Что является наиболее эффективным средством утепления здания с высоким потолком?

Рассмотрим большую аудиторию, церковь или другое очень большое, по сути одно комнатное здание с высоким потолком. Предположим, что в здании есть много входов, которые позволяют входить / выходить холодному воздуху, а движение внутри и снаружи здания неизбежно велико.

Я полагаю, что любые попытки контролировать температуру такого большого здания были бы очень неэффективными с точки зрения энергии и затрат, особенно потому, что поднимается теплый воздух.

Предполагая, что на улице очень холодно, и мы в первую очередь заинтересованы в том, чтобы здание было теплым на уровне земли, чтобы людям было удобно работать и взаимодействовать, что является лучшим способом сохранить такое большое, по сути одно комнатное здание с высокий потолок теплый, когда наружное холодное воздействие воздуха является частым и неизбежным?

Когда я говорю «лучше всего», я заинтересован в том, чтобы сбалансировать затраты на энергию, обслуживание и денежные средства в течение всего срока службы здания.

Ваш вопрос состоит из двух частей: как подавать тепло и как его поддерживать.

Большие открытые помещения с высокими потолками наиболее эффективно отапливаются лучистым потолочным теплом. Поднимается теплый воздух, что делает системы принудительной подачи воздуха неэффективными, потому что нагнетаемое тепло заканчивается на потолке, а самая холодная часть комнаты находится рядом с полом, где вы на самом деле хотите тепла. Системы излучающего пола ограничены до 87F, потому что они находятся в контакте с пассажирами, и поэтому их пиковой мощности может быть недостаточно для поддержания комфортного пространства. Они также теряют больше тепла при конвекции, чем потолки. (См. Эту ссылку .)

Что касается сохранения тепла, помимо твердой изоляции / барьеров: воздушные двери (или воздушные завесы) являются стандартным решением для проходов с высокой интенсивностью движения.

Другим вариантом вышеизложенного решения является использование систем напольного распределения воздуха (UFAD) с использованием вытяжной вентиляции. Для этих систем требуется пленум с фальшполом, который хорошо работает в зрительных залах театрального стиля, где у вас все равно это часто бывает. Пленум по сути становится вашим воздуховодом.

Размеры систем соответствуют условиям только занятой зоны, скажем, первые 2 м над выходом. Таким образом, независимо от того, насколько высок ваш потолок, вы в конечном итоге обогреете только 2-метровый объем.

В отличие от радиационных систем, которые нагревают людей напрямую и не меняют температуру воздуха, компонент наружного воздуха обрабатывается. Является ли это преимуществом или нет, зависит от требуемых объемов наружного воздуха, где эти объемы вводятся по отношению к пассажирам (т.е. вы дуете кому-то холодным воздухом?), А также от ожидаемого уровня комфорта.

Возможности энергосбережения в системах UFAD

• Более низкие температуры подачи при нагревании, более высокие температуры подачи при охлаждении
• Объем кондиционирования ограничен занятой зоной независимо от высоты потолка.
• Скорость поставок ниже, однако объемы поставок увеличиваются; здесь может быть какая-то ценность в оптимизации и размышлениях о периметрах и внутреннем зонировании
• Меньшее падение давления в подаче
• Добавьте теплообменник для сбора тепла от возвратного воздуха.

Несколько других вещей, чтобы отметить:

• Более низкая скорость и большие объемы, взятые вместе, означают, что количество выходов может увеличиться и что эти системы не могут выдерживать те же пиковые нагрузки, что и обычные системы; это будет важно для периметральных зон. Строительная ткань должна быть оптимизирована для ограничения пиковых нагрузок (потери / выгоды от остекления)
• Более низкие скорости также означают меньше проблем с тягой (по крайней мере, в теории)
• Если акустическое зонирование не соответствует механическому зонированию, все будет немного сложнее; Акустическое разделение может потребовать снятия стенок до камеры
• Если у вас есть система плиточного пола, выпускные диффузоры можно поменять местами, что имеет множество преимуществ: с одной стороны, это обеспечивает очень гибкую планировку помещения, которую можно изменить в любое время; Кроме того, системы обеспечивают некоторую гибкость для пассажиров, чтобы они чувствовали себя комфортно, перемещая плитки диффузора.
• В Википедии есть статья, в которой представлен общий обзор систем UFAD, а также статья о приточной вентиляции.

То, что является «наиболее эффективным», зависит от многих других вещей, кроме космических высот. UFAD могут быть хорошим решением в определенных ситуациях, но то же самое верно, например, для излучающих систем. То, что вы определенно хотели бы избежать, это закончить кондиционированием воздуха объемом 4 м.

Несколько изображений UFAD со страницы вики, чтобы сохранить вас одним кликом:

Вот несколько способов предотвратить выход теплого воздуха:

• Вращающиеся двери предотвращают постоянный поток обмена воздуха между внутренней и внешней частью.
• Зоны воздушного шлюза - двойные раздвижные двери также могут препятствовать постоянному воздухообмену.
• Положительное давление на входе, обычно подаваемое тепловентилятором над внутренней входной дверью, гарантирует, что основная масса воздуха остается внутри, а воздух от тепловентилятора выходит наружу.

Чтобы держать нижние участки теплыми, теплый воздух в верхней части здания можно продувать до очень низких скоростей вентиляционными отверстиями. Либо напрямую, либо через теплообменник, так что тепло из застоявшегося воздуха передается наружу свежему потоку воздуха. Это также относительно эффективный способ подогрева воздуха. Тепловой насос также можно использовать для обогрева пола с помощью труб для подогрева пола. Это помогает предотвратить потерю тепла от теплого воздуха на пол и мягко сохраняет физическую массу в нижней части тела теплой.