Сравнителен анализ на решения за отопление на високи еднообемни сгради

анализ

Ако сте проектант или инвеститор на голяма индустриална сграда и се колебаете кой е най-добрият избор за осигуряване на комфорт на бъдещите служители, то прочетете тази статия. В нея ще видите симулация, извършена от конструкторското бюро SOLSI-CAD във Франция и предоставя обективни данни за сравнение на ефективността на два вида отоплителни системи за големи и високи еднообемни халета. Това проучване сравнява нивото на топлинен комфорт на служителите в авиационна производствена зала (самолетен хангар), получено с две отоплителни системи: първо решение с лъчисти панели и второ решение с покривни въздушни отоплителни апарати Hoval TopVent®, оборудвани с въздушен инжектор Air-Injector.

Според проучване 60% от служителите вярват, че работната среда влияе на желанието им да идват на работа. Комфорта на служителите оказва влияние не само върху мотивацията, но и има голям ефектът върху производителността. Не винаги е лесно да се изпълни нивото на топлинен комфорт, особено в промишлени, складови и други големи еднообемни халета, където задържането на топлия въздух в работната зона е голямо предизвикателство.

След кратко представяне на двете тествани отоплителни системи, ще направим и равносметка за разликите им по отношение на управлението на температурата на въздуха и топлинния комфорт, изпитван от операторите, работещи в залата.

Представяне на двете отоплителни системи:

Резюме за общите данни на двете конфигурации, които са използвани като основа за извършване на симулации, с помощта на CFD софтуер от конструкторското бюро SOLCI-CAD:
Цел: постигане на зададена температура от 18°C в хангара.
Характер и размери на сградата: самолетен хангар, дължина 144 м, ширина 83 м, височина 30 м (площ 12 000 м²).
Самолет тип A321 е поставен в средата на сградата.
Приложени топлинни загуби: 450 kW.
Топлоносител: 80-60°C.

Общи характеристики на двете решения за отопление на хангари.

Решение № 1: отоплителна система с лъчисти панели:

анализ

Фигура 1: сграда с лъчисто отопление.

Хангарът е оборудван с 10 лъчисти панела с дължина 136 метра и широчина 0,9 метра. Средната температура на лъчистите панели е 75°C, за да се получи средна температура от 18°C в хангара.

Технически характеристики на лъчистите панели:
– дебелина на стоманата за излъчване  1,2 мм;
– електрозаварени стоманени тръби с диаметър 28 mm;
– коефициент на излъчване на излъчващата повърхност ε = 0.96.

анализ

Фигура 2: 6-тръбни лъчисти панели, широки 900 mm.

Решение № 2: отоплителна система с покривни топловъздушни климатични апарата  TopVent®, оборудвани с дифузор Air-Injector:

анализ

Фигура 3: хангар със самолет тип A 321 – изглед на отоплителната система с  покривни апарати Hoval TopVent®

Хангарът е оборудван с:
– 12 апарата Hoval TopVent® TH-9, разположени на тавана, подаващи въздух с температура 31,5°C и общ дебит от 108 000 m³/h,
– 6 отвора са разположени на височина 20 m и всеки с размери 1590 x 1600 mm.

Технически характеристики TopVent®:
– температура на подаване: 31,5°C;
– въздушен дебит: 9000 m3/h;
– скорост на въртене на вентилатора: 1041 оборота в минута.

При тези условия с покриват топлинните загуби от 450 kW, със средна температура около 18°C.

анализ

Фигура 4: Въздушен инжектор Air-Injector, монтиран на въздушни нагреватели Hoval TopVent.

Патентованата система за подаване и разпределение на въздуха Hoval Air-Injector контролира термичната стратификация в залите. Разликата между температура под покрива и температурата в работната зона остава много малка, това намалява драстично загубата на енергия през покрива. Разликата на температурата по височина е само 1°С на всеки 10 метра височина. Ефективността на разпределението на въздуха на Air-Injector позволява използването на децентрализирана система, без въздуховодна мрежа, а това спестява освен инвестиции, но и разходи по време на експлоатация.

Сравнение на двете решения според разпределението на температура в целия обем.

Решение № 1: отоплителна система с лъчисти панели:

анализ

Фигура 5: температурни контури във вертикална равнина [°C] – изглед отпред.

Според изследването, проведено от SOLCI-CAD, се наблюдава явление на стратификация. Всъщност температурата в горната част на хангара е 20-22°C, докато долу е 17°C на и особено под самолета. Това означава, че голяма част от енергията, доставяна от лъчистите панели, е неефективна и загрява ненужна част от пространството. Ето защо мощността, инсталирана в лъчисти панели, задължително трябва да бъде по-висока от тази на покривните топловъздушни апарати Hoval TopVent®, за да се получи същата температура в работната зона. Следователно, това генерира допълнителни инвестиционни разходи, както и по-високи оперативни разходи поради загубите, причинени от стратификацията.

Също така наблюдаваме феномен на засенчване, характеризиращ се тук с температурните вариации: по-ниска температурна зона съответства на по-сенчеста зона, разположена под равнината, която действа като пречка за хомогенна дифузия на топлина.

Решение № 2: отоплителна система с въздушни нагреватели Hoval TopVent®, оборудвани с дифузор Air-Injector:

анализ

Фигура 6: Температурни контури във вертикална равнина [°C] – изглед отпред.

Забелязва се, че температурата на въздуха, подаван от въздушните покривни апарати Hoval TopVent®, постепенно се хомогенизира в общия обем въздух, включително под самолета. Всъщност циркулацията на въздуха, която се осъществява с технология за завихряне, позволява да се достигне комфортна температура, дори под препятствие.

