Основы отопления и охлаждения зданий

Независимо от того, в каком климате вы живете, контроль температуры воздуха внутри здания жизненно важен для поддержания комфорта всех, кто живет или работает внутри.

• Проводка
• Конвекция
• Радиация
• Охлаждение

Независимо от того, пытаемся ли мы обогреть здание или охладить здание, тепловая энергия должна перемещаться из одного места в другое. Тепловая энергия всегда будет следовать правилам термодинамики: она будет перемещаться в более прохладное место, чем то место, где она находится в данный момент. Когда горячий воздух входит в комнату, предметы внутри комнаты (мебель, стены, ковер и т. д.) будут нагреваться по мере того, как температура горячего воздуха понижается, до тех пор, пока температура всех предметов внутри комнаты не станет одинаковой. Когда тепло вытягивается из помещения (охлаждение), в какой-то момент тепловая энергия возвращается в более прохладное пространство, и ее нужно будет снова отводить.

Существует три способа передачи тепла из одного места в другое: теплопроводность, конвекция и излучение.

Теплопроводность

Теплопроводность – это передача тепла через предметы, находящиеся в непосредственном контакте друг с другом. При наличии двух объектов частицы более горячего объекта движутся быстрее, чем частицы более холодного объекта. Когда нагретый объект соприкасается с более холодным объектом, молекулы более холодного объекта начинают вибрировать быстрее, а это означает, что он получает тепловую энергию и становится теплее. Если вы возьмете рукой металлический стержень комнатной температуры, он покажется вам холодным из-за того, что тепловая энергия передается от вашей руки к стержню. Вибрация молекул в вашей руке вызывает увеличение скорости вибрации молекул внутри металла, что вызывает повышение температуры металла и понижение температуры вашей руки. По этой причине мы бы сказали, что металл является хорошим проводником.

Строительная изоляция, с другой стороны, не является хорошим проводником. Если бы вы взяли изоляцию рукой, она, скорее всего, была бы теплой или нейтральной из-за того, что вибрация молекул в вашей руке не может вызвать заметного увеличения вибрации молекул в изоляции. Нагрев или охлаждение за счет теплопроводности обычно происходит в оболочке здания (внешних стенах, окнах и дверях), где теплый или холодный воздух снаружи заставляет молекулы оболочки увеличивать или уменьшать вибрацию, что, в свою очередь, вызывает потерю или усиление тепла внутри здания. здание.

Примером теплопроводности, влияющей на температуру здания, является передача тепловой энергии через компоненты окна. Наружный воздух вступает в контакт с внешней поверхностью импоста, который передает энергию через металлы и стекло, которое передает энергию материалам внутренней отделки, соприкасающимся со импостом. По этой причине производители окон используют материал с терморазрывом. Термический разрыв является плохим проводником, поэтому тепловая энергия не проходит через него так легко. Тот же принцип применим ко всем строительным конструкциям: тепловое разделение имеет решающее значение для предотвращения потерь тепловой энергии на холодный наружный воздух.

Термический разрыв в импосте

Конвекция

Конвекция — это движение более теплых участков жидкости (жидкости или газа) к более холодным участкам жидкости. Движение может происходить естественным образом или может быть вызвано механическими средствами. Естественная конвекция происходит в жидкостях из-за того, что горячие жидкости будут подниматься через холодные жидкости, так как они имеют меньшую плотность. Затем холодные жидкости опускаются через горячие жидкости. Этот физический принцип очень эффективно используется в воздушных шарах, которые остаются в воздухе за счет поддержания температуры воздуха выше температуры окружающей атмосферы.

В зданиях конвекционное отопление осуществляется несколькими способами. Водяные и паровые радиаторы, а также плинтусные обогреватели используют конвекцию для передачи тепла по помещениям здания. Комнатный воздух контактирует с элементами обогревателя и получает тепловую энергию. Затем горячий воздух поднимается в пространстве и создает схему циркуляции в помещении. Механические средства также могут использоваться для обеспечения конвекции, например, использование принудительного воздушного отопления в домах и зданиях. В этом случае тепло вырабатывается с помощью печи, в которой используется вентилятор, который нагнетает нагретый воздух по всему зданию и в отдельные помещения по воздуховодам. Вентиляционные отверстия внутри комнат обычно располагаются на уровне пола, что позволяет горячему воздуху подниматься к потолку и вытеснять более холодный воздух.

Конвекция: плинтус для горячей воды

Излучение

Тепловое (тепловое) излучение создается молекулярным движением внутри любого физического объекта. Как отмечалось выше в разделе «Проводимость», скорость молекул в объекте увеличивается по мере того, как объект выделяет больше тепла. Чем выше температура, тем больше инфракрасного излучения. Инфракрасное излучение распространяется со скоростью света, невидимо для человеческого глаза и перемещается по прямой из одной точки в другую. Тепловая энергия, исходящая от солнца, является примером лучистого тепла. Находясь за миллионы миль, мы можем чувствовать тепло солнца здесь, на Земле, хотя прямого контакта нет. Другим примером лучистого тепла является излучение теплого древесного угля, который может выделять значительное количество тепла, даже если он не излучает свет.

