Zastosowanie wentylacji hybrydowej jest ważną częścią projektu budynku, zwłaszcza w budynkach o wysokich sufitach. Systemy wentylacji hybrydowej są stosowane w celu zwiększenia przepływu powietrza i poprawy wydajności budynku. Systemy te są najbardziej efektywne, gdy są stosowane w budynkach o mieszanym trybie pracy – te dane są wynikiem pracy redakcji serwisu . Budynek o trybie mieszanym to taki, który posiada zarówno elementy wysokie jak i niskie. Zastosowanie wentylacji hybrydowej w takich budynkach poprawia przepływ powietrza i zwiększa efektywność energetyczną.
Budynki wysokie
W porównaniu z tradycyjną wentylacją, wentylacja hybrydowa zapewnia bardziej optymalną równowagę pomiędzy jakością powietrza wewnętrznego a komfortem cieplnym. Oferuje również zaawansowane rozwiązania wentylacyjne dla złożonych projektów budynków. Wykorzystując naturalne i mechaniczne tryby wentylacji, może również reagować na interwencje użytkowników i zapewnić komfortową jakość powietrza w pomieszczeniach. Co więcej, wentylacja hybrydowa może zmniejszyć koszty energii. Technologia ta jest przejrzysta dla użytkownika i zrównoważona. Ponadto może zmniejszyć wpływ na środowisko całorocznej klimatyzacji.
W wielu badaniach badano wydajność wentylacji hybrydowej w budynkach o niskiej i średniej wysokości. Jednak niewiele badań dotyczyło jej działania w budynkach wysokich. Złożoność konstrukcji budynków i zmienność warunków pogodowych ograniczają możliwość przeprowadzenia pomiarów w pełnej skali. Niemniej jednak, dane ze świata rzeczywistego mogą być wykorzystane do opracowania prostego, praktycznego modelu hybrydowej wentylacji w budynkach wysokich.
W celu symulacji wentylacji hybrydowej w budynkach wysokich opracowano uproszczony, zredukowany model 5-strefowy. Model ten może optymalizować równomierność wentylacji hybrydowej na różnych piętrach budynku wysokościowego i może być wykorzystany w aplikacjach on-line model predictive control (MPC). Model został zwalidowany na podstawie danych pomiarowych, które wskazały, że model posiada dokładne współczynniki przepływu i wartości średnie dla wszystkich częstotliwości wentylatorów.
Model ten będzie dalej rozwijany w celu włączenia analizy masy termicznej dla przyszłych zastosowań MPC. Ponadto, więcej pomiarów zostanie zebranych dla różnych warunków pogodowych. Pomiary te zostaną wykorzystane do dalszej analizy hybrydowych systemów wentylacyjnych w budynkach wysokich.
5-strefowy uproszczony model został zweryfikowany w stosunku do danych pomiarowych dla wentylacji hybrydowej w 17-piętrowym budynku. Wyniki pokazują, że model dokładnie przewiduje przepływ wentylacji i ma średnią wartość 0,62 m2/m3 dla wszystkich częstotliwości wentylatorów. Jednakże różnica pomiędzy wynikami z modelu uproszczonego i szczegółowego wynosi 10%. Różnica ta może być wyjaśniona różnicami we współczynnikach przepływu powietrza. Ponadto, gdyby wartość C została skalibrowana na podstawie zmierzonych współczynników wentylacji, przyczyniłoby się to do dokładnego przewidywania wentylacji hybrydowej.
W celu walidacji wyników przeprowadzono test równomierności prędkości. Wyniki pokazują, że prędkość przepływu wentylacji jest znacznie bardziej jednolita na wyższych piętrach. