마루 밑 난방

Underfloor heating
바닥 난방 파이프가 스크리드에 덮이기 전에

바닥 난방 및 냉방은 중앙 난방 및 냉방의 한 형태로, 바닥에 내장된 온수 또는 전기 난방 요소를 사용하여 온열 쾌적성을 위해 실내 실내 온도 조절을 실현합니다.가열은 전도, 복사 및 대류를 통해 이루어집니다.바닥난방의 사용은 네오글레이스와 신석기 시대로 거슬러 올라간다.

역사

바닥 난방은 네오글리칸 시대와 신석기 시대로 거슬러 올라가는 오랜 역사를 가지고 있다.아시아와 알래스카의 알류샨 열도의 고고학적 발굴은 주민들이 어떻게 지하 주거지의 바닥에서 발굴된 돌로 덮인 참호를 통해 화재에서 연기를 끌어냈는지를 보여준다.뜨거운 연기가 바닥 돌을 데웠고 그 후 그 열은 생활 공간으로 방출되었다.이러한 초기 형태는 유체 충전 파이프나 전기 케이블 및 매트를 사용하는 현대 시스템으로 진화했습니다.아래는 세계 각국의 바닥난방에 대한 연대기적 개요입니다.

기간, c. BC[1] 설명[1]
5,000 바닥이 굽은 흔적은 만주와 한국에서 각각 [2]"따뜻한 돌"을 뜻하는 "온돌"의 초기 형태인 "강"과 "온돌"의 전조가 된다.
3,000 난로는 주방용 레인지와 난로 겸용이었다.
1,000 알래스카 알류샨 열도와[3] 함경북도 웅기에서 사용되는 온돌형 시스템.
1,000 한 주택에는 2개 이상의 난로가 사용되었으며, 중앙에 위치한 한 난로는 난방용으로 사용되었으며, 다른 난로는 연중 요리용으로 사용되었습니다.이 난로는 한국 전통 온돌의 연소 구간을 구성하는 부두막의 초기 형태이다.
500 로마인들은 하이포코스트의 [4]발명으로 조절된 표면(바닥과 벽)의 사용을 확대한다.
200 중앙 난로는 구들(온돌의 방열구간을 의미)로 발전하였고, 주변 난로는 요리를 위한 난로가 더욱 발달하였고, 한국에는 거의 부두막이 설치되었다.
50 중국, 대한, 로마제국은 각각 강, 다이캉/온돌, 하이포코스트를 사용한다.
기간, c. AD[5] 설명[5]
500 아시아에서는 계속 조절된 표면을 사용하고 있지만, 현대식 벽난로의 개방된 불이나 기본적인 형태로 대체되는 유럽에서는 응용 분야가 사라졌습니다.눈 쌓인 벽 공동을 이용한 중동의 복사 냉각 시스템에 대한 문헌 참조.
700 더 정교하고 발전된 구들이 한국의 상류층의 궁궐과 거처에서 발견되었다.지중해 분지의 국가(이란, 알제리, 터키 등)는 공중 목욕탕과 가정(참조: 타박카나, 아티슈카나, 산달리)에서 다양한 형태의 하이포코스트형 난방을 사용하지만,[6][7][8] 바닥 난방에는 요리의 열(탄두르, 타누르 참조)을 사용한다.
1000 온돌은 아시아에서 계속 발전하고 있다.가장 진보된 진정한 온돌 시스템이 확립되었다.한국에서는 난로를 밖으로 옮기고 온돌을 깔았다.유럽은 굴뚝으로 연소물을 배출하는 진화와 함께 다양한 형태의 벽난로를 사용한다.
1300 폴란드 수도원과 말보르크 성([9]Teutonic Malbork Castle)의 난방에 사용되는 하이포코스트형 시스템.
1400 오스만 제국의 터키식 목욕탕을 데우는 데 사용되는 하이포코스트식 시스템입니다.
1500 유럽의 쾌적함과 건축에 대한 관심이 발전하고 있습니다. 중국과 한국은 광범위한 채택을 통해 바닥 난방을 지속적으로 적용하고 있습니다.
1600 프랑스에서는 온실에서 바닥과 벽의 온수 도관을 사용한다.
1700 벤자민 프랭클린은 프랑스와 아시아 문화를 연구하고 프랭클린 스토브의 발달로 이어지는 각각의 난방 시스템을 주목한다.증기 기반 복사관은 프랑스에서 사용됩니다.현대 이라크 [10]성채 도시 에르빌의 공중목욕탕(함맘) 난방에 사용되는 하이포코스트식 시스템.
1800 재료의 열 전도율 및 비열 및 표면의 방사율/반사율 연구를 포함한 현대식 온수기/보일러 [11]및 수성 기반 배관 시스템의 유럽 발전의 시작.John Soane의 집과 [12]박물관에서 사용되는 작은 보어 파이프 사용에 대한 참고 자료입니다.
1864 미국 [13]남북전쟁 병원 현장에서 사용된 온돌식 시스템.독일의 Reichstag 빌딩은 건물의 열량을 냉난방에 사용합니다.
