Многофункциональные энергосберегающие панели

Обзор существующих систем конвективного отопления РадиаторЭлектроконвекторТепловентилятор Источник энергии - горячая вода, антифриз. Механизм теплообмена – свободная конвекция – прямой нагрев воздуха. Большая инерционность. Удельные затраты тепла 100Вт/м². Большие потери тепла из-за высокой температуры теплоносителя. Удельная стоимость от 200 р/м². Уровень шума от 25дБ. Средние эксплуатационные расходы. Источник энергии – электричество. Механизм теплообмена – свободная конвекция – прямой нагрев воздуха. Средняя инерционность. Удельные затраты тепла 90Вт/м². Удельная стоимость от 50 р/м². Уровень шума от 20дБ. Большие эксплуатационные расходы. Источник энергии – газ и/или электричество. Механизм теплообмена – вынужденная конвекция – прямой нагрев воздуха. Малая инерционность. Удельные затраты тепла 95Вт/м². Удельная стоимость от 20 р/м². Уровень шума 40-55дБ. Большие эксплуатационные расходы.

Обзор существующих систем конвективного кондиционирования СплитФанкойлЦентральный кондиционер Источник энергии - электричество. Механизм теплообмена – вынужденная конвекция – прямое охлаждение воздуха, с конденсацией водяных паров. Удельные затраты энергии 100Вт/м². Существенные потери из-за низкой эффективности маломощных холодильных машин. Удельная стоимость 500 р/м². Уровень шума35дБ. Источник энергии – холодная вода. Механизм теплообмена – вынужденная конвекция – прямое охлаждение воздуха, с конденсацией водяных паров. Удельные затраты тепла 95Вт/м². Удельная стоимость от 480 р/м². Уровень шума 35дБ. Дополнительно необходима машина охлаждения воды – чиллер, от 320 р/м². Источник энергии – холодная вода. Механизм теплообмена – вынужденная конвекция – прямое охлаждение воздуха, с конденсацией водяных паров. Удельные затраты тепла 90Вт/м². Удельная стоимость от 400 р/м². Уровень шума 30дБ. Дополнительно необходима машина охлаждения воды – чиллер, от 305р/м².

Обзор существующих систем лучистого (инфракрасного) отопления ВысокотемпературныеНизкотемпературныеГазовые Источник энергии - электричество. Механизм теплообмена – лучистый 60%,сводная конвекция 40%. Удельные затраты энергии 80Вт/м². Большая разница температур по высоте помещения. Удельная стоимость от 190 р/м². Средние эксплуатационные затраты. Источник энергии – электричество. Механизм теплообмена – лучистый 70%, сводная конвекция 30%. Удельные затраты энергии 71Вт/м². Удельная стоимость от 610 р/м². Высокая стоимость монтажных работ от 640 р/м² Источник энергии – газообразное топливо. Механизм теплообмена – лучистый 60%,сводная конвекция 40%. Удельные затраты энергии 83Вт/м² Удельная стоимость от 210 р/м². Низкие эксплуатационные затраты.

Обзор существующих систем потолочного лучистого кондиционирования КассетныеКапиллярные Источник энергии – холодная вода. Механизм теплообмена – лучистый 30%, сводная конвекция 70%. Удельные затраты энергии 80Вт/м². Удельная стоимость от р/м². Средние эксплуатационные затраты. Дополнительно необходим – чиллер, 270 р/м². Высокая охлаждающая мощность до 140Вт с каждого квадратного метра рабочей поверхности. Конструкция – металлический теплообменник с дополнительным оребрением. Монтаж – открытый, подвес на траверсах. Возможна работа на обогрев помещения с удельными затратами энергии 75Вт/м² Источник энергии – холодная вода. Механизм теплообмена – лучистый 80%,сводная конвекция 20%. Удельные затраты энергии 60Вт/м². Удельная стоимость от 2800 р/м². Высокая стоимость монтажных работ от 460 р/м². Низкие эксплуатационные расходы. Дополнительно необходим – чиллер, 205 р/м². Охлаждающая мощность до 80Вт/м². Конструкция – пластиковые трубки припаянные к сетке. Монтаж – после закрепления - заштукатуриваются. Возможна работа на обогрев помещения с удельными затратами энергии 62Вт/м²

Теория конвективного теплообмена Тепло всегда передается от более нагретого тела менее нагретому. Один из способов передачи тепла – конвективный. Конвективный теплообмен описывает передачу тепла от тела с температурой Т1 к среде жидкой или газообразной с температурой Т2. Количество тепла, передаваемого при таком механизме теплообмена, определяется простой формулой:, где - площадь поверхности тела T2 T1 - коэффициент теплоотдачи, определяется сложными эмпирическими зависимостями Движение среды вокруг тела вызываемое только перепадом температур Т1 и Т2 называется свободной конвекцией, для такого случая обычно: Несложные расчеты показывают, что в среднем человек находящийся в комнате с температурой 22°С отдает с помощью конвекции всего около 20Вт тепла.

