변위 환기

Displacement ventilation

변위 환기(DV) 실내 공기 분배 전략으로, 바닥 높이 근처에 위치한 급기 확산기에서 저속으로 공조된 실외 공기가 공급되고 점유 영역 위로(보통 천장 높이)[1] 배출됩니다.

시스템 설계

사무실 공간에 있는 것과 같은 일반적인 변위 환기 시스템은 공기 핸들링 유닛(AHU)에서 저유도 공기 확산기를 통해 조건부 냉기를 공급합니다.디퓨저 타입은 어플리케이션에 따라 다릅니다.디퓨저는 벽('벽면 설치'), 방 모서리('코너 설치') 또는 바닥 위('자유형')에 배치할 수 있지만 벽('자유형')[2]에는 배치할 수 없습니다.차가운 공기는 부력에 의해 가속되어 바닥 위로 얇은 층으로 퍼져나가고 열원(예: 탑승자, 컴퓨터, 조명)[3]과의 열 교환으로 인해 상승하기 전에 비교적 빠른 속도에 도달합니다.열원으로부터의 열을 흡수하면, 찬 공기는 따뜻해지고 밀도가 낮아집니다.차가운 공기와 따뜻한 공기의 밀도 차이는 열 플룸으로 알려진 상향 대류 흐름을 생성합니다.실내 공간에서 독립형 시스템으로 작동하는 대신, 배기량 환기 시스템은 복사 냉각[4] 천장이나 베이스보드 [1]난방과 같은 다른 냉난방 소스와 결합할 수도 있습니다.

역사

치환 환기는 1978년 스칸디나비아의 산업 건물에 처음 적용되었으며,[1] 그 이후 스칸디나비아 전역에서 사무실 공간뿐만 아니라 유사한 용도로 자주 사용되고 있습니다.1989년까지, 북유럽 [5]국가 내에서는 산업용 애플리케이션의 50%, 사무실의 25%가 치환 환기를 구성하는 것으로 추정되었습니다.미국에서는 스칸디나비아만큼 응용 프로그램이 보급되어 있지 않습니다.미국 및 기타 지역에서 이 전략의 잠재적 실내 환경 품질 및 에너지 절약 편익을 평가하기 위한 연구뿐만 아니라, 전형적인[1] 공간 설계와 고온 다습한 기후에서의 적용으로 인해 미국 시장에서 이 애플리케이션의 실용성을 평가하기 위한 일부 연구가 수행되었습니다.

적용들

변위 환기는 태국 방콕의 수완나품 국제공항, NASA 제트추진연구소 비행 프로젝트 센터,[6][7] 샌프란시스코 국제공항[8][9] 제2터미널 등 많은 유명 건물에 적용되고 있다.

일반적인 특징

기류 분포

바닥 레벨에서의 공기 흐름 속도를 결정하는 디퓨저로부터의 열 플룸과 공급 공기는 DV 시스템에서 중요한 역할을 합니다.통풍이 되지 않도록 디퓨저로부터의 통기량을 신중하게 설정할 필요가 있습니다.

컨디셔닝 타입

열 성층화의 고유한 특성으로 인해 변위 환기는 일반적으로 난방보다는 냉각에 사용됩니다.대부분의 경우 가열 [1]기간 동안 라디에이터 또는 베이스보드와 같은 별도의 가열원이 사용됩니다.

공간 요건

변위 환기는 높은 공간(3m[10피트][2] 이상)에 가장 적합합니다.표준 혼합 환기는 1인용 사무실과 같이 공기 품질이 그다지 중요하지 않고 방 높이가 높지 않은 작은 공간(예: 2.3m[7.[2]5피트] 미만)에 더 적합할 수 있습니다.

장점과 제한

국소 불쾌: 수직 온도차 및 통풍

배기량 환기 시스템은 기존 오버헤드 시스템보다 소음이 적고 환기 효율이 우수합니다.따라서 실내 공기 품질을 향상시키고 바람직한 음향 환경을 제공할 수 있습니다.배기량 환기 시스템은 교실, 회의실, 사무실 등 높은 환기가 필요한 공간에 적합합니다.

수직 온도 구배와 [10]외풍이 크기 때문에 변위 환기는 불편함의 원인이 될 수 있습니다.Melikov와 Pitchurov의 연구에 따르면 수직 온도차와 통풍으로 인한 추위 감각은 주로 다리/발목/발 아랫부분에서 발생하며, 머리 부분은 따뜻한 느낌이 보고된다.[11]또한 이 연구는 초안 등급 모델이 변위 환기 시스템이 있는 방에서 초안 위험을 정확하게 예측할 수 있음을 보여준다.