1899 폴리에틸렌 기반 파이프의 초기 시작은 독일 과학자 한스 폰 페흐만이 시험관 바닥에서 왁스 잔류물을 발견했을 때 발생했고, 동료인 유진 밤베르거와 프리드리히 치르너는 그것을 폴리메틸렌이라고 불렀지만 [14]그 당시에는 상업적인 용도가 없었던 것으로 폐기되었다.
1904 영국의 리버풀 대성당은 하이포코스트 원칙에 기초한 시스템으로 뜨겁게 달아오르고 있다.
1905 Frank Lloyd Wright는 처음으로 일본을 방문했고, 후에 그의 프로젝트에 다양한 초기 형태의 복사 난방을 도입했다.
1907 영국입니다, 교수님.바커는 작은 파이프를 사용한 패널 난방에 대한 특허 No. 28477을 부여했다.특허는 나중에 Crittal Company에게 팔렸고, Crittal Company는 유럽 전역의 대표자를 임명했다.A.M. Byers of America는 작은 보어 수도관을 사용하여 복사 난방을 촉진합니다.아시아에서는 전통적인 온돌과 캉(kang)을 계속 사용하고 있습니다.나무는 바닥 아래로 보내지는 연료, 연소 가스로 사용됩니다.
1930 영국의 오스카 파버는 열을 방출하고 여러 큰 건물을 [15]식히는 데 사용되는 수도관을 사용한다.
1933 에틸렌 가스로 고압 실험을 하는 동안 영국 ICI(임페리얼 케미컬 인더스트리) 실험실에서 폭발이 일어나 왁스와 같은 물질이 생성되고 나중에 폴리에틸렌이 되어 PEX [16]파이프가 다시 시작됩니다.
1937 프랭크 로이드 라이트는 유소니아 최초의 집인 온열된 허버트 제이콥스의 집을 디자인합니다.
1939 미국 최초의 소규모 폴리에틸렌 공장.
1945 미국의 개발자인 William Levitt은 GI를 반환하기 위한 대규모 개발을 구축합니다.수천 채의 주택에서 사용되는 수성(구리 파이프) 복사 난방.모든 대륙의 열악한 건물 외피에는 과도한 표면 온도가 필요하며 경우에 따라서는 건강 문제가 발생할 수 있습니다.유럽과 미국의 열 쾌적성 및 건강 과학 연구(열판, 열 마네킨 및 쾌적성 실험실 사용)는 나중에 낮은 표면 온도 한계와 쾌적성 기준의 개발을 확립합니다.
1950 6·25전쟁으로 온돌의 목재가 소실되어 석탄을 사용해야만 했다.캘리포니아의 개발자인 조셉 아이클러는 수천 채의 복사 난방 주택 건설을 시작합니다.
1951 위스콘신 주 매디슨 소재 비요크스텐 연구소의 J. 비요크스텐 박사는 미국에서 세 가지 유형의 바닥 난방용 플라스틱 튜브를 최초로 테스트한 사례의 첫 번째 결과를 발표합니다.폴리에틸렌, 염화비닐공중합체, 염화비닐리덴은 세 번의 [17]겨울에 걸쳐 테스트되었다.
1953 캐나다 최초의 폴리에틸렌 공장은 앨버타 [18]주 에드먼턴 근처에 지어졌다.
1960 캐나다의 NRC 연구원은 자신의 집에 바닥 난방을 설치하고 나중에 "10년 후에는 수동형 태양열 주택으로 식별될 것이다.자동흡기식 무연탄로에서 [19]온수를 공급하는 복사 난방 시스템 등 혁신적인 기능을 통합했습니다."
1965 Thomas Engel은 과산화물(PEX-A)을 사용하여 분자를 교차 연결함으로써 폴리에틸렌을 안정화시키는 방법을 특허 받았으며, 1967년 다수의 파이프 [20]생산업체에 라이센스 옵션을 판매했습니다.
1970 한국 건축의 진화는 다층 주택으로 이어지고, 석탄 기반 온돌에서 나오는 연도 가스는 많은 사망자를 낳고, 가정용 연도 가스는 중앙 수성 난방 시설로 옮겨진다.유럽에서는 산소 투과가 부식 문제로 대두되어 바리에스테르 파이프 및 산소 투과 표준이 개발되었습니다.
1980 바닥 난방의 첫 번째 표준은 유럽에서 개발되었습니다.수성 온돌 시스템은 한국의 거의 모든 주거용 건물에 적용되어 있다.
1985 바닥 난방은 중동 및 북유럽 국가의 주거용 건물에서 전통적인 난방 시스템이 되며, 비주거용 건물에서 점점 더 많이 사용되고 있다.
1995 주상복합건물에서의 바닥냉방 및 열활성건축시스템(TABS)의 적용은 시장에 [21]널리 도입되고 있다.
2000 유럽 중부에서 임베디드 복사 냉각 시스템의 사용은 난방에는 저온, 냉방에는 고온을 사용하는 수단으로 복사 기반 HVAC 시스템을 적용하는 표준 시스템이 되었습니다.
2010 중국 광저우에 있는 방사조절된 진주강 타워는 71층으로 정상을 차지했다.

