¿Nuevos avances en la investigación y la comprensión de la refrigeración por suelos?
1 Introducción
La calefacción por suelo radiante se ha utilizado ampliamente en edificios residenciales de las zonas del norte debido a sus características destacadas como el ahorro energético, el confort y el no ocupar superficie útil interior. En zonas con veranos calurosos e inviernos fríos, especialmente en Shanghai, Zhejiang y otros lugares, su aplicación también está aumentando. Si este sistema también se utiliza para la refrigeración en verano, reducirá la inversión inicial en equipos y mejorará la utilización, al tiempo que agregará una nueva forma de aire acondicionado residencial. La refrigeración radiante de tejado tiene una larga historia de uso en Europa y funciona bien en determinadas condiciones. Antes de la década de 1990, la mayoría de la gente pensaba que la refrigeración del suelo no era viable. Las principales razones son las siguientes: (1) Dudas sobre los problemas de condensación; (2) Pensar que en términos de comodidad viola el concepto de "calefacción de pies". 3) Se cree que bajo la superficie fría, la transferencia de calor por convección es débil y la capacidad de enfriamiento será mucho menor que la del enfriamiento del techo. No fue hasta finales de la década de 1990 que Europa comenzó la exploración teórica y las aplicaciones prácticas en esta área [1]~[3]. China también ha acelerado el proceso de investigación y aplicación en los últimos años. El análisis y la práctica de la investigación han demostrado que algunas de las preocupaciones anteriores pueden resolverse mediante determinadas medidas técnicas, mientras que otras son malentendidos causados por el pensamiento inercial o la falta de una investigación en profundidad.
2 Investigación preliminar y aplicación en China
En 1998, el autor Zhuan Xu escribió un artículo presentando el trabajo que habíamos realizado en Francia e introdujo brevemente la tecnología de refrigeración por suelo en Europa (principalmente Francia) Aplicación y desarrollo[3]. Desde entonces, hemos cooperado con empresas para llevar a cabo debates teóricos e investigaciones experimentales sobre el enfriamiento con bombas de calor geotérmicas en el norte [4]. Desde 2001, recibimos financiación de la Universidad Normal de Nanjing y comenzamos a realizar investigaciones experimentales sobre enfriamiento con bombas de calor geotérmicas en Nanjing para explorar la viabilidad de esta tecnología en áreas de alta temperatura y humedad. Hemos establecido un laboratorio para llevar a cabo investigaciones experimentales sobre refrigeración y ventilación de suelos, y hemos llevado a cabo pruebas e investigaciones reales sobre bombas de calor de fuente de aire con sistemas de refrigeración y calefacción de suelos en salas modelo para evaluar la capacidad de refrigeración, las medidas anticondensación y el confort. y los efectos de aplicación práctica del suelo, el consumo de energía, los métodos de cálculo de simulación, etc. se han estudiado y discutido de forma sistemática y exhaustiva. [5]~[11]. Desde 2000, hemos proporcionado los siguientes servicios al Hospital de Medicina Tradicional China de Weihai. Desde 2000, hemos diseñado calefacción por suelo radiante, refrigeración y ventilación por desplazamiento para el Hospital de Medicina Tradicional China de Weihai (área de construcción 126.000). metros cuadrados). El sistema de aire acondicionado compuesto ha estado suspendido durante casi dos años debido a limitaciones financieras. Todavía está en construcción y el efecto real aún no se conoce. A finales de 2002, el proyecto recibió el apoyo unánime del jurado presidido por el Sr. Wu Yuanwei y obtuvo fondos para el proyecto, que se utilizarán para realizar estudios de viabilidad en el área de Beijing.