Сравнение на двете системи според температурата, излъчвана от стените.

Разликата между температурата на околната среда и температурата, излъчвана от стените (стени, под и т.н.) може да генерира топлинен дискомфорт. На следващото изображение наблюдаваме значителни разлики в температурата, излъчвана от стените при използване на двете различни системи, поради естеството на използваните технологии в тях.

С решението на лъчистия панел наблюдаваме, че температурата, излъчвана от стените, е много различна, в зависимост от площта на сградата и че температурата, излъчвана под самолета, може да генерира топлинен дискомфорт (вляво на фигура 7, сянка на зоната при 17°С). Докато при отоплителната система с въздушни нагреватели TopVent®, снабдени с дифузор Air-Injector, ние наблюдаваме, че температурата, излъчвана от стените, е относително еднаква в цялата сграда (вдясно на фигура 7).

анализ

Фигура 7: сравнение между температурата, излъчвана от стените на 1,75 м при използване на лъчисти панели (вляво) и при използване на покривни топловъздушни апарати Hoval TopVent®, оборудвани с дифузьор Air-Injector (вдясно).

Сравнение на двете решения според топлинния комфорт.

Прогнозираното средно гласуване (PMV) дава средното мнение на голяма група хора, които биха гласували относно усещането за топлинен комфорт, като се позовава на следната скала:

анализ

Фигура 8: Скала за термично усещане на PMV, точкова система от -3 до +3.

Прогнозираният процент на недоволни е индекс PPD – Predicted Percentage Dissatisfied, той се изчислява въз основа на индекса PMV за конкретна термична ситуация, като процент от хора, недоволни от ситуацията.

За да се намали PPD до максимална стойност от 10% (което обикновено е целта, която трябва да се постигне в сградата), PMV трябва да бъде между – 0,5 и + 0,5.

Сравнение на предсказуемите индекси на недоволство (PDD).

Решение № 1: отоплителна система с лъчисти панели:

ppd

Фигура 9: PPD контур в равнина с височина 1,75 м [%] с лъчисти панели.

PMV в равнина с височина 1,75 м е между -0,6 и +0,5. Процентът на хората, които не са доволни (PPD) е добър, защото е между 5 и 13%. Има обаче топлинен дискомфорт, който 13% от хората ще изпитват под самолета (феномен на засенчване).

Фигура 9 показва, че под фюзелажа и крилата излъчената температура е ниска и е 17
°C , което означава че ще се усети студен дискомфорт. В останалата част на залата присъстващите служители са изложени на висока температура от 25°C и температура на въздуха 18°C, дискомфорт също ще се почувства поради голямата разлика между излъчената температура и температурата околния въздух.

Решение № 2: отоплителна система с нагреватели за въздух TopVent®, оборудвани с дифузер Air-Injector:

pmv

Фигура 10: PPD контур в равнина на 1,75 м височина [%] с покривни апарати TopVent®.

Процентът на хората, които не са доволни (PPD) е много нисък (между 5 и 7%). Под равнината, както и в останалата част от залата, температурата е еднородна и задоволителна. В тази конфигурация усещането за топлинен комфорт е много добро.

анализ

Сравнение на топлинния комфорт в хангара с височина 30 метра.

Фигура 11: PPD контур в равнина на 1,75 м от земята.

Според сравнителното изследване, проведено от SOLCI-CAD, чрез наблюдение на контурите на PPD в равнина на 1,75 м от земята за двете отоплителни системи, се наблюдава, че системата чрез подаване на топъл въздух през въздушен инжектор от покривните апарати е по-добра отколкото отоплението от лъчисти панели, тъй като топлинният комфорт е хомогенен в целия хангар.

В допълнение, процентът на недоволните хора е разделен на 2. При лъчистите панели процентът на недоволните хора (PDD) е 13%, докато този процент е 6% при система с покривни топловъздушни апарати TopVent®, оборудвани с въздушния инжектор Air-Injector.

Заключение:

Сравнителното проучване, проведено от SOLCI-CAD, е изключително полезно. Да обобщим по три основни параметъра:

Мощности: От гледна точка на мощностите на инсталираните системи, мощността на лъчистите панели непременно трябва да бъде по-висока от тази на покривните въздушни апарати Hoval TopVent®, за да се получи същата температура в работната зона. Следователно, в контекста на инсталация с лъчисти панели се очакват допълнителни инвестиционни разходи, както и по-високи експлоатационни разходи, поради по-високите мощности, които са необходими.

Скорост на въздуха: И за двете технологии скоростта на въздуха е много ниска. Следователно, в залата няма усещане за течение, въпреки високата височина на тавана (30 м).

Температура: Разликата между температурата на въздуха и излъчената или подавана температура може да бъде значителен източник на дискомфорт. Наистина, с лъчисти панели можем да се окажем в ситуацията, когато температурата на въздуха е 10°C, а температурата на излъчване е 25°C. Отоплителната система с топловъздушни покривни апарати Hoval TopVent®, оборудвани с Air-Injector, има неоспоримо предимство по отношение на топлинния комфорт. Отоплителната система с подаване на топъл въздух осигурява по-добър комфорт, разпределението на температурата е по-хомогенно, по-бързо, дори при препятствие като самолет, температурата в цялото хале е равномерна.

За да научите повече за системните решения, се свържете с консултант на Ховал.

Служителите на много компании в цяла Европа се възползват от високо ниво на топлинен комфорт на работното си място благодарение на решенията на Hoval. Ако Вие сте проектант, архитект и Ви предстои проект на индустриален обект, хангар или спортна зала, попитайте за решение от Hoval. Свържете се с експерт за консултация: 0700 20 755 | [email protected].

Може да харесате още...