Специальная система наружного воздуха - Dedicated outdoor air system

Система DOAS с колесом рекуперации тепла и пассивным осушением

А специальная система наружного воздуха (ДЕЛАЙ КАК) - это вид отопления, вентиляции и кондиционирования (HVAC ) система, состоящая из двух параллельных систем: выделенная система для подачи наружного воздуха вентиляция это обрабатывает как скрытый и разумный нагрузки на кондиционирование вентиляционного воздуха и параллельную систему для обработки нагрузок (в основном явного тепла), создаваемых внутренними / технологическими источниками и теми, которые проходят через ограждение здания.

Фон

Традиционные системы HVAC, такие как переменный объем воздуха (VAV) системы, обслуживающие несколько зон, имеют потенциальные проблемы с точки зрения плохой тепловой комфорт и возможно микробный загрязнение. В зависимости от окружающей среды и задействованной параллельной системы, при установке DOAS система наружного воздуха будет обрабатывать часть ощутимой нагрузки в дополнение к скрытой нагрузке, а параллельная система будет обрабатывать оставшуюся ощутимую нагрузку. Основная задача системы DOAS - обеспечить выделенную вентиляцию, а не вентиляцию как случайную часть процесса кондиционирования внутреннего воздуха. DOAS - это термин, обозначающий систему, которая широко использовалась в Европе и в различных формах в США.

Системный Обзор

В 1999 году Уильям Коуд предложил обрабатывать ОА (наружный воздух) и возвратный воздух отдельно в здании. HVAC системы.^[1] Гатли также описывает применение DOAS для подачи осушенного воздуха в здания с целью улучшения качества воздуха в помещении и теплового комфорта.^[2][3][4] В последнее время были предприняты усилия по изучению основ DOAS с упором на потенциальные преимущества по сравнению с обычными системами HVAC. S.A. Mumma предполагает, что существует четыре основных проблемы с обычным воздушным смешиванием с воздушным потоком. HVAC системы.^[5] Эти проблемы систем VAV подчеркивают соответствующие преимущества систем DOAS. Однако некоторые недостатки DOAS включают: потенциально более высокие первоначальные затраты, отсутствие использования в США и потенциально более высокую сложность.

• Вентиляционный воздух во всем воздухе VAV Системы HVAC: проектировщики и инженеры-строители не могут точно знать, как вентилируемый воздух смешивается с возвратным воздухом в типичном VAV система распределена по всему зданию. Такие проблемы, как утечка воздуха, контрольные точки, настройки минимального объема воздуха и короткое замыкание (например, смешивание отработанного воздуха с поступающим свежим воздухом), могут повлиять на количество вентиляционного воздуха, который достигает помещения.^[5][6] Система DOAS решает эту проблему, обеспечивая 100% подачу наружного воздуха.
• Необходимость в избыточном потоке наружного воздуха и кондиционировании в системах VAV: когда уравнение нескольких пространств ASHRAE При использовании стандарта 62.1-2004 обычно требуется на 20-70% больше наружного воздуха для обеспечения надлежащего распределения воздуха в помещении во всех воздушных системах, чем требуется для специальных систем наружного воздуха. Охлаждение и осушение больших объемов наружного воздуха летом и увлажнение и нагрев воздуха зимой - это энергоемкие задачи.^[5] Система DOAS имеет размер, соответствующий требованиям, и не требует увеличения размера.
• Минимальные значения для VAV-боксов должны быть установлены высокими для учета требований к вентиляции: возможно, вопреки существующей практике минимальные VAV-боксы должны отражать как требования к вентиляции помещения, так и долю вентиляционного воздуха в приточном воздухе. Например, место, требующее 5663 стандартный литр в минуту (SLPM) (200 стандартные кубические футы в минуту (SCFM)) вентиляционного воздуха и подается с приточным воздухом, который составляет 40% вентиляционного воздуха, потребует минимальной настройки коробки 14158 SLPM (500 SCFM) (т.е. 200 / 0,4), а не 5663 SLPM (200 SCFM) . Когда минимальные значения ящиков правильно установлены для удовлетворения требований к вентиляции, потенциальная возможность значительного повторного нагрева терминала становится проблемой. Следовательно, при правильной эксплуатации всех воздушных систем VAV всегда будет использоваться больший подогрев терминала, чем для специальных систем наружного воздуха, подающих воздух той же температуры.^[5]
• Отсутствие разделения скрытых и ощутимых нагрузок на пространство: Неспособность разделить ощутимые и скрытые нагрузки на пространство приводит к высокой относительной влажности помещения при низких ощутимых нагрузках в жилых помещениях. Правильно спроектированные специализированные системы наружного воздуха могут выдерживать 100% скрытых нагрузок в помещении и часть ощутимых нагрузок в помещении, тем самым разделяя ощутимые и скрытые нагрузки в помещении. Затем используется параллельная система чисто физического охлаждения для компенсации ощутимых нагрузок, не воспринимаемых специальными системами наружного воздуха. Таким образом, существует сильный стимул контролировать скрытые нагрузки в пространстве независимо от ощутимых нагрузок, чтобы избежать воздействия влаги. Качество воздуха в помещении проблемы.^[5]