이 두 가지 문제에는 고유의 트레이드오프가 있습니다.유속(및 더 큰 열부하 제거 능력)을 높임으로써 수직 온도 구배를 줄일 수 있지만, 이로 인해 통풍이 [1]발생할 위험이 증가할 수 있습니다.배기량 환기와 복사 냉각 천장을 조합하는 것은 이 [12]문제를 완화하기 위한 노력입니다.일부 연구에 따르면 변위 환기 시스템은 해당 냉각 부하가 약 13 Btu/h-sf 또는 40 W/m2 미만일 경우에만 허용 가능한 편안함을 제공할 수 있습니다.

실내 공기질

변위 환기의 장점 중 하나는 오염된 공기를 실내 밖으로 배출하여 얻을 수 있는 우수한 실내 공기 품질입니다.오염원이 [1][2]열원이기도 할 때 더 나은 공기 품질을 달성할 수 있습니다.

입자 오염물질 제거 시 변위 환기의 효과가 [13][14]최근에 조사되었습니다.감염핵을 포함하는 작은 수성 물방울은 종종 병실 및 기타 실내 공간에서 방출되며, 일반적으로 1~10mm/s의 속도로 주위 공기를 통해 침전되는 경향이 있다.한랭기후나 계절에 평균 상승기속이 입자침하속도를 넘으면 변위환기공간 상부에서 충분히 작은 물방울을 추출한다.그러나 실험실 실험 결과 큰 물방울이 공기의 움직임보다 더 빨리 가라앉을 수 있는 것으로 나타났다.이 경우 위쪽 변위 환기가 있는 공간에서는 큰 물방울을 효과적으로 추출할 수 없으며, 환기율이 [13]높아지면 그 농도가 높아진다.온난한 기후나 계절에는 아래쪽 변위 [14]환기가 있는 공간 내에서 오염물질 농도의 대규모 불안정성이 발생할 수 있습니다.

소비 전력

일부 연구에 따르면 배기량 환기는 건물의 사용 유형, 설계/질량/방향 및 [1]기타 요인에 따라 표준 혼합 환기와 비교하여 에너지를 절약할 수 있습니다.그러나 변위 환기의 에너지 소비 평가에는 연간 측정 비용이 너무 많이 들고 시간이 많이 소요되기 때문에 수치 시뮬레이션이 주요 방법이다.따라서 변위 환기가 에너지 절약에 도움이 될 수 있는지 여부는 여전히 논의되고 있다.일반적으로 건물의 코어 영역에는 난방이 필요 없기 때문에 변위 환기가 매력적이다.그러나 주변 구역에는 높은 냉각 에너지가 필요합니다.

설계 가이드라인

변위 환기 시스템 설계에 대한 지침을 제공하기 위해 다음과 같은 다양한 지침이 발행되었다.

  • Skistad H., Mundt E., Nielsen P.V., Hagstrom K., Railo J.(2002).비산업 시설에서의 변위 환기.유럽난방공조협회연합회[2]
  • 스케스타드, H.(1994년)변위 환기Research Studies Press, John Wiley & Sons, Ltd., 웨스트 서섹스영국.
  • Chen, Q.와 Glicksman, L. (2003)변위환기 설계지침의 성능평가 및 개발애틀랜타: ASHRAE.[1]

상기 가이드라인 중 Chen과 Glicksman이 개발한 것은 특히 미국 표준을 충족시키는 것을 목적으로 하고 있다.다음은 가이드라인의 [15]각 단계에 대한 간단한 설명입니다.

1단계) 변위환기 적용여부 판단

2단계) 여름 설계 냉각 부하를 계산합니다.

3단계) 여름철 냉각에 필요한 급기 유량을 결정한다.

4단계) 실내공기의 적절한 품질을 위해 필요한 외부공기의 유량을 구한다.

5단계) 급기 유량을 확인합니다.

스텝 6) 공급의 에어플로 레이트를 계산합니다.

7단계) 외부 공기 대 공급 공기 비율을 확인합니다.

8단계) 급기 확산기의 크기와 번호를 선택합니다.

9단계) 동절기 난방 상황을 확인한다.

스텝 10) 첫 번째 비용과 연간 에너지 소비량을 견적합니다.

