкий отражательная способность наиболее желательны.

Термографическая оценка

Термографические изображения помещения, отапливаемого низкотемпературным лучистым отоплением вскоре после запуска системы

Термография - полезный инструмент, позволяющий увидеть фактическую термическую эффективность системы пола от ее запуска (как показано) до условий эксплуатации. В стартапе легко определить местоположение трубки, но меньше, когда система переходит в устойчивое состояние условие. Важно правильно интерпретировать термографические изображения. Как и в случае с анализом методом конечных элементов (FEA), то, что видно, отражает условия во время изображения и может не отражать устойчивые условия. Например, поверхности, просматриваемые на показанных изображениях, могут казаться «горячими», но на самом деле их температура ниже номинальной температуры температура кожи и ядра человеческого тела и способность «видеть» трубы не означает «чувствовать» трубы. Термография также может указать на недостатки ограждающих конструкций здания (левое изображение, деталь углового пересечения), теплового моста (правое изображение, стойки) и тепловые потери, связанные с наружными дверями (центральное изображение).

Мировые примеры больших современных зданий с использованием лучистого отопления и охлаждения

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Глава 6, Панельное отопление и охлаждение, Справочник по системам и оборудованию ASHRAE 2000 г.
  2. ^ а б Бин, Р., Олесен, Б., Ким, К.В., История систем лучистого отопления и охлаждения, Журнал ASHRAE, часть 1, январь 2010 г.
  3. ^ Го, К. (2005), Китайская архитектура и планирование: идеи, методы, приемы. Штутгарт: Издание Акселя Менгеса, часть 1, глава 2, стр. 20-27
  4. ^ Прингл, Х., (2007), Битва за мост Амакнак. Археология. 60 (3)
  5. ^ Форбс, Р. Дж. (Роберт Джеймс), 1900–1973. (1966). Исследования древних технологий. Лейден: Э.Дж. Брилл. ISBN  9004006214. OCLC  931299038.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  6. ^ а б Бин, Р., Олесен, Б., Ким, К.В., История систем лучистого отопления и охлаждения, Журнал ASHRAE, часть 2, январь 2010 г.
  7. ^ Статьи о традиционных общественных банях-хаммамах в Средиземном море, Archnet-IJAR, International Journal of Architectural Research, Vol. 3, выпуск 1: 157-170, март 2009 г.
  8. ^ Кеннеди, Х., От Полиса до Медины: городские изменения в Сирии поздней античности и раннего ислама, прошлое и настоящее (1985) 106 (1): 3-27. Дои:10.1093 / прошлое / 106.1.3
  9. ^ Рашти, К. (Введение), Сохранение городов и развитие территорий в Афганистане, Программа Ага Хана по историческим городам, Фонд Ага Хана по культуре, май 2007 г.
  10. ^ "Muzeum Zamkowe w Malborku". www.zamek.malbork.pl.
  11. ^ «Высшая комиссия по возрождению цитадели Эрбиля, Хаммам». erbilcitadel.org. Архивировано из оригинал на 2009-07-05.
  12. ^ Галло, Э., Жан Симон Боннемен (1743-1830) и происхождение центрального отопления с горячей водой, 2-й Международный конгресс по истории строительства, Куинс-колледж, Кембридж, Великобритания, под редакцией Общества истории строительства, 2006 г.
  13. ^ Брюгманн Р. Центральное отопление и принудительная вентиляция: истоки и влияние на архитектурный дизайн, JSAH, Vol. 37, No 3, октябрь 1978 г.
  14. ^ Медицинская и хирургическая история войны за восстание, часть III., Том II., Хирургическая история, 1883 г.
  15. ^ «Наука на расстоянии». www.brooklyn.cuny.edu.