Параллельные терминальные системы

Для типичной системы вентиляции DOAS система наружного воздуха может принимать около 0-30% ощутимой нагрузки помещения. Чтобы создать комфортную внутреннюю среду, баланс ощутимых нагрузок в пространстве должен быть уравновешен множеством других вариантов дополнительного оборудования, а именно:

• Лучистые потолочные панели
• Параллельно весь воздух переменного объема воздуха (VAV ) системы
• Комплектный унитарный источник воды тепловые насосы
• Системы с регулируемым потоком хладагента (VRF)
• Фанкойлы

Сияющая система

По сравнению с другими разумными системами охлаждения, излучающие потолочные охлаждающие панели являются лучшим выбором для параллельной системы для использования с DOAS. Поскольку DOAS учитывает только вентиляцию помещения и скрытые нагрузки, он дает возможность уменьшить требуемую высоту от пола до пола за счет уменьшения размера системы воздуховодов и требуемой мощности вентилятора.^[7] Система охлаждения лучистого потолка в сочетании с DOAS дает множество преимуществ. В разделе общей оценки в Справочнике ASHRAE 2008 дается следующее краткое описание:^[8]

Основные преимущества:

• Поскольку лучистые нагрузки обрабатываются напрямую, а движение воздуха в помещении находится на нормальном уровне вентиляции, уровни комфорта могут быть лучше, чем у других систем кондиционирования воздуха.
• Соответствовать требованиям по количеству приточных материалов для вентиляции и осушения
• Из-за меньшего количества наружного воздуха система DOAS может быть установлена ​​с системой воздуховодов меньшего размера.
• Излучающие потолочные охлаждающие панели могут устранить использование охлаждающих змеевиков на влажных поверхностях и снизить вероятность заражения.
• Трубопроводы автоматической спринклерной системы могут применяться в системах охлаждения излучающих потолков.

Главный недостаток связан с более высокими начальными затратами.

Помимо преимуществ, представленных выше, параллельные панели излучающего охлаждения предлагают и другие преимущества, такие как компактный дизайн, экономия площади вертикального вала и быстрое размещение динамических элементов управления. Экономия энергии в системе охлаждения DOAS / лучистого потолка может быть связана с: снижением нагрузки охлаждающего змеевика, уменьшением энергии чиллера, потреблением энергии насосом и снижением потребления энергии вентиляторами. В целом, благодаря полной рекуперации энергии и небольшому количеству приточного воздуха DOAS, потребление энергии чиллером может быть значительно снижено по сравнению с традиционной системой VAV. В исследовании пилотной системы охлаждения DOAS / излучающих потолочных панелей почасовое моделирование энергопотребления предсказывает, что годовое потребление электроэнергии пилотной системой охлаждения DOAS / излучающими панелями будет на 42% меньше, чем у традиционной системы VAV с контролем экономайзера.^[9]

Помимо решения проблем с обычными системами VAV, перечисленными выше, DOAS предлагает следующие преимущества:

• Снижение более чем на 50% эксплуатационных расходов механической системы по сравнению с обычными системами VAV
• Равная или более низкая первоначальная стоимость с простым управлением
• Предлагая до 80% баллов, необходимых для базового Лидерство в области энергетики и экологического дизайна (LEED) сертификация