묘사

최신 바닥 난방 시스템은 전기 저항 요소("전기 시스템") 또는 파이프에 흐르는 유체("유체 시스템")를 사용하여 바닥을 난방합니다.두 가지 유형 중 하나는 기본 전체 건물 난방 시스템 또는 온열 쾌적성을 위해 국부적인 바닥 난방 시스템으로 설치할 수 있습니다.일부 시스템에서는 싱글룸이 대형 멀티룸 시스템의 일부일 때 난방을 허용하여 불필요한 열을 방지합니다.전기 저항은 난방에만 사용할 수 있습니다. 공간 냉각이 필요한 경우에는 반드시 순환식 시스템을 사용해야 합니다.전기 또는 수력 시스템이 적합한 다른 용도로는 보행, 차도 및 착륙 패드를 위한 눈/얼음 녹이기, 축구장과 축구장의 잔디 조절, 냉동고와 스케이트장의 서리 방지 등이 있습니다.다양한 유형의 [22]바닥재에 맞게 다양한 바닥 난방 시스템 및 설계를 사용할 수 있습니다.

전기 발열체 또는 수성 배관은 콘크리트 바닥 슬래브("수세식 바닥 시스템")에 주조할 수 있습니다.또한 바닥 커버("건조 시스템") 아래에 놓거나 목재 서브 플로어("서브 플로어 시스템") 또는 "건조 시스템")에 직접 부착할 수 있습니다.

일부 상업용 건물은 전력 요금이 낮은 비수기 시간대에 난방 또는 냉각되는 열량을 활용하도록 설계되어 있습니다.낮에 냉난방 시스템을 끄면 콘크리트 질량과 실온이 원하는 쾌적 범위 내에서 오르내립니다.이러한 시스템을 열로 활성화된 빌딩 시스템 또는 [23][24]TAB라고 합니다.

방사선이 열 쾌적성의 상당 부분을 차지하기 때문에 복사 가열과 복사 냉각이라는 용어는 일반적으로 이 접근방식을 설명하기 위해 사용되지만 방사선이 바닥과 나머지 [25]공간 사이의 열 교환의 50% 이상을 구성하는 경우에만 기술적으로 정확하다.

수력계

수력 시스템은 바닥과 보일러 사이에 재순환되는 "폐쇄 루프"의 열 전달 유체로서 물 또는 프로필렌 글리콜과[26] 같은 물과 부동액을 혼합하여 사용합니다.

바닥 밑의 온수식 냉난방 시스템을 위해 다양한 유형의 파이프를 사용할 수 있으며, 일반적으로 PEX, PEX-Al-PEX 및 PERT를 포함한 폴리에틸렌으로 제조됩니다.폴리부틸렌(PB)이나 구리 또는 강철 파이프와 같은 오래된 재료는 일부 지역이나 특수한 용도로 여전히 사용됩니다.

수력 시스템은 보일러, 순환기, 제어 장치, 유체 압력 및 온도에 정통한 숙련된 설계자와 상인이 필요합니다.주로 지역 난방과 냉방에 사용되는 현대적인 공장 조립식 서브 스테이션을 사용하면 설계 요건을 대폭 간소화하고 수력 시스템의 설치 및 시운전 시간을 단축할 수 있습니다.

수력 시스템은 단일 에너지원 또는 에너지원의 조합을 사용하여 에너지 비용을 관리할 수 있습니다.수력 시스템 에너지원 옵션은 다음과 같습니다.

  • 보일러(히터)는 다음과 같이 가열되는 복합 열 및 발전소를[notes 1] 포함합니다.
    • 업계 전체에서 천연가스 또는 "메탄"은 가용성에 따라 물을 가열하는 가장 깨끗하고 효율적인 방법으로 간주됩니다.비용은 약 7백만 달러입니다.
    • 프로판은 주로 석유로 만들어지고 부피 면에서 천연가스보다 효율이 떨어지며 일반적으로 B.T.U. 기준으로 훨씬 비쌉니다.B.T.U. 기준으로 "메탄"보다 더 많은 이산화탄소를 생산합니다.비용은 약 25달러/백만 달러입니다.
    • 석탄, 석유 또는 폐유
    • 전기
    • 태양열
    • 목재 또는 기타 바이오매스
    • 바이오 연료
  • 히트 펌프 및 냉각기 전원 공급:
  • Underfloor heating pipes, before they are covered by the screed

    바닥 난방 파이프가 스크리드에 덮이기 전에

  • Underfloor heating pipes, before they are covered by a concrete garage slab

    콘크리트 차고 슬래브로 덮이기 전에 바닥 난방 파이프

  • Radiant tubing layout, Project: BCIT Aerospace Hangar, Vancouver, British Columbia, Canada

    복사관 배치, 프로젝트: BCIT Aerospace Hangar, Vancouver, British Columbia, 캐나다

  • Manifold assembly

    다지관 조립체

  • Modern factory assembled hydronic control appliances for underfloor heating and cooling, shown with covers on

    커버를 씌운 상태로 표시된 바닥 난방 및 냉방을 위한 현대적인 공장 조립식 수전 제어 장치

  • Modern factory assembled hydronic control appliances for underfloor heating and cooling, shown with covers off

    커버를 벗긴 상태로 표시된 바닥 난방 및 냉방을 위한 최신 공장 조립식 수전 제어 장치

전기 시스템

전기 바닥 난방 설비, 시멘트 도포

전기 시스템은 난방에만 사용되며 케이블, 미리 성형된 케이블 매트, 청동 메시 및 탄소 필름 등 부식되지 않고 유연한 발열 요소를 사용합니다.프로파일이 낮기 때문에 열질량 또는 바닥 마감재 바로 아래에 설치할 수 있습니다.전기 시스템은 또한 전기 사용 시간 계측을 이용할 수 있으며 카펫 히터, 휴대용 러그 히터, 라미네이트 바닥 히터, 타일 바닥 난방, 목재 바닥 난방 및 바닥 난방 시스템(샤워 바닥 및 시트 난방 포함)으로 자주 사용됩니다.대형 전기 시스템은 숙련된 설계자와 상인이 필요하지만 소규모 바닥 난방 시스템의 경우에는 그렇지 않습니다.전기 시스템은 유압 시스템보다 적은 구성 요소를 사용하며 설치 및 시운전하기가 더 쉽습니다.일부 전기 시스템은 라인 전압 기술을 사용하는 반면 다른 시스템은 저전압 기술을 사용합니다.전기 시스템의 전력 소비량은 전압이 아니라 발열 소자에 의해 생성되는 와트 수 출력에 기초합니다.

특징들

수직 온도 구배로부터의 공기 흐름

바닥 난방 없이 실내 공기가 안정적으로 성층화되기 때문에 발생하는 수직 온도 변화입니다.바닥이 천장보다 섭씨 3도 이상 더 춥다.

온열 쾌적성 품질

ANSI/ASHRAE 표준 55 - 인간 거주에 대한 열 환경 조건(Thermal Environmental Conditions for Human Occuption)에 의해 정의된 바와 같이, 열적 쾌적성은 "열적 환경에 대한 만족감을 표현하고 주관적 평가에 의해 평가되는 마음 상태"이다.특히 바닥 난방과 관련하여, 열 쾌적성은 바닥 표면 온도 및 복사 비대칭, 평균 복사 온도 및 작동 온도와 같은 관련 요소에 의해 영향을 받습니다.네빈스, 롤스, 개게, P.의 연구. Ole Fanger 외 연구진은 휴식 상태에서 가벼운 사무실과 가정복의 전형적인 복장으로 사람이 감각적인 열의 50% 이상을 방사선을 통해 교환한다는 것을 보여준다.

바닥 난방은 내부 표면을 따뜻하게 함으로써 복사 교환에 영향을 미칩니다.표면의 가열은 체열 손실을 억제하여 발열 쾌적함을 인식합니다.이러한 일반적인 쾌적감은 전도(바닥의 피트)와 지표면의 공기 밀도에 대한 영향에 의한 대류를 통해 더욱 강화됩니다.바닥 밑 냉각은 단파와 장파 방사를 모두 흡수하여 내부 표면을 시원하게 만듭니다.이러한 서늘한 표면은 체열 손실을 촉진하여 냉각의 쾌적함을 인식합니다.ISO 7730 및 ASHRAE 55 표준 및 ASHRAE 기초 핸드북에서 일반적인 신발과 스타킹 발을 착용한 냉난방으로 인한 국소적 불편함을 다루고 있으며 바닥 난방 및 냉방 시스템으로 수정 또는 규제할 수 있습니다.

실내 공기질

바닥 난방은 타일, 슬레이트, 테라조 및 콘크리트와 같이 다른 방식으로 인식되는 차가운 바닥재의 선택을 용이하게 함으로써 실내 공기의 품질에 긍정적인 영향을 미칠 수 있습니다.이러한 석조 표면은 일반적으로 다른 바닥재 옵션에 비해 휘발성 유기 화합물(휘발성 유기 화합물) 배출량이 매우 낮습니다.또한 바닥 난방은 습기 조절과 함께 곰팡이, 박테리아, 바이러스 및 먼지 진드기 지원에 [27][28]덜 유리한 온도 조건을 확립합니다.총 HVAC(Heating, Venting, Air Conditioning) 부하에서 적절한 난방 부하를 제거함으로써 공기 중 오염물질의 분포를 줄이기 위해 부피 교체가 적은 전용 실외 공기 시스템으로 유입 공기의 환기, 여과 및 제습이 가능합니다.특히 알레르겐과 [29][30]관련된 바닥난방의 이점과 관련하여 의료계로부터 인정받고 있다.