Además, la Universidad de Zhejiang presentó opiniones sobre el problema de la deshumidificación de los sistemas de refrigeración por radiación del suelo [12]. Y comenzó la investigación aplicada en Zhejiang. La Academia de Investigación de la Construcción de China diseñó un sistema de refrigeración de suelo para el mercado mayorista de Jinyu en Hohhot, Mongolia [13]. La Universidad de Chongqing también ha llevado a cabo una investigación experimental sobre el uso de agua de tuberías enterradas para enfriar los pisos de refrigeración.
3 Capacidad de refrigeración del sistema de refrigeración del suelo
La capacidad de refrigeración del sistema de refrigeración del suelo es la primera cuestión a considerar en el diseño y la aplicación.
3.1 El sistema de enfriamiento del piso puede reducir la carga de enfriamiento interior
El piso en el sistema de enfriamiento del piso intercambia calor con el interior principalmente a través de radiación y convección. La temperatura radiante promedio se ha convertido en un parámetro importante que afecta el confort térmico interior. La relación entre la temperatura radiante promedio y la temperatura del aire puede reflejarse en la temperatura de acción (temperatura de funcionamiento). Cuando la velocidad del flujo de aire interior es baja (menos de 0,2 m/s), la diferencia entre la temperatura de radiación promedio y la temperatura del aire interior será inferior a 4 °C. En este momento, la temperatura de actuación es aproximadamente igual a la temperatura promedio. de la temperatura del aire y la temperatura media de radiación, es decir, la diferencia entre ambas. El impacto del confort térmico interior es igualmente importante. Debido a la disminución de la temperatura promedio de radiación interior durante el enfriamiento por radiación, su temperatura de funcionamiento se puede reducir de 1 a 2°C en comparación con el sistema de aire acondicionado convencional, bajo la premisa de la misma sensación térmica, la temperatura interior de diseño del mismo. El sistema de enfriamiento del piso se puede aumentar de 1 a 2°C. Su carga de enfriamiento es entre un 10% y un 20% menor que la de los sistemas convencionales.
3.2 En comparación con la refrigeración por techo, el coeficiente de ángulo de radiación de la refrigeración por suelo es mayor
En comparación con la refrigeración por techo, la transferencia de calor por convección de la refrigeración por suelo es menor. Sin embargo, para los sistemas de refrigeración radiante, la transferencia de calor radiante es la parte principal, y un parámetro importante que afecta la transferencia de calor radiante es el coeficiente del ángulo entre el cuerpo humano y la superficie fría radiante. El valor depende de la distancia entre el cuerpo humano y la superficie fría y del área de la superficie fría. Cuando el área es la misma, el coeficiente de ángulo del suelo con respecto al cuerpo humano es mayor que el de otras superficies frías (paredes, ventanas, techos, etc.). Una persona está en el centro de una habitación de 6m x 6m. El coeficiente de ángulo en el suelo es 0,37 cuando está de pie y 0,4 cuando está sentado. A modo de comparación, el factor de ángulo de un cuerpo humano sobre un techo es de 0,15 a 0,20. Se puede observar que la reducción promedio de la temperatura radiante causada por una disminución de 1 K en la temperatura del piso equivale a una disminución de 2,5 K en la temperatura del techo. Por lo tanto, aunque el enfriamiento del piso tiene un pequeño efecto de transferencia de calor por convección sobre el enfriamiento del piso, su capacidad de transferencia de calor por radiación mejora significativamente.
3.3 Las corrientes ascendentes y las perturbaciones del flujo de aire pueden aumentar la transferencia de calor por convección.
Con la superficie fría hacia abajo, hay una capa de aire de baja temperatura cerca del suelo cuando encuentra fuentes de calor como. el cuerpo humano, se calentará y ascenderá, lo que aumentará la transferencia de calor por convección. Los suelos fríos también se pueden utilizar con ventiladores para aumentar la capacidad de transferencia de calor en aproximadamente un 15%.
3.4 El sistema de ventilación por desplazamiento puede mejorar significativamente la capacidad de disipación de calor del suelo.
