辐射冷却将空气管道大小减少75% ~ 90%,最大限度地提高天花板高度,提高室内空气质量。

防止商业、住宅和机构建筑在冷却模式下结露的提示。

介绍

传统的强制空气加热和冷却系统是非被动机械驱动系统,在第二次世界大战后几十年内已在北美广泛使用。这种系统具有多种优点(如可扩展性,规模经济性,对小型和大型建筑物的适应性等)和缺点(例如高初始成本,噪音水平,能源效率差,维护成本高,泄漏,管道中的污垢积聚等)。
随着当今更严格的能效建筑规范,气候变化和人们意识的提高,趋势正在逆转,使用可再生或半可再生能源(如太阳能,地热,空气到水热泵等)的被动加热和冷却系统。

如果设计和安装得当,水力辐射冷却和加热系统可以被动地将人体感受到的温度改变到所需的舒适水平,而无需将空气吹遍宜居的室内空间。
将液体泵入地板回路(甚至是安装在墙壁和天花板上的毛细管)的成本低于吹气,因为液体是不可压缩的流动,而空气不是,并且可以通过单位体积的液体输送的热能(热或冷)量高于空气。
流经地板回路的流体的声级为零,而流经空气格栅、冷梁、寄存器等的声级为零。永远不会为零。
上述结果是整个有条件的室内空间的温度更均匀,零声级,这肯定会带来更高的热舒适度和更好的居住者满意度。

加热,冷却,除湿和加湿是如何工作的?

环境空气是干燥空气和水蒸气的混合物。当空气温度和周围空气中含有的水蒸气百分比(以绝对或相对湿度表示)达到所需水平(称为热舒适性)时,就建立了热舒适性。
加热是一个单阶段过程:它只是在被动式(如地板采暖,毛细管,太阳光渗透等)或非被动机械驱动方法(如强制空气加热等)中增加环境空气的温度。向加热的空气中加入水蒸气称为加湿。当空气被加热时,其相对湿度降低,加湿过程通常遵循加热过程。湿度是由蒸汽,蒸发,超声波等设备产生的。加湿器。
与加热不同,冷却是一个两阶段的过程:

  • 干式冷却是在不降低空气中水蒸气含量百分比的情况下冷却空气的过程(我们称之为合理冷却)。像加热一样,冷却可以是被动的(辐射冷却等)和非被动的(强制空气,自然通风等)。
  • 除湿或潜降是通过将空气暴露在低于环境空气露点温度的冷却介质中来减少环境空气中水蒸气百分比的过程。

在加拿大和美国北部各州等地,显冷负荷占总冷却负荷的75-90%,潜冷负荷占总制冷负荷的剩余10-25%。通过地板,墙壁或天花板的辐射冷却应始终是一个干燥的冷却过程,因为在宜居空间中不需要在地板,墙壁或天花板表面上除湿。

通过在任何HVAC项目中实施辐射冷却,我们可以将强制风管系统的尺寸和成本降低75-90%,并消除空气产生和管道产生的噪音。将管道尺寸减少75-90%意味着室内空间具有更高的天花板,更多的自然光线和更好的整体居住者满意度。要使辐射冷却覆盖总冷却负荷的很大百分比,必须满足以下先决条件:

  • 地板R值应尽可能低,因为当热阻下降时,辐射地板冷却输出会上升。混凝土裸露地板是理想的方案,因为它的R值为0。瓷砖或石材地板的R值为0.5,硬木地板(3/4“厚)的R值接近1。
  • 建筑物的围护结构应由建筑师和机械工程师合作设计,使名义的合理冷却需求(负载)除以建筑面积,以保持尽可能小(在6-10 Btu /小时/平方英尺之间)。
  • 对于 75°F (23°C) 的室内温度和 50% 的相对湿度,室内空气露点温度为 55.13°F (12.85°C)。为避免地板上结露,地板表面的温度应保持在环境空气露点温度以上。
  • 为了最大限度地提高地板的冷却能量输出,地板管道应尽可能接近(最小为6英寸的中心间距)。冷却负荷要求越大或地板热阻越高,地板管道间距越小。

每单位面积地板的辐射冷却能量输出与冷冻水平均供应温度(适用于各种地板热阻R值) - 地板管道之间6英寸间距

合适的冷冻水供应/回水温度,以防止冷凝

为了确定地板冷却回路所需的供应和回水冷却水温度,我们需要了解地板回路间距,地板整体热阻和合理冷却负荷之间的联系

地板的热阻取决于类型,厚度,覆盖物等。下表列出了最常见的地板类型以及它们最常见的热阻(请始终与制造商确认热阻,它们因品牌而异):

地板类型

厚度(英寸)

R 值(英热单位/平方英尺².°F)

地毯

1/8

0.6


1/4

1.0


1/2

2.0


3/4

3.0


1

4.0

聚氨酯垫

1/4

1.0


1/2

2.0

橡胶垫

1/4

0.4


1/2

0.8

乙烯基或利诺

1/8

0.2

瓷砖或石材

1/8

0.2


1/4

0.4


1/2

0.8

硬木

1/4

0.3


1/2

0.6


3/4

0.9

软木

1/4

0.4


1/2

0.8


3/4

1.2


1

1.6

地板热阻越高,循环中循环的冷水应具有相同的冷却流通过冷却表面。此外,地板管道彼此之间的距离越近,冷却流量就越高。下图显示了冷却能量输出(每单位面积的地板)V / s回路意味着各种管道间距(中心到中心的6,9和12英寸)的冷冻水温度:

6“ 间隔地板环路显冷能力与平均水温的关系图

例如:对于热阻接近 1 且平均冷冻水温度为 55°F(50.5°F 供应和 59.5°F 回油)的硬木地板,每平方英尺 (ft²) 面积的地板的合理冷却能力为 7.2 Btu/小时。
通过在50°F(45.5°F供应和55.5°F回油)的较低温度下泵送冷冻水,每平方英尺(平方英尺)面积,地板的合理冷却能力变为9 Btu / hr。
随着地板具有较低的热阻,显冷能力增加。

6“ 间隔地板环路平均表面温度与平均水温图表

当冷冻水温度降低时,地板表面温度会降低。
在所有辐射冷却应用中,地板的平均表面温度应至少比环境空气露点温度高 5.4°F (3°C)。这样可以避免水蒸气在地板表面凝结。室内空气在 75°F (23°C) 温度和 50% 相对湿度下,露点温度为 55.13°F (12.85°C)。在此示例中,地板表面温度为 69°F (20.55°C) 或 70°F (21.11°C),其中露点温度比露点温度高 13.87°F (7.7°C)

住宅辐射冷却设计是什么样的?

为了使辐射冷却设计具有成本效益,合理冷却负荷需求不得高于辐射地板冷却输出。当满足此条件时,管道仅在夏季除湿和冬季加湿时才需要管道。

在传统的强制空气加热和冷却系统中,管道需要在冬季吹热空气,在夏季吹冷空气,但是它不能提供与冬季地板加热相同的舒适性,特别是在寒冷的气候中,如加拿大气候。当客户决定进行地板采暖时,应考虑地板辐射冷却,因为冬季用于空间供暖的相同地板回路在夏季可用于干燥冷却(只需将冷冻水泵入地板回路)。
由于除湿负荷在住宅建筑中占10-25%,因此在地板上进行合理的冷却将使管道系统尺寸减少75-90%,以及与之相关的成本和噪音。

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