에너지

바닥 밑 복사 시스템은 효율성, 엔트로피, 엑서지[31] 및 유효성의 원칙을 통해 지속가능성을 평가합니다.고성능 건물과 결합하면 바닥 시스템은 지열[33] 및 태양열 시스템에서 전형적으로 볼 수 있는 범위에서 난방 시 저온 및 냉방 시 고온으로[32] 작동합니다.이러한 불연성 재생 에너지원과 결합할 경우 지속가능성 이점에는 보일러에서 발생하는 연소 및 온실가스의 감소 또는 제거, 열[34] 펌프 및 냉각기의 발전, 비재생 에너지 및 미래 세대를 위한 재고 증가 등이 포함됩니다.이는 시뮬레이션 평가와[35][36][37][38] 미국 에너지부,[39][40] 캐나다 주택담보대출 및 [41]주택공사, 프라운호퍼 연구소[42] ISE [43]및 ASHRAE가 자금을 지원한 연구를 통해 뒷받침되었다.

안전과 건강

저온 바닥 난방은 바닥에 내장되거나 바닥 커버 아래에 배치됩니다.따라서 벽면 공간을 차지하지 않고 화상 위험이 발생하지 않으며, 넘어지거나 넘어지는 우발적인 접촉으로 인한 신체적 부상의 위험도 없습니다.이는 고령자 고객 [44][45][46]및 치매 환자 등 의료시설에서 긍정적인 점으로 언급되어 왔다.일례로, 유사한 환경 조건 하에서 온돌 바닥은 젖은 바닥의 증발 속도를 높입니다(샤워, 청소, 유출).또한 유체가 채워진 파이프가 있는 바닥 난방은 연소 및 전기 장비가 폭발 환경에서 멀리 떨어진 곳에 위치할 수 있는 난방 및 냉방 방폭 환경에서 유용합니다.

바닥 난방은 특히 카펫이 [citation needed]바닥재로 사용될 때 환경에서 가스 배출과 병든 건물 증후군을 가중시킬 수 있습니다.

바닥 아래 전기 난방 시스템은 저주파 자기장(50-60Hz 범위)을 발생시킵니다. 오래된 1-와이어 시스템은 최신 2-와이어 [47][48]시스템보다 훨씬 더 많이 발생합니다.국제암연구기구(IARC)는 정적 및 저주파 자기장을 발암 가능성이 있는 것으로 분류했다(그룹 2B).[49]

수명, 유지보수 및 수리

장비 유지보수 및 수리는 파이프, 케이블 또는 매트가 바닥에 내장되어 있는 경우를 제외하고 다른 물 또는 전기 기반 HVAC 시스템과 동일합니다.초기 시험(예: Levitt 및 Eichler에 의해 건설된 주택, 1940-1970년대)에서는 내장 구리 및 강철 파이프 시스템의 고장뿐만 아니라 법원이 폴리부틸렌 및 EPDM [50][51]재료에 대해 셸, 굿이어 및 기타에 할당한 고장이 발생했습니다.또한 1990년대 [52]중반부터 전기 가열 석고 패널이 고장 났다는 주장도 몇 가지 있었다.

대부분의 설치와 관련된 장애는 작업 현장의 무시, 설치 오류 및 자외선 조사 등의 제품 취급 부주의로 인해 발생합니다.콘크리트 설치[53] 표준 및 복사 냉난방 시스템의 설계, 시공, 작동 및 보수를 위한 모범 사례 지침에서[54] 요구하는 사전 주입 압력 시험은 부적절한 설치 및 작동으로 인한 문제를 완화합니다.

1930년대에 개발된 제품인 가교 폴리에틸렌(PEX)과 PE-rt와 같은 다양한 파생 제품을 사용하는 유체 기반 시스템은 교량 갑판, 항공기 격납고 앞치마 및 착륙 패드 같은 혹한 기후 애플리케이션에서 신뢰할 수 있는 장기 성능을 입증했다.PEX는 새로운 콘크리트 슬래브 시공, 새로운 바닥 밑 장대 시공 및 (조이스트) 개조를 위한 인기 있고 신뢰할 수 있는 가정용 옵션이 되었습니다.재료는 폴리에틸렌에서 생산되며 결합은 가교되어 있기 때문에 일반적인 유체 기반 HVAC [55]시스템과 관련된 부식이나 온도 및 압력 스트레스에 매우 강합니다.PEX의 신뢰성을 위해 설치 절차는 정확해야 하며(특히 조인트에), 물이나 유체의 최대 온도에 대한 제조업체 사양을 신중하게 준수해야 합니다.