Generalmente, el coeficiente combinado de transferencia de calor por convección y radiación entre el suelo y la habitación es de aproximadamente 7,5 W/ (m2.K)[1 ]. Si la temperatura de la superficie del piso es de 19°C y la temperatura ambiente es de 26~27°C (equivalente a la temperatura de diseño interior de un acondicionador de aire convencional de 28°C), la refrigeración del piso es de 53~60W/m2, lo que puede cumplir Los requisitos de los edificios residenciales con un buen aislamiento envolvente. Además, el sistema de ventilación de reemplazo en sí puede soportar una cierta carga de enfriamiento, que puede cumplir plenamente con los requisitos de los edificios en general.
Cabe señalar que la refrigeración radiante tiene la misma función "autorreguladora" que la calefacción radiante cuando aumenta la carga de radiación interior, como por ejemplo cuando el sol irradia directamente, la temperatura superficial del suelo o. La pared de la habitación se eleva. Esto aumentará significativamente la transferencia de calor radiante desde el piso y las superficies restantes de la envolvente de la habitación. La capacidad de disipación de calor del suelo puede llegar a 100 ~ 150 W/m2 [1].
4 Condensación en el piso
Cuando la temperatura del suministro de agua es baja o la humedad de la habitación es alta, puede aparecer condensación en la superficie del piso del sistema de enfriamiento de piso de una sola capa. , el piso frío resistirá la capacidad de carga de enfriamiento interior se debilitará y no podrá satisfacer las necesidades de la carga de enfriamiento interior. Algunas normas recomiendan que el límite superior de humedad relativa interior sea del 60% al 70% (ISO 1994; ASHRAE 1992). Cuando la temperatura del aire interior es de 26°C, la temperatura del punto de rocío es correspondientemente de 17°C a 20°C; La norma alemana estipula que el límite superior de contenido de humedad es 11,5 g/kg, la temperatura de punto de rocío correspondiente es 16 ℃. Esto significa que la temperatura del suelo debe ser superior a 16 ℃ ~ 20 ℃. Además, cuando se abren puertas y ventanas, entra aire exterior caliente y húmedo, y es fácil que se forme condensación al entrar en contacto con el suelo de baja temperatura.
Si dispones de un sistema de ventilación por desplazamiento deshumidificado podrás evitar la condensación. La inhalación de aire fresco puede mantener una presión interior positiva y evitar la entrada de aire exterior húmedo. Además, una de las características del método de ventilación por desplazamiento es que puede formar una capa de lago de aire en la superficie del piso, cubriendo el piso con una capa de aire relativamente seco con una temperatura de punto de rocío bajo, lo que puede evitar el calor y El aire húmedo que se infiltra desde el exterior por contacto directo con el piso de baja temperatura. Al mismo tiempo, puede garantizar que la temperatura del suministro de agua sea lo suficientemente baja para satisfacer las necesidades de la carga de refrigeración interior.
Según los diferentes requisitos, también se pueden utilizar unidades fancoil o sistemas centralizados para la deshumidificación y suministro de aire, o se puede utilizar un solo deshumidificador. La solución se puede determinar mediante comparación técnica y económica.