변위환기(DV)를 이용한 건물 목록

건물 연도 나라 도시 아키텍트 공간 유형
베를린 유대인 박물관 1999 독일. 베를린 다니엘 리베스킨트 전시 공간
방콕 국제공항 2006 태국. 방콕 Helmut Jahn (머피) / Jahn Architects (건축가) 공항 터미널
허스트 타워 2006 미국 뉴욕 시 Norman Foster of Foster + 파트너 넓은 공용 공간
뉴스섬 2011 미국 워싱턴. Polshek 파트너십 넓은 공용 공간
모데스토 메디컬 센터 2008 미국 모데스토 (캘리포니아) KP 아키텍트 헬스케어
세인트존스 대학교 세인트존스 홀 1950년대 미국 뉴욕 시 알 수 없는 교육 환경
카네기 홀 1891 미국 뉴욕 시 윌리엄 버넷 투힐 극장
사무엘 J. 프리드먼 극장 1920년대 미국 뉴욕 시 허버트 크랩 극장
국립공연예술센터 2007 중국 베이징 폴 안드레우 극장
코펜하겐 오페라 2004 덴마크 코펜하겐 헤닝 라르센 극장

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ a b c d e f g h i Chen, Q.; Glicksman, L. (1999). Performance Evaluation and Development of Design Guidelines for Displacement Ventilation. MA.: ASHRAE.
  2. ^ a b c d e REHVA. (2002년)비산업 시설에서의 변위 환기유럽난방공조협회연합회
  3. ^ Novoselac, Atila; J., Srebric (June 2002). "A critical review on the performance and design of combined cooled ceiling and displacement ventilation systems". Energy and Buildings. 34 (5): Energy and Buildings. doi:10.1016/S0378-7788(01)00134-7.
  4. ^ Schiavon, Stefano; Bauman, F.; Tully, B.; Rimmer, J. (2012). "Room air stratification in combined chilled ceiling and displacement ventilation systems". HVAC&R Research. 18 (1): 147–159. S2CID 55305722.
  5. ^ Svensson, A.G.L. (1989). "ordic Experiences of Displacement Ventilation Systems". ASHRAE Transactions. 95 (2).
  6. ^ "NASA's Out of this World Green Building - Web Exclusives - EDC Magazine". edcmag.com. Archived from the original on 22 January 2013. Retrieved 9 December 2010.
  7. ^ https://www.energystar.gov/sites/default/uploads/buildings/old/files/50_Flight_Project_508.pdf[베어 URL PDF]
  8. ^ "San Francisco Airport aims to achieve zero net energy (USGBC Northern California) U.S. Green Building Council".
  9. ^ "Zero-energy green building in a data-enlightened era". 12 September 2018.
  10. ^ ANSI/ASHRAE Standard 55 (2002)거주자의 온열환경조건
  11. ^ Melikov, Arsen; Pitchurov, G.; Naydenov, K.; Langkilde, G. (June 2005). "Field study of occupants'thermal comfort in rooms with displacement ventilation". Indoor Air. 15 (3): 205–214. doi:10.1111/j.1600-0668.2005.00337.x. PMID 15865620.
  12. ^ Loveday, D.L.; Parsons, K.C.; Taki, A.H.; Hodder, S.G. (July 2002). "Displacement ventilation environments with chilled ceilings: thermal comfort design within the context of the BS EN ISO7730 versus adaptive debate". Energy and Buildings. 34 (6): 573–579. doi:10.1016/S0378-7788(02)00007-5.
  13. ^ a b Woods, Andrew W.; Mingotti, Nicola (June 2015). "On the transport of heavy particles through an upward displacement-ventilated space". Journal of Fluid Mechanics. 772: 478–507. Bibcode:2015JFM...772..478M. doi:10.1017/jfm.2015.204. ISSN 0022-1120. S2CID 233733115.
  14. ^ a b Woods, Andrew W.; Mingotti, Nicola (July 2015). "On the transport of heavy particles through a downward displacement-ventilated space". Journal of Fluid Mechanics. 774: 192–223. Bibcode:2015JFM...774..192M. doi:10.1017/jfm.2015.244. ISSN 0022-1120. S2CID 53446651.
  15. ^ Chen, Q; Glicksman, L.R (January 1, 2003). System performance evaluation and design guidelines for displacement ventilation. Atlanta: American Society of Heating, Refrigerating, and Air-conditioning Engineers, Inc. ISBN 978-1931862424.