설계 및 설치

다른 HVAC 및 배관 구성 요소가 존재할 수 있는 바닥재 조립품에 복사 난방 및 냉방 파이프를 배치하기 위한 일반적인 고려 사항
일반적인 바닥 난방 및 냉방 어셈블리.현지 관행, 법규, 표준, 모범 사례 및 화재 규정에 따라 실제 재료와 방법이 결정됩니다.

바닥 아래 냉난방 시스템의 엔지니어링은 업계 표준 및 [56][57][notes 2]가이드라인의 적용을 받습니다.

테크니컬 디자인

바닥 밑 시스템에서 또는 바닥 밑 시스템으로 교환되는 열의 양은 결합된 복사 및 대류 열 전달 계수에 기초합니다.

  • 복사 열 전달은 스테판-볼츠만 상수에 기초해 일정하다.
  • 시간에 따른 대류 열전달 변화:
    • 공기의 밀도와 그에 따른 부력공기 부력은 표면 온도에 따라 변화하며
    • 팬에 의한 공기 이동과 공간에 있는 사람과 물체의 움직임으로 인한 강제적인 공기 이동.

바닥 밑 시스템에서 대류 열 전달은 시스템이 냉각 [58]모드가 아닌 난방 모드로 작동할 때 훨씬 더 큽니다.일반적으로 바닥 아래 난방의 경우 대류 구성요소는 전체 열 전달의 거의 50%이며 바닥 아래 냉각의 경우 대류 구성요소는 10% [59]미만입니다.

열과 습기에 관한 고려사항

가열 및 냉각된 파이프 또는 난방 케이블이 다른 건물 구성요소와 동일한 공간을 공유할 경우, 냉동 기기, 냉수 저장 영역, 가정용 냉수 라인, 에어컨 및 환기 덕트 간에 기생 열 전달이 발생할 수 있습니다.이를 제어하려면 파이프, 케이블 및 기타 건물 구성요소가 모두 잘 절연되어 있어야 합니다.

바닥 아래 냉각 시 결로가 바닥 표면에 모일 수 있습니다.이를 방지하기 위해 공기 습도를 50% 이하로 낮게 유지하고 바닥 온도를 이슬점인 19°C(66F)[60] 이상으로 유지합니다.

빌딩 시스템 및 자재

  • 등급 미만으로의 열손실
  • 외부 바닥 골조에서의 열손실
    • 난방 또는 냉각된 서브 플로어는 실외와 컨디셔닝된 플로어 사이의 온도 차이를 증가시킵니다.
    • 헤더, 트리머 및 캔틸레버 섹션과 같은 골조 목재에 의해 만들어진 공동은 기후 및 건축 기술에 기초한 적절한 가치를 지닌 강성, 배트 또는 스프레이 형태의 단열재로 절연되어야 한다.
  • 석조 및 기타 경질 바닥재 고려사항
    • 콘크리트 바닥은 경화 및 온도 변화에 따른 수축 및 팽창을 수용해야 한다.
    • 부은 바닥(콘크리트, 경량 토핑)의 경화 시간 및 온도는 업계 표준을 따라야 합니다.
    • 다음을 포함한 모든 석조 유형 바닥에는 제어 및 팽창 이음매 및 균열 억제 기법이 필요합니다.
  • 목재 바닥재
    • 목재의 치수 안정성은 주로 [64]수분 함량에 기초하지만, 다음과 같은 다른 요소들이 목재가 가열되거나 냉각될 때 목재의 변화를 완화할 수 있습니다.
  • 배관기준[notes 3]

제어 시스템

다음 항목도 참조하십시오.하이드로닉스

바닥 밑 난방 및 냉방 시스템은 다음과 같은 몇 가지 제어 지점을 가질 수 있습니다.

  • 냉난방 플랜트의 유체 온도(예: 보일러, 냉각기, 히트 펌프)
    • 효율에 영향을 주다
  • 플랜트와 복사 매니폴드 사이의 배전망 내 유체 온도.
    • 자본 및 운영 비용에 영향을 주다
  • PE-x 배관 시스템의 유체 온도:[25]
    • 난방 및 냉방 수요
    • 튜브 간격
    • 상향 및 하향 손실
    • 바닥재 특성
  • 동작 온도
  • 표면 온도:[65]
    • 편안함.
    • 건강과 안전
    • 재료 무결성
    • 이슬점(바닥 냉각용)

기계적 도식도

방사 기반 HVAC 도식의 예

그림은 열 쾌적성을[65] 위한 바닥 밑 난방 및 냉방 시스템과 실내 공기 [66][67]품질을 위한 별도의 공기 처리 시스템의 간단한 기계 도식입니다.중간 규모(예: 총 조건부 바닥 면적 3000피트2(278m2) 미만)의 고성능 주택에서 제조된 수전 제어 장치를 사용하는 이 시스템은 세 개 또는 네 개 크기의 욕실과 거의 같은 공간을 차지할 것이다.