5 Aire fresco y condiciones sanitarias
Si se utiliza solo el sistema de refrigeración del suelo, no entrará aire fresco en la habitación y las condiciones del aire se verán afectadas. Después de agregar un sistema de ventilación por desplazamiento, el sistema de bomba de calor geotérmico puede soportar la carga de calor sensible interior, y el sistema de ventilación por desplazamiento suministra aire fresco para cumplir con los requisitos de higiene del personal y la carga de humedad interior, satisfaciendo así la demanda de aire fresco. El sistema de ventilación por desplazamiento envía aire fresco directamente al área de trabajo. El aire fresco inferior se deposita cerca del suelo debido a su mayor densidad y se extiende por todo el suelo interior, formando un fino lago de aire en el suelo. La fuente de calor interior (personal y equipo) genera convección ascendente, lo que hace que el aire fresco fluya hacia la parte superior de la habitación bajo la acción flotante de la fuente de calor, formando el flujo de aire interior dominante. Una característica importante de la ventilación por desplazamiento es la generación de estratificación térmica, es decir, habrá una zona superior de mezcla y una zona inferior limpia de flujo unidireccional. La capa superior es la zona de mezcla turbulenta y la capa inferior es la zona de flujo de aire caliente ascendente y la zona de aire limpio circundante. Los parámetros del aire en la zona de aire limpio son aproximadamente los mismos que los parámetros del suministro de aire. En comparación con la ventilación mixta tradicional, la tasa de utilización de aire fresco en el área de trabajo es mayor. Los experimentos han demostrado que la eficiencia del intercambio de aire de la ventilación por desplazamiento suele estar entre 0,5 y 0,67, y la eficiencia de la ventilación está entre el 100% y el 200% [14].
6 Confort térmico de la refrigeración por suelo
6.1 Gradiente de temperatura del aire interior
Actualmente, la gente se preocupa principalmente por el confort térmico de los sistemas de refrigeración por suelo/ventilación por desplazamiento. En cuanto al gradiente negativo de temperatura en la habitación, se cree que la refrigeración por suelo radiante en invierno da a las personas una sensación de "cabeza fría y pies calientes", que está en consonancia con los requisitos de salud humana y el uso del mismo sistema en la misma habitación. El mismo sistema utilizado para la refrigeración en verano perderá esta ventaja.
En primer lugar, las investigaciones sobre calefacción por suelo radiante muestran que, además de la pequeña altura de la parte superior de la habitación, la temperatura longitudinal de la habitación es uniforme. Por lo tanto, "pies calientes" es cierto, pero ". resfriado" carece de base de comparación. En segundo lugar, quieres "pies calientes" en el frío invierno; en el caluroso verano, el suelo no está fresco porque no está disponible. ¿Es esta la razón por la que quieres "pies calientes"?
Las investigaciones muestran que controlar la temperatura del suelo por encima de 18-19 ℃ puede cumplir con los requisitos de carga de enfriamiento (ASHRAE propone que la temperatura del suelo adecuada para trabajadores manuales livianos sea de 18-26 ℃). ℃ y 26 ℃ No habrá sensación de "pies fríos" en verano. Además, debido a la temperatura uniforme de la superficie del piso, el componente de convección de la disipación de calor del piso es bajo (aproximadamente 20 % [1]), lo que hace que la temperatura en la dirección vertical sea muy uniforme, con un gradiente de temperatura de solo 1,5 ~ 2 K. /m [3], de acuerdo con la norma internacional ISO 7730 La diferencia de temperatura entre la altura de 0,1 my 1,1 m no puede exceder el requisito de 3K. Se puede garantizar la comodidad del cuerpo humano y, por supuesto, no habrá. sensación de "calor en la cabeza".
6.2 La transferencia de calor radiante tiene un buen confort térmico
El sistema compuesto de ventilación por desplazamiento/enfriamiento del piso tiene muchas ventajas inherentes para mejorar la calidad del aire interior. En condiciones confortables, todo el calor generado por el cuerpo humano se disipa en proporción: aproximadamente el 30% por convección, el 45% por radiación y el 25% por evaporación. Se puede observar que la transferencia de calor radiante es muy importante para el confort humano. El enfriamiento radiante del piso en el sistema compuesto de enfriamiento del piso/ventilación por desplazamiento compensa las deficiencias de los acondicionadores de aire tradicionales que se centran en el enfriamiento por convección, aumenta la transferencia de calor radiante del cuerpo humano y ayuda a mejorar el confort interior. Otra ventaja importante del enfriamiento por radiación es que elimina la preocupación de que sople viento frío cuando las personas duermen. Desde este punto de vista, se puede decir que "favorece el enfriamiento del sueño".