Тепловые лампы в жилых ванных комнатах являются примером технологии лучистого тепла, используемой внутри зданий. Тепловая энергия передается людям и поверхностям в помещении, которые находятся в пределах прямой видимости светильника. Нагревательная лампа не нагревает воздух; скорее, УФ-излучение направляется на объект и нагревает поверхность.

Излучение: Нагревательная лампа для ванной

Охлаждение

Охлаждение здания связано с той же физикой, что и отопление. Единственная разница в том, что вместо того, чтобы вводить тепло в пространство здания, мы отводим тепло из помещения. Это требует использования немного другого оборудования, но принципы те же. Кондиционирование воздуха является типичным средством отвода тепла из внутренних помещений и осуществляется с использованием принципов теплопроводности и использования жидкостного компрессора. При сжатии жидкость выделяет тепло, а при низком давлении поглощает тепло. Хладагент под низким давлением может циркулировать в змеевиках, расположенных на внутренней стороне здания. Затем вентилятор используется для пропускания строительного воздуха через змеевики. Благодаря конвекции теплый внутренний воздух передает тепловую энергию металлу, образующему змеевик, а металл в змеевике передает свою тепловую энергию жидкости. Затем эта жидкость проходит через компрессор и поступает в змеевики снаружи здания, где отдает тепло наружному воздуху. Цикл продолжается до тех пор, пока в помещении не будет достигнута желаемая температура, а строительный термостат подаст сигнал на отключение кондиционера.

Для получения дополнительной информации об охлаждении зданий ознакомьтесь с нашей статьей, описывающей, как работают кондиционеры.

Простая схема того, как работает охлаждение (кондиционеры воздуха) в зданиях

Системы охлаждения создают дополнительную сложность из-за физического процесса конденсации. Когда теплый воздух соприкасается с поверхностью с более низкой температурой, молекулы воздуха сближаются по мере его охлаждения. Если температура упадет до точки, где молекулы водяного пара в воздухе притягиваются друг к другу и соединяются, образуется жидкая вода. Точка, в которой это происходит, называется точкой росы. Конденсация – одна из причин, по которой холодная вода редко пропускается через систему отопления плинтуса для охлаждения воздуха; вы быстро закончите с лужами воды под катушками.

Для лучистого охлаждения требуются системы контроля влажности, поскольку на охлаждающих поверхностях может образовываться конденсат из-за разницы температур между прохладной панелью и более теплым воздухом. Датчики влажности воздуха и датчики температуры используются для обеспечения того, чтобы температура воздуха в помещении не падала ниже точки росы. Системы осушения необходимы для успеха лучистого охлаждения.

Статья обновлена: 29 мая 2021 г.

Помогите сделать Archtoolbox лучше для всех. Если вы обнаружили ошибку или устаревшую информацию в этой статье (даже если это всего лишь незначительная опечатка), сообщите нам об этом.

Полезные инструменты для архитекторов и проектировщиков зданий

Системы отопления зданий – Проектирование зданий

Мы используем файлы cookie, чтобы обеспечить вам максимальное удобство на нашем веб-сайте. Вы можете узнать о наших файлах cookie и о том, как отключить файлы cookie, в нашей Политике конфиденциальности. Если вы продолжите использовать этот веб-сайт без отключения файлов cookie, мы будем считать, что вы довольны их получением. Закрывать.

Редактировать эту статью

Последнее редактирование 27 дек 2021

См. вся история

1 Введение 2 Источники тепла 3 Теплогенераторы 4 Распределение тепла 5 Теплоснабжение 6 Теплообмен 7 Элементы управления 8 Оптимальные температуры 9 Правила 10 Статьи по теме Проектирование зданий

Отопление в зданиях может быть необходимо для:

• Создание комфортных условий для жильцов.
• Для предотвращения образования конденсата.
• Для таких действий, как сушка и приготовление пищи.
• Для промышленных процессов.

В коммерческих зданиях отопление для обеспечения комфорта может предоставляться наряду с другими строительными услугами в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC).

Примеры топлива и источников тепла включают:

• Твердое топливо – древесина, уголь, торф, биомасса.
• Жидкость – нефть, сжиженный нефтяной газ (СНГ).
• Газ – природный газ, биогаз.
• Электричество – сеть, ветряные турбины, гидроэлектроэнергия, фотогальваника.
• Вода – солнечная тепловая, геотермальная, подземная, водная.
• Источник воздуха.
• Рекуперация тепла.
• Пассив – солнечное усиление, тепловая масса.
• Внутренние тепловые нагрузки – тепловыделение от людей и оборудования.

Источники тепла и топлива могут использоваться для получения тепла путем:

• Котлы.
• Горелки на твердом топливе.
• Теплоэлектроцентраль (ТЭЦ).
• Электронагреватели.
• Обогреватели газовые.
• Тепловые насосы.

Теплогенераторы могут быть локальными для потребности в тепле или могут быть централизованными и распределенными либо в пределах одного здания, либо на более широкой основе как часть сети централизованного теплоснабжения. Распределение тепла может осуществляться:

• Воздух, продуваемый воздуховодами, нагнетательными камерами или жилыми помещениями.
• Вода, прокачиваемая по трубопроводу.
• Пар распространяется по трубопроводу.
• Пассивное движение воздуха.
• Пассивная диффузия тепла через термальную массу.