Система воздушного базирования

Существует два основных способа создания DOAS при использовании воздушной системы в качестве параллельной системы:^[10]

Раздельные системы с разными воздуховодами

В этой установке есть система наружного воздуха, которая сбрасывает предварительно подготовленный воздух (с учетом скрытой нагрузки и частичной ощутимой нагрузки) непосредственно в пространство в собственном воздуховоде / диффузоре. Существует отдельная система (например, фанкойл), которая забирает воздух из помещения и настраивает его, чтобы выдержать ощутимую нагрузку на оставшееся пространство.

Преимущества:

• Легче измерить расход наружного воздуха в помещение
• Легче измерять потоки воздуха и балансировать систему
• Избегает создания вентиляционных нагрузок на космическое оборудование HVAC (Фанкойл )

Недостатки:

• Отдельные воздуховоды для параллельных путей могут увеличить первоначальные затраты
• Отдельные диффузоры для наружного и рециркуляционного воздуха могут не обеспечивать надлежащего перемешивания.
• Отдельные параллельные пути для воздушного потока увеличивают общий воздушный поток в пространство, что может увеличить общее потребление энергии вентилятором

Комбинированная система

Кондиционированный наружный воздух направляется к оконечному устройству в помещении. В этой установке предварительно подготовленный наружный воздух направляется напрямую в фанкойлы, смешиваясь с возвратным воздухом из помещения. Эта система похожа на охлаждающая балка настраивать.

Преимущества:

• Комбинированная система воздуховодов снижает начальные затраты
• Комбинированный воздушный поток снижает объем воздуха и, как следствие, потребление энергии вентилятором
• Тщательное смешивание наружного и возвратного воздуха из космоса

Недостатки:

• Местный терминал должен работать всякий раз, когда требуется вентиляция, независимо от того, была ли достигнута ощутимая нагрузка.
• Сбалансировать воздушный поток может быть сложнее

Оборудование

С ростом применения DOAS во многих странах также растет спрос на оборудование DOAS, такое как колесо полной энергии, которое использует полную рекуперацию энергии, пассивный осушитель колесо и другое соответствующее оборудование.^{[требуется дальнейшее объяснение ]} Эффективность колеса полной энергии является важным фактором повышения эффективности DOAS.^{[требуется дальнейшее объяснение ]}

Дизайн

Требования к конструкции DOAS включают:

• Отделение системы OA от системы терморегулирования для обеспечения надлежащей вентиляции во всех жилых помещениях
• Кондиционирование OA для обработки всей скрытой нагрузки в пространстве и как можно большей части ощутимой нагрузки в пространстве
• Максимальное рентабельное использование оборудования для рекуперации энергии
• Интеграция пожаротушение и системы транспортировки энергии
• Использование потолочных излучающих чувствительных панелей охлаждения для контроля температуры в помещении^[11]

Мумма предложила следующие шаги для проектирования ДОАС:

• Расчет явной и скрытой охлаждающей нагрузки на пространство в летний расчетный день на основе расчетных условий для пространства
• Определение минимального расхода воздуха, необходимого для каждого помещения, на основе рекомендаций ASHRAE Standard 62.1 по вентиляции.^[12]
• Определение соотношения влажности приточного воздуха для каждого помещения
• Обычно конструкция приточного воздуха температура по сухому термометру будет равно необходимому приточному воздуху точка росы температура)
• Использование рекуперации энергии для отвода тепла отработанного воздуха обратно в блок DOAS (в отопительный сезон)

Для DOAS с воздушной системой в качестве параллельной системы охлаждения были предложены следующие этапы: 1) расчет явной охлаждающей нагрузки, которую выдерживает приточный воздух DOAS для каждого помещения; 2) расчет явной охлаждающей нагрузки, остающейся в параллельной системе для каждого помещения; 3) определение приточного воздуха температура по сухому термометру для параллельных систем (выше температуры точки росы помещения, чтобы избежать конденсации); 4) определение расхода приточного воздуха для каждого параллельного охлаждающего устройства.