Теория теплообмена излучением - температура поверхности тела в градусах кельвина ( 28°С = 301К ) Человек в состоянии покоя, согласно закону Кирхгофа, излучает в окружающую среду: В реальности человек лишь обменивается теплом с окружающими телами. Так, например, человек, находящийся в комнате, стены которой имеют температуру Т2 равную 22°С, отдает тепла уже гораздо меньше:, где - площадь поверхности тела человека (в среднем 1,6 м²)

Теория теплообмена излучением Любое нагретое тело излучает тепло, причем плотность теплового потока зависит не только от температуры поверхности, но и от материала из которого она изготовлена. Материал и качество обработки поверхности тела определяют так называемую степень черноты или излучательную способность ε. q = 5 Вт/м² металл ε = 0.1 пластик ε = ° q = 50 Вт/м² q = 25 Вт/м² бетон ε = 0.5 Если в комнате, где все стены имеют одинаковую температуру (22ºС), поместить различные материалы нагретые до одинаковой температуры (30ºС), то тепловые потоки будут очень существенно отличаться. Так, в частности, металлы и бетон отдают тепло излучением в 10 и 2 раза хуже, чем пластик соответственно.

Эффективность панелей Для расчета реальной располагаемой тепловой мощности панелей можно воспользоваться простой номограммой, основанной на расчете процесса теплообмена и скорректированной по данным тестирования серийных образцов в лабораторных и натурных условиях. Синим цветом на номограмме обозначена кривая охлаждения, красным – нагрева.

Потолочная система энергосберегающих панелей 1 – потолочная панель 2 – вентиляционный диффузор 3 – встроенное освещение

Сопоставление рабочих процессов традиционных систем и энергосберегающих панелей В качестве иллюстрации различий в работе традиционных конвективных систем и энергогсберегающих панелей, рассмотрим стандартную комнату площадью 19,5м², с размерами: 6,5/3,0/2,8м (Д/Ш/В). Моделирование теплогидравлических процессов, происходящих в комнате, осуществлялось с помощь мощного многофункционального теплогидравлического расчетного комплекса STAR-CD, расчеты выполнялись при поддержке ученых РАН. Данный мощный программный комплекс широко используется для инженерного анализа различных процессов: от полета космических кораблей и самолетов, до расчета движение биологических жидкостей в живых тканях.

Сопоставление рабочих процессов традиционных систем и энергосберегающих панелей Распределение температур в ºС при отоплении радиатором. Распределение температур в ºС при отоплении энергосберегающими панелями. Расчеты убедительно показывают значительное превосходство панелей для организации равномерных полей температур, максимально комфортных для человека. Локальные перепады температур достигают 5 º (за вычетом зоны непосредственно над радиатором, где перегрев достигает уровня º для радиаторов и 0.3 ºдля панелей. Благодаря тому, что панели имеют большую площадь они дают очень большой поток теплового излучения и субъективно человек чувствует себя комфортно в комнате где температура воздуха на 2-3 º ниже.

Сопоставление рабочих процессов традиционных систем и энергосберегающих панелей Скорости воздушных потоков в м/с при радиаторном отоплении. Скорости воздушных потоков в м/с при работе потолочных панелей. В результате проведения серии расчетов удалось убедительно продемонстрировать отсутствие выраженных конвективных потоков у систем с панельным отоплением. Во всех зонах помещения скорости воздушных потоков не превосходят 0,05- 0,06м/с, в то время как радиаторы отопления в зоне установки показывают локальные скорости более 0,2м/с. На практике такое движение не вызывает особого дискомфорта, но становиться основной причиной распространения пыли по помещению.

Сопоставление рабочих процессов традиционных систем и энергосберегающих панелей Распределение температур в ºС при охлаждении сплитсистемой. Распределение температур в ºС при охлаждении панелями. Анализ результатов работы сплит системы показывает значительное снижение температуры воздуха на 2- 3º даже на большом удалении от внутреннего блока. Согласно строительным нормам допустимое местное переохлаждение допускается не более чем на 1º для офисов класса А. В отличие от сплит систем панели дают очень высокую однородность температурного поля с отклонением в º, такой перепад температур является очень комфортным и не ощущается человеком.