  16. ^ Панельное отопление, структурная бумага № 19, Оскар Фабер, O.B.E, D.C.L (Hon), D.Sc. (Англ.), Институт инженеров-строителей, май 1947 г., стр. 16
  17. ^ Ассоциация PEX, История и влияние труб PEX на качество окружающей среды в помещении, «Архивная копия» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) 28 ноября 2010 г.. Получено 2010-11-28.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  18. ^ Бьоркстен тестирует новые пластиковые нагревательные трубки (7 июня 1951 г.), Consolidated Press Clipping Bureau США, Чикаго
  19. ^ "Канадская энциклопедия, промышленность - нефтехимическая промышленность". В архиве с оригинала от 20 октября 2008 г.. Получено 15 сентября, 2010.
  20. ^ Раш, К., (1997) Одиссея инженера-исследователя, Инженерный институт Канады, Eic History & Archives
  21. ^ Энгл, Т. (1990) Полиэтилен, современный пластик от его открытия до наших дней
  22. ^ , Мо, К., 2010, Термоактивные поверхности в архитектуре, Princeton Architectural Press, ISBN  978-1-56898-880-1
  23. ^ «Архивная копия» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) 4 сентября 2014 г.. Получено 17 сентября, 2015.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  24. ^ Коларик, Дж., Янг, Л., Активация термической массы (Глава 5) с руководством для экспертов, часть 2, Приложение 44 IEA ECBSC, Интеграция экологически чистых элементов в зданиях, 2009 г.
  25. ^ Леманн Б., Дорер В., Кошенц М., Область применения вкладок термически активируемых строительных систем, Энергия и здания, 39: 593–598, 2007.
  26. ^ «Низкотемпературные системы отопления, повышенная энергоэффективность и комфорт, приложение 37, Международная энергетическая ассоциация» (PDF). lowex.org.
  27. ^ Boerstra A., Op ´t Veld P., Eijdems H. (2000), Преимущества систем низкотемпературного отопления для здоровья, безопасности и комфорта: обзор литературы. Материалы конференции «Здоровые здания» 2000 г., Эспоо, Финляндия, 6–10 августа 2000 г.
  28. ^ Эйдемс, Х.Х., Буррста, А.К., Опт Вельд, П.Дж., Низкотемпературные системы отопления: влияние на качество воздуха в помещении, тепловой комфорт и потребление энергии, Нидерландское агентство по энергии и окружающей среде (NOVEM) (около 1996 г.)
  29. ^ Ри, доктор медицины, Уильям Дж., «Оптимальные условия для оптимального здоровья и творчества», Центр гигиены окружающей среды, Даллас, Техас.
  30. ^ «Покупка дома для аллергиков: вопросы и ответы с доктором Стивеном Локки». Центр аллергии и астмы. Архивировано из оригинал 25 октября 2010 г.. Получено 11 сентября, 2010.
  31. ^ Асада, Х., Боелман, Э. К., Эксергетический анализ низкотемпературной системы лучистого отопления, Building Service Engineering, 25: 197-209, 2004
  32. ^ Бабяк Й., Олесен Б.В., Петраш Д., Низкотемпературное отопление и высокотемпературное охлаждение - Встроенные поверхностные системы на водной основе, Руководство REHVA No. 7, Forssan Kirjapaino Oy- Форссан, Финляндия, 2007 г.
  33. ^ Мейерханс Р.А. Охлаждение плиты и заземление // Транзакции ASHRAE, т. 99 (2): 511-518, 1993.
  34. ^ Килкис, Б.И., Преимущества комбинирования тепловых насосов с излучающими панелями и системами охлаждения, Информационный бюллетень Центра тепловых насосов МЭА 11 (4): 28-31, 1993.
  35. ^ Чантрасрисалай, К., Гхатти, В., Фишер, Д.Э., Шитцл, Д.Г., Экспериментальная проверка моделирования низкотемпературного излучения EnergyPlus, ASHRAE Transactions, т. 109 (2): 614-623, 2003 г.