Энергия и стоимость

Было проведено множество исследований, чтобы продемонстрировать энергетические и экономические характеристики DOAS с точки зрения моделирования. Хаттар и Брандемуэл смоделировали параллельную систему и обычную единую систему для большого розничного магазина в Далласе, Сент-Луисе, Вашингтоне и Новом Орлеане.^[13] Исследование продемонстрировало ежегодную экономию энергии на 14–27% и на 15–23% меньшую мощность оборудования для параллельной системы охлаждения. Jeong et al. сравнил энергоэффективность и экономичность DOAS с параллельными потолочными излучающими панелями с традиционной системой VAV с экономайзером на стороне воздуха почти на 3000 квадратный фут (280 м² ) офисное помещение в учебном здании в Пенсильвании.^[9] В этом исследовании сообщалось о 42% -ном сокращении годового энергопотребления для системы DOAS при значительной экономии энергии, используемой вентиляторами и охладителями. Эммерих и Макдауэлл оценили потенциальную экономию энергии с помощью DOAS в коммерческих зданиях США.^[14] Модель здания была разработана в соответствии с типовой новой конструкцией и соответствует стандарту ASHRAE Standard 90.1 (ASHRAE 90.1 ) требования.^[15] Результаты моделирования показали, что полное DOAS привело к ежегодной экономии затрат на электроэнергию HVAC в диапазоне от 21% до 38%.^[14]

Рекомендации

1. Коад, В. (сентябрь 1999 г.). «Кондиционирование воздуха вентиляции для повышения производительности и качества воздуха». HPAC Engineering: 49–56.
2. Гатли, Д. (Сентябрь 2000 г.). «Улучшения увлажнения для AHU со 100-процентным выходом наружного воздуха. Часть 1 из 3». HPAC Engineering: 27–32.
3. Гатли, Д. (Октябрь 2000 г.). «Улучшения увлажнения для AHU со 100-процентным выходом наружного воздуха. Часть 2 из 3». HPAC Engineering: 51–59.
4. Гатли, Д. (Ноябрь 2000 г.). «Улучшения увлажнения для AHU со 100-процентным выходом наружного воздуха. Часть 3 из 3». HPAC Engineering: 31–35.
5. http://doas.psu.edu/doas.html Дата обращения 15.11.2010.
6. Мумма, S; Ю.П. Кэ (1998). «Полевые испытания передовых стратегий управления вентиляцией для систем переменного расхода воздуха». Международный журнал окружающей среды. 24 (4): 439–450.
7. Conroy, C.L .; С. Мумма (2001). «Потолочные излучающие охлаждающие панели как жизнеспособная технология распределенного параллельного разумного охлаждения, интегрированная со специальными системами наружного воздуха». Транзакции ASHRAE. 107: 5778–585.
8. 2008 Справочник ASHRAE - Системы и оборудование HVAC, ASHRAE, Inc, 2008.
9. Jeong, J.W .; С. Мумма; В. Банфлет (2003). «Преимущества энергосбережения специальной системы наружного воздуха с параллельным ощутимым охлаждением с помощью потолочных излучающих панелей». Транзакции ASHRAE. 109: 627–636.
10. Моррис, В. (май 2003 г.). «Азбука ДОАС». Журнал ASHRAE: 24–29.
11. Мумма, С.А. (май 2001 г.). «Проектирование специализированных систем наружного воздуха». Журнал ASHRAE: 28–31.
12. Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха, Inc. (2007). Стандарт ASHRAE 62.1. Атланта, Джорджия
13. Хаттар, М.К .; М.Дж. Брандемюль (май 2002 г.). «Разделение V в HVAC: подход с двумя путями». Журнал ASHRAE: 31–42.
14. С.Дж. Эммерих; Т. Макдауэлл (июль 2005 г.). Первоначальная оценка вытесняющей вентиляции и специализированных систем наружного воздуха в коммерческих зданиях (отчет). Агентство США по охране окружающей среды, Вашингтон, округ Колумбия.
15. Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха, Inc. (2007). Стандарт Ashrae 90.1. Атланта, Джорджия

внешняя ссылка

• Стэнли А. Мамма, Государственный университет Пенсильвании, Пенсильвания