Сопоставление рабочих процессов традиционных систем и энергосберегающих панелей Скорости воздушных потоков в м/с при радиаторном отоплении. Скорости воздушных потоков в м/с при работе потолочных панелей. В процессе охлаждения помещения сплитом локальная скорость движения воздуха даже на значительном удалении достигает уровня м/с при норме в 0.25м/с, с учетом переохлаждения на 2-3º(как было показано ранее) можно уверенно утверждать, что в зоне падения воздушной струи сплита будет крайне не комфортный микроклимат, не благоприятный для длительного нахождения человека. Радикально иная ситуация при охлаждении панелями, где максимальная локальная скорость едва достигает уровня 0,05м/с, что практически не ощутимо человеком и не вызывает дискомфорта.

600mm 2700mm 3300mm 2700mm 500mm Фанкойл Панель Сопоставление размеров традиционных систем и энергосберегающих панелей

Вариант подключения панелей в централизованную систему отопления 1 – трехходовой регулирующий клапан 3 – узел смешения на трехходовом клапане 2 – отсечные клапаны 4 – циркуляционный насос

Принципиальная схема подключения панели для отопления и охлаждения 1,2 – промежуточные теплообменники 4 – циркуляционный насос 3 – трехходовой вентиль 5 – расширительный бак

Сравнение традиционных и лучистых систем Традиционная конвективная Лучистая Энергозатраты100%60÷70% Скорость движения воздуха в помещении0,3 ÷ 0,7 м/с< 0,1 м/с Перепады температур1 ÷ 5°К0,1 ÷ 0,15°К Типичная влажность20 ÷ 30%30 ÷ 40% Уровень шума35 ÷ 55 дБ< 25 дБ

Основные технические преимущества энергосберегающих панелей Сокращение на 30÷40% энергозатрат на отопление и кондиционирование за счет использования лучистого теплообмена(нагреваются и охлаждаются предметы, а не воздух) и отсутствия потерь на конденсацию при охлаждении. Сокращения расхода теплоносителя в 6-7 раз за счет более полного использования тепла горячей воды системы центрального отопления благодаря низкому температурному графику теплоносителя (32/29ºС у панелей против 70/60ºС у обычных радиаторов отопления). Гибкость технологии позволяющей обеспечивать высокий уровень в комфорта в помещениях при самых жестких ограничениях технологического пространства подшивного потолка. Существенное упрощение проектных и монтажных работ благодаря объединению систем отопления, кондиционирования и освещения в едином многофункциональном устройстве. Обеспечение беспрецедентно высокого уровня климатического и акустического комфорта. Дополнительная тепло- и звуко- изоляция помещений (снижение уровня шума передающегося между этажами на дБ). Снятие технологических ограничений на интерьерные решения. Объективная возможность использования водяных солнечных коллекторов для отопления без использования тепловых насосов. Тепловые насосы служат для повышения температуры греющего теплоносителя и составляют 40-60% стоимости подобных систем. Возможность широкого использования прямого свободного охлаждения теплоносителя (охлаждение теплоносителя уличным воздухом) в межсезонье.

Основные экономические преимущества энергосберегающих панелей Снижение на 15÷20% расходов на подключение вновь возводимых зданий к городским сетям электроснабжения за счет сокращения энергопотребления систем кондиционирования. Повышение стоимости коммерческих площадей вновь возводимых офисных зданий за счет повышения класса инженерных систем благодаря высокому качеству создаваемого микроклимата. Увеличение полезных площадей на 10÷20% за счет сокращения на 0,3-0,5м технологического пространства подшивного потолка и соответственно возможность планировки большего числа этажей в высотных зданиях. Сокращение на 25÷35% сроков и стоимости монтажа систем отопления, кондиционирования и освещения. Снижение затрат на чистовую отделку помещений на 25-30%. Сокращение в 2,5-3 раза стоимости трасс отопления до ТЭЦ, РТС и котельных за счет сокращения расхода горячей воды в 6-7 раз благодаря более полному использованию тепла теплоносителя. Сокращение на 30÷40% эксплуатационных расходов систем отопления и кондиционирования жилых и коммерческих объектов, так как панели не требуют обслуживания и чистки фильтров. Повышения класса энергосбережения вновь возводимых объектов. Отсутствие возможности «пересогласования» (замены оборудования) на какие либо иные решения в процессе проведения проектных или строительных работ благодаря высокому уровню энергосбережения и чрезвычайной компактности оборудования не достижимой имеющимися в настоящий момент системами на рынке.