  36. ^ Чапман К.С., Дегреф Дж. М., Уотсон Р. Д. Анализ теплового комфорта с использованием BCAP для модернизации жилого дома с солнечным отоплением (RP-907), Транзакции ASHRAE, т. 103 (1): 959-965, 1997.
  37. ^ Де Карли, М., Заррелла, А., Зекчин, Р., Сравнение излучающего пола и двух излучающих стен в зависимости от потребности в энергии для отопления и охлаждения, Транзакции ASHRAE, т. 115 (2), Луисвилл, 2009 г.
  38. ^ Гхатти В.С., Шитцл Д.Г., Брайан Х., Аддисон М., Пассивная производительность жилого дома с большой массой: фактические данные и моделирование, Транзакции ASHRAE, т. 109 (2): 598-605, 2003.
  39. ^ Корт, К.А., Диркс, Дж. А., Хостик, Д. Дж., Эллиотт, Д. Б., Анализ экономии энергии в течение жизненного цикла технологий зданий, поддерживаемых Министерством энергетики (PNNL-18658), Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория (для Министерства энергетики США), август 2009 г.
  40. ^ Рот, К.В., Вестфален, Д., Дикманн, Дж., Гамильтон, С.Д., Гетцлер, В., Характеристики энергопотребления систем HVAC в коммерческих зданиях, том III: потенциал экономии энергии, TIAX, 2002
  41. ^ Анализ потенциала возобновляемых источников энергии в жилом секторе посредством моделирования энергопотребления зданий с высоким разрешением, Canada Mortgage and Housing Corporation, Технические серии 08-106, ноябрь 2008 г.
  42. ^ Херкель, С., Миара, М., Кагерер, Ф. (2010), Systemintegration Solar + Wärmepumpe, Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE
  43. ^ Баскин, Е., Оценка гидравлических систем обогрева и охлаждения с принудительной подачей воздуха и лучистыми плитами, ASHRAE Transactions, vol. 111 (1): 525-534, 2005.
  44. ^ Копыто Дж. В., Корт С. М. Благоприятная среда обитания: первая концепция жилища, предназначенного для пожилых людей с деменцией, Деменция, т. 8, № 2, 293-316 (2009) Дои:10.1177/1471301209103276
  45. ^ Хасигучи, Н., Точихара, Ю., Охнака, Т., Цучида, К., Оцуки, Т., Физиологические и субъективные реакции пожилых людей при использовании систем обогрева пола и кондиционирования воздуха, Журнал физиологической антропологии и прикладной науки о человеке, 23: 205–213, 2004 г.
  46. ^ Спрингер, В. Э., Невинс, Р., Фейерхерм, А. М., Майклс, К.Б., Влияние температуры поверхности пола на комфорт: Часть III, пожилые люди, Транзакции ASHRAE 72: 292-300, 1966.
  47. ^ Пол с подогревом EMFs.info
  48. ^ Лучший очиститель ламинатных полов
  49. ^ Неионизирующее излучение, часть 1: Статические и крайне низкочастотные (СНЧ) электрические и магнитные поля В архиве 2017-03-17 в Wayback Machine Международное агентство по изучению рака, 2002 г.
  50. ^ Мировое соглашение объявлено в коллективном иске с Shell, «Архивная копия» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2007-02-03. Получено 2010-09-01.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  51. ^ "Галанти против Goodyear Tire & Rubber Company и Келман против Goodyear Tire & Rubber Company и др.". entraniisettlement.com. Архивировано из оригинал 21 февраля 2010 г.
  52. ^ "Излучающие потолочные панели, Министерство муниципальных дел, отдел электробезопасности, провинция Британская Колумбия, 1994" (PDF). eiabc.org. Архивировано из оригинал (PDF) на 2011-07-26.
  53. ^ «Требования строительных норм ACI 318-05 для конструкционного бетона и комментарии». Concrete.org. Архивировано из оригинал 14 сентября 2010 г.
