Was ist das effizienteste Mittel, um ein Gebäude mit einer hohen Decke zu wärmen?

Stellen Sie sich ein großes Auditorium, eine Kirche oder ein anderes sehr großes Gebäude mit hohen Decken vor. Angenommen, das Gebäude hat viele Eingänge, die kalte Luft hereinlassen / warme Luft herauslassen, und der Verkehr in und aus dem Gebäude ist unvermeidlich groß.

Ich würde mir vorstellen, dass alle Versuche, die Temperatur eines so großen Gebäudes zu regeln, sehr ineffizient in Bezug auf Energie und Kosten wären, insbesondere weil die warme Luft steigt.

Unter der Annahme, dass es draußen sehr kalt ist und wir vor allem daran interessiert sind, das Gebäude im Erdgeschoss warm zu halten, damit Menschen bequem arbeiten und interagieren können, ist dies die beste Methode, um ein so großes Gebäude mit einem Raum zu erhalten hohe Decke warm, wenn im Freien kalte Luft häufig und unvermeidlich ausgesetzt ist?

Wenn ich "am besten" sage, bin ich daran interessiert, Energie-, Wartungs- und Geldkosten über die gesamte Lebensdauer des Gebäudes auszugleichen.

Ihre Frage besteht aus zwei Teilen: Wie wird Wärme zugeführt und wie wird sie gespeichert?

Große offene Räume mit hohen Decken werden am effizientesten mit Deckenstrahlungswärme erwärmt. Warme Luft steigt auf, wodurch Druckluftsysteme ineffizient werden, da die gepumpte Wärme an der Decke landet und der kälteste Teil des Raums sich in Bodennähe befindet, wo Sie tatsächlich die Wärme wünschen. Fußbodenheizungssysteme sind auf ca. 22 ° C begrenzt, da sie mit den Insassen in Kontakt stehen. Daher reicht ihre Spitzenleistung möglicherweise nicht aus, um den Raum komfortabel zu halten. Sie verlieren auch mehr Wärme durch Konvektion als Deckenstrahler. (Siehe diese Ref .)

Was die Wärmezufuhr angeht, so sind Lufttüren (auch Luftschleier genannt) neben festen Isolierungen / Barrieren die Standardlösung für Passagen mit hohem Verkehrsaufkommen.

Eine weitere Option für die oben beschriebene Strahlungslösung wären Bodenluftverteilungssysteme (UFAD) mit Verdrängungslüftung. Diese Systeme erfordern einen erhöhten Plenumboden, der gut in Auditorien im Theaterstil funktioniert, in denen Sie diesen ohnehin häufig haben. Das Plenum wird im Wesentlichen zu Ihrem Versorgungskanal.

Die Systeme sind so dimensioniert, dass sie nur die belegte Zone, beispielsweise die ersten 2 m über dem Auslass, konditionieren. Egal wie hoch Ihre Decke ist, am Ende werden Sie nur 2 m hoch heizen.

Im Gegensatz zu Strahlungssystemen, die Menschen direkt erwärmen und die Lufttemperatur nicht verändern, wird der Außenluftanteil behandelt. Ob dies von Vorteil ist oder nicht, hängt von den erforderlichen Außenluftmengen ab, bei denen diese Mengen in Bezug auf die Insassen (dh, blasen Sie jemandem kalte Luft?) Sowie vom erwarteten Komfortniveau ab.

Möglichkeiten zur Energieeinsparung in UFAD-Systemen

• Niedrigere Vorlauftemperaturen beim Heizen, höhere Vorlauftemperaturen beim Kühlen
• Das konditionierte Volumen ist unabhängig von der Deckenhöhe auf die belegte Zone begrenzt
• Die Liefergeschwindigkeit ist geringer, die Liefermengen werden jedoch erhöht. Hier könnte eine Optimierung von Nutzen sein, wenn man sich Gedanken über Perimeter und interne Zonierung macht
• Geringerer Druckabfall in der Versorgung
• Einige Wärmetauscher einwerfen, um die Wärme aus der Rückluft zu gewinnen

Ein paar andere Dinge zu beachten:

• Geringere Geschwindigkeit und höhere Volumina bedeuten zusammengenommen, dass die Anzahl der Auslässe zunehmen kann und dass diese Systeme nicht die gleichen Spitzenlasten wie herkömmliche Systeme bewältigen können. Dies ist wichtig für Randzonen. Die Bausubstanz muss optimiert werden, um Lastspitzen (Verluste / Gewinne durch Verglasung) zu begrenzen.
• Niedrigere Geschwindigkeiten bedeuten auch weniger Probleme mit dem Luftzug (zumindest theoretisch)
• Wenn die akustische Zonierung nicht mit der mechanischen Zonierung übereinstimmt, wird es schwierig. Eine akustische Trennung kann erfordern, dass Wände zum Plenum hin durchgebrochen werden
• Wenn Sie über ein Fliesenbodensystem verfügen, können die Auslassdiffusoren ausgetauscht werden. Dies hat mehrere Vorteile: Zum einen ist die Raumaufteilung sehr flexibel und kann jederzeit geändert werden. Darüber hinaus bieten die Systeme den Insassen eine gewisse Flexibilität, um sich durch das Versetzen von Diffusorfliesen wohl zu fühlen
• Wikipedia hat einen Artikel, der einen allgemeinen Überblick über UFAD-Systeme und einen Artikel zur Verdrängungslüftung bietet

Was "am effizientesten" ist, hängt neben den Raumhöhen von vielen anderen Dingen ab. UFADs können in bestimmten Situationen eine gute Lösung sein, dies gilt jedoch auch für z. B. Strahlungssysteme. Was Sie auf jeden Fall vermeiden möchten, ist die Konditionierung eines 4 m hohen Luftvolumens.

Ein paar UFAD-Bilder von der Wiki-Seite, um Ihnen einen Klick zu ersparen:

Hier sind einige Möglichkeiten, wie Sie verhindern können, dass die warme Luft entweicht:

• Drehtüren verhindern einen ständigen Luftaustausch zwischen Innen und Außen.
• Luftschleusenbereiche - Ein doppelter Satz Schiebetüren kann auch einen kontinuierlichen Luftaustausch verhindern.
• Der Überdruck am Eingang, der normalerweise von einem Heizlüfter über der inneren Eingangstür geliefert wird, sorgt dafür, dass der größte Teil der Luft im Inneren bleibt und die Luft aus dem Heizlüfter entweicht.

Um die unteren Bereiche warm zu halten, kann die warme Luft im oberen Bereich des Gebäudes mit sehr geringer Geschwindigkeit auf die Bodenöffnungen geblasen werden. Entweder direkt oder über einen Wärmetauscher, damit die Wärme der abgestandenen Luft von außen an einen frischen Luftstrom abgegeben wird. Dies ist auch ein relativ effizienter Weg, um die Luft überhaupt zu erwärmen. Eine Wärmepumpe kann auch zum Beheizen des Fußbodens mit Fußbodenheizungsrohren verwendet werden. Dies verhindert den Wärmeverlust der warmen Luft in den Boden und hält die physische Masse im unteren Bereich sanft warm.