7 Conclusión
(1) Para evitar la sensación de pies fríos y limitar la temperatura del punto de rocío del aire, el sistema de enfriamiento del piso tiene un límite en la capacidad de enfriamiento, que generalmente no supera los 70W/m2. Sin embargo, debido al efecto de la radiación, la carga de refrigeración es entre un 10% y un 20% menor que la de los sistemas convencionales. Además, el suministro de aire soporta parte de la carga, por lo que puede cumplir plenamente con los requisitos de uso general.
(2) En zonas con un clima relativamente húmedo, se debe disponer de equipos de deshumidificación. Por ejemplo, el método de ventilación con unidad de aire fresco/aire mezclado puede resolver el problema del aire fresco. Por supuesto, también se pueden utilizar unidades fancoil o deshumidificadores móviles para la deshumidificación, pero en este momento las condiciones sanitarias interiores se reducirán.
(3) La refrigeración del suelo puede satisfacer los requisitos de confort en términos de temperatura del suelo, uniformidad de los campos de temperatura horizontales y verticales y el riesgo de que sople viento, especialmente cuando las personas duermen, eliminando la preocupación por el frío. viento, que es una de las ventajas importantes del confort.
Referencias
[1] B.W. Olesen. Posibilidades y limitaciones de la refrigeración por suelo radiante. ASHRAE
Transacción 103(1):42-48 (1997, Part.1)
[2]B.W. Olesen, Eric Mihel Coeficiente de intercambio entre la superficie del suelo y el espacio
Enfriamiento a través del piso: una cuestión teórica o de definición. Transacción ASHRAE: Simposios
DA 00-8-26: 84-694
[3] Oji Jie. Calefacción por suelo radiante y sus tendencias de desarrollo, 1999, 29 (6): 35-38
[4] Wang Zijie, Xia Xueying, etc. Análisis del estudio de viabilidad de refrigeración radiante por suelo HVAC, 2002, 32 (6): 56-58
[5. ] Wang Zijie. Estudio de medición de bomba de calor de fuente de aire utilizada para calefacción radiante por suelo residencial, HVAC, 2003 (1): 8-12
[6] Wang Zijie. Consumo de energía y temperatura interior de edificios residenciales de calefacción radiante. Journal of Nanjing Normal University, 2002 (2): 78-82
[7] Li Xianzhong, Wang Zijie, Liu Chuanju Estudio de viabilidad del sistema compuesto de aire acondicionado, ventilación y refrigeración de pisos. Aire acondicionado, 2002 21 (4): 4-6
[8] Li Xianzhong, Wang Zijie. Aplicación del sistema compuesto de ventilación por desplazamiento de enfriamiento del suelo en edificios residenciales, edificios eléctricos e inteligentes. 2002.11: 62-65
[9] Wang Zijie. Método de evaluación cuantitativa integral y aplicación del confort térmico interior. Revista de la Universidad Normal de Nanjing, 2003 (3): 22-26
[10] Li Xianzhong. Características del sistema de refrigeración radiante y ventilación por desplazamiento y estudio de viabilidad de su aplicación. Tesis de maestría de la Universidad de Tongji, supervisor: Profesor Liu Chuanju, Profesor Liu Chuanju: Tesis de maestría de la Universidad de Tongji, supervisor: Profesor Liu Chuanju. Wang Zijie. Wang Zijie, 2002
[11] Wang Zijie, Consumo de energía y confort térmico de edificios residenciales con calefacción por suelo radiante y bomba de calor de Nanjing, Building Energy Saving,
Volumen 39, 2002: 144- 152
p>[12] Huang Yirongyuan, Zhang Ling, Chen Mingming, Discusión sobre enfriamiento y deshumidificación por radiación del piso, HVAC 2003(3): 47-51
[13] Dui Qian. Estudio preliminar del sistema de refrigeración por suelo. Actas de la Conferencia Anual Académica Nacional de HVAC de 2002. 379~380.
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