  54. ^ Например. Ассоциация излучающих панелей, Канадский институт сантехники и отопления, Ассоциация теплового экологического комфорта Британской Колумбии и стандарты ISO.
  55. ^ "Институт пластиковых труб, факты о трубных системах из сшитого полиэтилена (Pex)" (PDF). plasticpipe.org.
  56. ^ ANSI / ASHRAE 55- Температурные условия окружающей среды для проживания человека
  57. ^ ISO 7730: 2005, Эргономика тепловой среды. Аналитическое определение и интерпретация теплового комфорта с использованием расчета индексов PMV и PPD и местных критериев теплового комфорта.
  58. ^ Бин Р., Килкис Б., 2010 г., Краткий курс основ панельного отопления и охлаждения, Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха, Inc., <«Архивная копия». Архивировано из оригинал 6 июля 2010 г.. Получено 25 августа, 2010.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)>
  59. ^ "Сингапурское отделение ASHRAE" (PDF). www.ashrae.org.sg.
  60. ^ Мумма, С., 2001, Проектирование специальных систем наружного воздуха, Журнал ASHRAE, 29-31
  61. ^ Таблица 3 Теплопроводность почвы, Справочник ASHRAE 2008 г. - Системы и оборудование HVAC
  62. ^ Подтверждение Министерством природных ресурсов Канады (NRCan) политики и процедур проектирования новых зданий и интерпретация Типового национального энергетического кодекса для коммерческих зданий (MNECB), 2009 г.
  63. ^ Босолей-Моррисон, И., Пейдж Кемери, Б., Анализ альтернатив изоляции подвала, Карлтонский университет, апрель 2009 г.
  64. ^ Справочник по древесине, Дерево как инженерный материал, Министерство сельского хозяйства США, Лесная служба, Лаборатория лесных продуктов, 2010 г.
  65. ^ а б Стандарт ANSI / ASHRAE 55 - Температурные условия окружающей среды для проживания человека
  66. ^ ASHRAE 62.1 Вентиляция для обеспечения приемлемого качества воздуха в помещении
  67. ^ ASHRAE 62.2 Вентиляция и приемлемое качество воздуха в малоэтажных жилых зданиях
  68. ^ Батчер, Т., Гидравлическая система распределения тепла на плинтусе с наружным контролем сброса, позволяющая использовать конденсационный котел, Брукхейвенская национальная лаборатория, (для) Управления строительных технологий Министерства энергетики США, октябрь 2004 г.
  69. ^ "Олесен, Б., Симмондс, П., Доран, Т., Бин, Р., Вертикально интегрированные системы в автономных многоэтажных зданиях, Журнал ASHRAE, том 47, 6, июнь 2005 г." (PDF). psu.edu.
  70. ^ «Обогреватель, 7 безбактовых водонагревателей, Миан Юсуф, декабрь 2019 г.». fashionpk.pk.
  71. ^ Рис. 5 Влияние температуры воды на входе на КПД конденсационных котлов, глава 27, Котлы, 2000 г. Справочник по системам и оборудованию ASHRAE
  72. ^ Торнтон, Б.А., Ван, В., Лейн, доктор медицинских наук, Розенберг, М.И., Лю, Б., (сентябрь 2009 г.), Документ технической поддержки: Пакеты технологий для экономии энергии 50% для средних офисных зданий, Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория для США. Министерство энергетики, DE-AC05-76RL01830
  73. ^ Цзян, В., Виниарски, Д. В., Катипамула, С., Армстронг, Р. Р., Экономически эффективная интеграция эффективного малоподъемного охлаждающего оборудования с базовой нагрузкой (окончательный отчет), Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория, подготовлено для Управления Министерства энергетики США Федеральной программы энергоменеджмента в области энергоэффективности и возобновляемых источников энергии, декабрь 2007 г.
