Qual è il mezzo più efficiente per riscaldare un edificio con un soffitto alto?

Prendi in considerazione un grande auditorium, una chiesa o qualche altro edificio molto grande, essenzialmente a una stanza con un soffitto alto. Supponiamo che l'edificio abbia molti ingressi che consentono l'ingresso e l'uscita dell'aria calda e il traffico in entrata e in uscita dall'edificio è inevitabilmente grande.

Immagino che qualsiasi tentativo di controllare la temperatura di un edificio così grande sarebbe molto inefficiente in termini di energia e costi, soprattutto perché l'aria calda aumenta.

Supponendo che fuori fa molto freddo e siamo interessati principalmente a mantenere l'edificio caldo a livello del suolo in modo che sia comodo per gli uomini lavorare e interagire, qual è il metodo migliore per mantenere un edificio così grande, essenzialmente un monolocale con un soffitto alto caldo quando l'esposizione all'aria fredda esterna è frequente e inevitabile?

Quando dico "meglio", sono interessato a bilanciare energia, manutenzione e costi monetari per tutta la vita dell'edificio.

La tua domanda ha due parti: come fornire calore e come mantenerlo.

Le grandi stanze aperte con soffitti alti sono riscaldate in modo più efficiente con il calore del soffitto radiante. L'aria calda sale, il che rende i sistemi ad aria forzata inefficienti perché il calore pompato finisce al soffitto e la parte più fredda della stanza si trova vicino al pavimento dove si desidera effettivamente il calore. I sistemi a pavimento radiante sono limitati a circa 87F perché sono in contatto con gli occupanti e quindi la loro potenza di picco potrebbe non essere sufficiente per mantenere lo spazio confortevole. Perdono anche più calore per convezione rispetto ai soffitti radianti. (Vedi questo rif .)

Per quanto riguarda il mantenimento del calore, oltre ai solidi isolanti / barriere: le porte ad aria (dette cortine d'aria) sono la soluzione standard nei passaggi ad alto traffico.

Un'altra opzione per la soluzione radiante sopra sarebbe quella dei sistemi di distribuzione dell'aria a pavimento (UFAD) che utilizzano la ventilazione a spostamento. Questi sistemi richiedono un plenum a pavimento rialzato che funziona bene negli auditorium in stile teatro, dove spesso lo hai comunque. Il plenum diventa essenzialmente il condotto di approvvigionamento.

I sistemi sono dimensionati per condizionare solo la zona occupata, ad esempio i primi 2 m sopra l'uscita. Quindi, non importa quanto sia alto il soffitto, finirai per riscaldare solo un volume alto 2m.

A differenza dei sistemi radianti, che riscaldano direttamente le persone e non modificano la temperatura dell'aria, il componente dell'aria esterna viene trattato. Se questo sia un vantaggio o meno dipende dai volumi di aria esterna richiesti, dove questi volumi sono introdotti in relazione agli occupanti (cioè stai soffiando aria fredda su qualcuno?) Così come i livelli di comfort previsti.

Opportunità per il risparmio energetico nei sistemi UFAD

• Temperature di mandata inferiori durante il riscaldamento, temperature di mandata più elevate durante il raffreddamento
• Il volume condizionato è limitato alla zona occupata, indipendentemente dall'altezza del soffitto
• La velocità di approvvigionamento è inferiore, tuttavia i volumi di approvvigionamento sono aumentati; potrebbe esserci un certo valore nell'ottimizzazione qui e nel pensare ai perimetri e alla zonizzazione interna
• Riduzione della caduta di pressione nella fornitura
• Gettare uno scambiatore di calore per catturare il calore dall'aria di ritorno

Alcune altre cose da notare:

• Una velocità più bassa e volumi più elevati considerati insieme significano che il numero di prese potrebbe aumentare e che questi sistemi non possono gestire gli stessi carichi di picco dei sistemi convenzionali; questo sarà importante per le zone perimetrali. Il tessuto da costruzione deve essere ottimizzato per limitare i carichi di picco (perdite / guadagni attraverso i vetri)
• Le velocità più basse significano anche meno problemi con il tiraggio (almeno in teoria)
• Se la suddivisione in zone acustica non corrisponde alla suddivisione in zone meccanica, le cose diventeranno un po 'complicate; la separazione acustica potrebbe richiedere che le pareti vengano abbattute fino al plenum
• Se si dispone di un sistema di pavimento piastrellato, i diffusori di uscita possono essere scambiati attorno al quale ha molteplici vantaggi: per uno, fornisce un layout della stanza molto flessibile che può essere modificato in qualsiasi momento; inoltre, i sistemi introducono una certa flessibilità affinché gli occupanti possano mettersi a proprio agio riposizionando le piastrelle del diffusore
• Wikipedia ha un articolo che fornisce una panoramica generale dei sistemi UFAD e uno per la ventilazione di spostamento

Ciò che è "più efficiente" dipende da molte altre cose oltre alle altezze dello spazio. Gli UFAD possono essere una buona soluzione in determinate situazioni, ma lo stesso vale per i sistemi radianti. Quello che ti piacerebbe assolutamente evitare è finire per condizionare un volume d'aria alto 4 m.

Alcune immagini UFAD dalla pagina wiki per salvarti un clic:

Ecco alcuni modi per impedire all'aria calda di fuoriuscire:

• Le porte girevoli impediscono un flusso costante di scambio d'aria tra l'interno e l'esterno.
• Zone di blocco dell'aria : un doppio set di porte scorrevoli può anche impedire il ricambio d'aria continuo.
• La pressione positiva dall'ingresso, generalmente fornita da un termoventilatore sopra la porta di ingresso interna, assicura che la maggior parte dell'aria rimanga all'interno e l'aria del termoventilatore fuoriesca.

Per mantenere calde le aree inferiori, l'aria calda nella parte superiore dell'edificio può essere scaricata alle bocchette del pavimento a una velocità molto bassa. Direttamente o tramite uno scambiatore di calore in modo che il calore dall'aria viziata venga trasferito a un flusso di aria fresca dall'esterno. Questo è anche un modo relativamente efficiente per riscaldare l'aria in primo luogo. Una pompa di calore può anche essere utilizzata per riscaldare il pavimento utilizzando tubi di riscaldamento a pavimento. Questo aiuta a prevenire la dispersione di calore dall'aria calda nel pavimento e mantiene delicatamente calda la massa fisica nella zona inferiore.