Для получения дополнительной информации см. Типы систем отопления.

Распределенное тепло может быть доставлено в помещение посредством:

• Фанкойлы.
• Приточно-вытяжные установки.
• Излучающие панели.
• Закладные трубы в термомассу.

К механизмам теплопередачи относятся:

• Радиация.
• Конвекция.
• Проводка.
• Изменение фазы.

Количество тепла, подаваемого в помещение, можно контролировать:

• Локально с помощью ручных или автоматических термостатов, переключателей или заслонок.
• Централизованно с помощью ручных или автоматических термостатов, переключателей или заслонок.
• Системы управления зданием.

Системы управления отоплением часто требуют повторной оценки после завершения строительства и заселения зданий. Системы могут потребовать тонкой настройки, поскольку внутренние тепловые нагрузки и поведение людей не всегда соответствуют проектным ожиданиям. Обучение жильцов может быть полезным для оптимизации работы систем отопления, и жильцы могут оценить степень локального контроля.

Тепловая среда человека неоднозначна и не может быть выражена в градусах. Его также нельзя удовлетворительно определить с помощью допустимых температурных диапазонов. Это личный опыт, зависящий от множества критериев, и он может быть разным у разных людей в одном и том же пространстве.

Факторы окружающей среды:

• Температура воздуха.
• Скорость воздуха.
• Температура излучения.
• Относительная влажность.

Личные факторы:

• Одежда.
• Метаболическое тепло.
• Благополучие.

Для получения дополнительной информации см. Температурный комфорт.

Законодательство не требует достижения минимальной или максимальной температуры внутри здания. Строительные нормы Часть J, Часть L и Часть F устанавливают требования к безопасности, предоставлению информации, потреблению энергии, стандартам строительства, выбросам углерода и требованиям к вентиляции, но не предписывают температуры.

Руководство по охране труда и технике безопасности предполагает, что можно сказать, что окружающая среда обеспечивает «разумный комфорт», когда по крайней мере 80% ее обитателей термически комфортны.

Это означает, что тепловой комфорт можно оценить путем опроса пассажиров, чтобы выяснить, недовольны ли они своим тепловым окружением.

Положения о рабочем месте (охрана здоровья, безопасность и благополучие) просто гласят, что «в рабочее время температура на всех рабочих местах внутри зданий должна быть разумной», однако соответствующий утвержденный кодекс практики Охрана здоровья, безопасность и благополучие на рабочем месте. Правила на рабочем месте (здоровье, безопасность и благополучие) 1992. Утвержденный Кодекс практики предлагает:

‘Температура в рабочих помещениях, как правило, должна быть не менее 16 градусов Цельсия, за исключением тех случаев, когда большая часть работы связана с большими физическими усилиями, и в этом случае температура должна быть не менее 13 градусов Цельсия. Однако эти температуры могут не обеспечивать разумный комфорт, в зависимости от других факторов, таких как движение воздуха и относительная влажность».

Законодательных ограничений максимальной температуры нет, однако существует строгое регулирование теплового стресса. Предыдущие рекомендации HSE предполагали, что температурный комфорт может достигаться при температуре от 13 до 30°C в зависимости от активности пассажиров.

Операторы общих систем отопления подпадают под действие Правил тепловых сетей (учет и выставление счетов) 2014 года. Правила применяются к системам, в которых вода нагревается или охлаждается в центральном источнике производства перед подачей по трубопроводу в несколько зданий (районные сети) или нескольких клиентов в одном здании (коммунальные сети).

Поставщики тепла должны зарегистрировать свои тепловые сети в Управлении по безопасности и стандартам продукции, а в случае сетей без счетчиков от них может потребоваться установка счетчиков, измеряющих фактическое потребление тепла потребителями. В случае установки таких счетчиков поставщики тепла обязаны использовать их для выставления счетов потребителям в соответствии с их фактическим потреблением.

• Приточно-вытяжная установка.
• Предупреждения желтого цвета вызывают опасения по поводу перегрева здания.
• Котельные рынки и зеленое восстановление.
• Строительные услуги.
• Инженер по обслуживанию зданий.
• Строительные нормы.
• Испытание на совместное нагревание.
• Холодовой стресс.
• Установка для сжигания.
• Охлаждение.
• Коррозия в системах отопления и охлаждения.
• Рынок бытовых котлов 2019.
• ЭКА поддерживает планы правительства по низкоуглеродному теплу.
• Европейские технологии обезуглероживания и отопления после 2021 года.
• Фанкойлы.
• Фанкойл.
• Теплосчетчик.
• Учет тепла.
• Тепловой насос.
• Рекуперация тепла.
• Тепловой стресс.
• Теплопередача.
• Регуляторы обогрева.
• Отопление больших помещений.
• Горячая вода.
• ОВКВ.
• Рынок промышленных газовых котлов 2020.
• Низкоуглеродное отопление и охлаждение.
• Механический, электрический и водопроводный МООС.