  74. ^ Фитцджеральд, Д. Использует ли теплое воздушное отопление меньше энергии, чем лучистое? Четкий ответ: Building Serv Eng Res Technol 1983; 4; 26, Дои:10.1177/014362448300400106
  75. ^ Олесен Б.В., деКарли М., Встроенные системы лучистого отопления и охлаждения: влияние новой европейской директивы по энергетическим характеристикам зданий и соответствующей стандартизации CEN, Часть 3, Расчетные энергетические характеристики зданий со встроенными системами (проект), 2005 г., < «Архивная копия». Архивировано из оригинал 3 октября 2011 г.. Получено 14 сентября, 2010.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)>
  76. ^ «Тепло, работа и энергия». www.engineeringtoolbox.com.
  77. ^ «Ли, С.Б., Сонг, Д.С., Хванг, С.Х., Ли, С.Й., Исследование для оценки эффективности системы водяного охлаждения полов, интегрированной с контролируемой вентиляцией, ASHRAE Transactions: Research, 2005» (PDF). nrel.gov.
  78. ^ Лич, М., Лобато, К., Хирш, А., Плесс, С., Торчеллини, П., Документ технической поддержки: Стратегии 50% экономии энергии в больших офисных зданиях, Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии, Технический отчет, NREL / TP-550-49213, сентябрь 2010 г.
  79. ^ Международное энергетическое агентство, приложение 37 Низкоэксергетические системы отопления и охлаждения зданий
  80. ^ Рис. 9 Расчетная диаграмма для отопления и охлаждения с панелями пола и потолка, панельного отопления и охлаждения, 2000 ASHRAE Systems and Equipment Handbook
  81. ^ Педерсен, C.O., Фишер, D.E., Lindstrom, P.C. (Март 1997 г.), Влияние характеристик поверхности на выход излучающих панелей, ASHRAE 876 TRP
  82. ^ Симмондс, П., Гоу, В., Холст, С., Ройсс, С., Использование теплых полов для кондиционирования больших помещений и поддержания комфортных условий, ASHRAE Transactions, vol. 106 (1): 695-701, 2000.

Примечания

  1. ^ (CHP) (см. Также микро ТЭЦ и топливная ячейка
  2. ^ Образец стандартов проектирования и монтажа:
    Часть 1: Определение расчетной теплопроизводительности и холодопроизводительности
    Часть 2: Проектирование, определение размеров и установка
    Часть 3: Оптимизация использования возобновляемых источников энергии, Брюссель, Бельгия.
    Часть 1. Определения и символы
    Часть 2: Напольное отопление: Подтвердите методы определения тепловой мощности с помощью методов расчета и испытаний.
    Часть 3: Определение размеров
    Часть 4: Установка
    Часть 5: Поверхности нагрева и охлаждения, встроенные в пол, потолок и стены - Определение тепловой мощности
    ISO TC 205 / WG 5, Тепловая среда в помещении
    ISO TC 205 / WG 8, Системы лучистого отопления и охлаждения
    ISO TC 205 / WG 8, Системы отопления и охлаждения
  3. ^ Образец стандартов на трубы, применяемые в теплый пол:
    • ASTM F2623 - Стандартные спецификации для полиэтиленовых трубок повышенной температуры (PE-RT) SDR 9
    • ASTM F2788 - Стандартные спецификации для труб из сшитого полиэтилена (PEX)
    • ASTM F876 - Стандартные спецификации для трубок из сшитого полиэтилена (PEX)
    • ASTM F2657 - Стандартный метод испытаний трубок из сшитого полиэтилена (PEX) на воздействие атмосферных воздействий на открытом воздухе
    • CSA B137.5 - Системы трубок из сшитого полиэтилена (PEX) для работы под давлением
    • CSA C22.2 NO. 130, Требования к электрическим резистивным нагревательным кабелям и комплектам нагревательных устройств
    • Стандарт UL 1673 - Кабели для электрического лучистого отопления
    • Стандарт UL 1693 - Панели электрического лучистого отопления и комплекты панелей отопления