유한 요소 분석을 통한 배관 패턴 모델링

유한요소분석(FEA)을 사용하여 복사배관(튜브 또는 루프) 패턴을 모델링함으로써 다양한 루프 레이아웃의 열 확산 및 표면 온도 품질 또는 효과를 예측할 수 있습니다.모델의 성능(아래 왼쪽 이미지)과 오른쪽 이미지는 플로어링 저항, 주변 질량의 전도율, 튜브 간격, 깊이 및 유체 온도 간의 관계를 이해하는 데 유용합니다.모든 FEA 시뮬레이션과 마찬가지로 특정 조립품에 맞춰 스냅샷을 나타내며 모든 바닥 조립품이나 안정된 상태에서 상당 시간 작동한 시스템을 대표하지는 않을 수 있다.엔지니어를 위한 FEA의 실용적 적용은 유체 온도, 배면 손실 및 표면 온도 품질에 대한 각 설계를 평가할 수 있는 것입니다.여러 번의 반복을 통해 가열 시 최저 유체 온도와 냉각 시 최고 유체 온도에 대한 설계를 최적화할 수 있으므로 연소 및 압축 장비가 최대 정격 효율 성능을 달성할 수 있습니다.

  • Thermal diffusions and surface temperature quality (efficacy) of various piping layouts

    다양한 배관 배치의 열확산 및 표면온도 품질(효율성)

  • Typical FEA output screen shots of wire mesh, thermal isotherms and color-coded mapping

    와이어 메쉬, 열등온선, 색상별 매핑의 일반적인 FEA 출력 스크린샷

경제학

언더플로어 시스템에는 지역별 차이, 재료, 응용 프로그램 및 프로젝트의 복잡성에 따라 다양한 가격이 책정됩니다.북유럽, 아시아 및 유럽 공동체에서 널리 채택되고 있다.따라서 시장은 북미와 같은 저개발 시장보다 성숙하고 시스템은 비교적 저렴하며, 유체 기반 시스템의 시장 점유율은 HVAC 시스템의 3%에서 7% 사이이다(참조 자료).캐나다 통계국 및 미국 인구조사국).

Passive House, R-2000 또는 Net Zero Energy와 같은 에너지 효율 건물에서는 단일 소형 순환기 및 기본적인 온수[68] 재설정 제어 없이 제어되는 소형 응축 히터와 함께 간단한 자동 온도 조절 라디에이터 밸브를 설치할 수 있습니다.경제적인 전기 저항 기반 시스템은 욕실 및 주방과 같은 작은 구역에서도 유용하지만 난방 부하가 매우 낮은 전체 건물에서도 유용합니다.대형 구조물에서는 냉난방 요구를 처리하기 위해 보다 정교한 시스템이 필요하며, 종종 에너지 사용을 규제하고 전체 실내 환경을 제어하기 위해 건물 관리 제어 시스템이 필요합니다.

저온 복사 난방 및 고온 복사 냉각 시스템은 소경 절연 배전망과 낮은 펌핑 전력 요건을 허용하는 공장과 건물 간의 온도 차이로 인해 지역 에너지 시스템(지역 기반 시스템)에 적합합니다.난방 시 낮은 리턴 온도와 냉각 시 높은 리턴 온도는 지역 에너지 플랜트의 효율성을 극대화할 수 있도록 합니다.바닥 아래 시스템을 갖춘 지역 에너지 이면의 원칙은 동일한 [69]혜택을 가진 독립형 다층 건물에도 적용될 수 있다.또한 바닥 밑 복사 시스템은 지열 및 태양열 시스템 또는 폐열을 회수할 수 있는 모든 시스템을 포함한 재생 에너지원에 이상적입니다.

세계적인 지속가능성 추진 과정에서 장기적인 경제성은 가능한 한 냉각을 위한 압축과 난방용 연소를 제거할 필요성을 뒷받침합니다.바닥 밑의 복사 냉난방에 적합한 [clarify][citation needed]저품질 열원을 사용해야 합니다.

시스템 효율

시스템 효율성 및 에너지 사용 분석은 건물 인클로저 성능, 난방 및 냉방 플랜트의 효율성, 시스템 제어 및 전도율, 표면 특성, 튜브/소자 간격 및 복사 패널의 깊이, 작동 유체 온도 및 순환기의 [70]물 대비 와이어 효율성을 고려합니다.전기 시스템의 효율은 유사한 프로세스에 의해 분석되며 발전의 효율도 포함됩니다.

비록 방사 시스템의 효율성 끊임 없는 논의 중에 일화 같은 주장과 과학 논문 양측 제시가 부족한 것이 아니면 난방과 고등의 낮은 반환 유체 온도 대가 유체 온도에서 냉각시킬 응축 boilers,[71]chillers[72]과 열 pumps[73]하거나 가까이에 그들의 최대 가공할 페이지의 주erformance.[74][75]물의 열 용량이 상당히 크기 때문에 '와이어 대 물' 흐름보다 '와이어 대 공기' 흐름의 효율성이 더 높기 때문에 공기 기반 [76]시스템보다 유체 기반 시스템에 유리합니다.현장 응용 및 시뮬레이션 연구 모두 앞서 언급한 [77][78]원칙에 따라 복사 냉각 및 전용 실외 공기 시스템을 통해 상당한 전기 에너지 절감 효과를 입증했습니다.

패시브 하우스, R-2000 주택 또는 Net Zero Energy 건물에서는 복사 냉난방 시스템의 낮은 온도가 엑서지를 이용할 [79]수 있는 중요한 기회를 제공한다.

바닥재 효율 고려사항

시스템 효율은 바닥 질량과 점유자 사이의 방사선 경계층 역할을 하는 바닥 덮개 및 조건부 공간의 기타 내용물에 의해서도 영향을 받습니다.예를 들어 카펫은 타일보다 저항이 크거나 전도성이 낮습니다.따라서 카펫이 깔린 바닥은 타일보다 높은 내부 온도에서 작동해야 하므로 보일러 및 열 펌프의 효율성이 떨어질 수 있습니다.바닥 덮개는 체제가 설치된 시간에, 알고 있는 것을 덮고 있는 적절치 튜브 간격을 통해 공장 효율성(비록 더 높은 내부의 기온이 증가된 열 손실에 바닥의non-room 표면의 결과)을 희생하지 않고 달성될 수 있는 그러나, 이러한 내부 바닥 온도 요구했다.[80]

바닥 표면의 방사율, 반사율 및 흡수율은 거주자 및 방과의 열 교환을 결정하는 중요한 요소입니다.광택이 나지 않은 바닥재 및 처리는 매우 높은 방사율(0.85 ~ 0.95)을 가지므로 우수한 방열기가 [81]됩니다.

바닥 난방 및 냉방("역방향 바닥")의 경우 흡광도와 방사율이 높고 반사율이 낮은 바닥 표면이 가장 바람직합니다.

서모그래피 평가

시스템 시동 직후 저온 복사 난방으로 난방된 실내의 열화상

서모그래피는 시작부터 작동 조건까지 바닥 아래 시스템의 실제 열 효과를 확인하는 데 유용한 도구입니다.시동 시 튜브 위치를 쉽게 식별할 수 있지만 시스템이 안정적인 상태로 전환될수록 위치를 쉽게 식별할 수 없습니다.서모그래피 영상을 올바르게 해석하는 것이 중요합니다.FEA(Finite Element Analysis)의 경우와 마찬가지로 보이는 것은 이미지 당시의 조건을 반영하며 정상 상태를 나타내지 않을 수 있습니다.예를 들어, 그림에 표시된 표면은 '뜨거운' 것처럼 보일 수 있지만, 실제로는 인체의 표면 온도 및 코어 온도보다 낮으며 파이프를 '보는' 능력은 파이프를 '느끼는' 것과 같지 않습니다.또한 서모그래피는 건물 인클로저(왼쪽 이미지, 모서리 교차로 상세), 열 브리징(오른쪽 이미지, 스터드) 및 외부 문(가운데 이미지)과 관련된 열 손실을 지적할 수 있습니다.

복사 난방 및 냉방을 이용한 현대식 대형 건물의 글로벌 사례

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메모들

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    제1부: 설계 냉난방 능력의 결정
    파트 2: 설계, 치수 및 설치
    제3부: 벨기에 브뤼셀의 재생 에너지원 사용을 위한 최적화.
    제1부: 정의와 기호
    제2부: 바닥난방: 계산 및 시험방법에 의한 열출력 측정방법 입증
    파트 3: 치수 설정
    파트 4: 설치
    제5부: 바닥, 천장 및 벽면에 내장된 난방 및 냉방 표면 - 열출력 측정
    ISO TC 205/WG 5, 실내 열환경
    ISO TC 205/ WG 8, 복사 냉난방 시스템
    ISO TC 205/ WG 8, 난방 및 냉방 시스템
  3. ^ 바닥 난방에 사용되는 파이프의 표준 샘플:
    • ASTM F2623 - 상승온도(PE-RT) SDR 9 배관의 폴리에틸렌 표준규격
    • ASTM F2788 - 가교 폴리에틸렌(PEX)관 표준규격
    • ASTM F876 - 가교 폴리에틸렌(PEX) 배관 표준 규격
    • ASTM F2657 - 가교 폴리에틸렌(PEX) 배관의 실외 풍화 노출 표준 시험 방법
    • CSA B137.5 - 압력 적용을 위한 가교 폴리에틸렌(PEX) 배관 시스템
    • CSA C22.2 No. 130, 전기저항 가열 케이블 및 가열 장치 세트의 요건
    • UL 표준 1673 – 전기 복사 가열 케이블
    • UL 표준 1693 – 전기 복사 난방 패널 및 난방 패널 세트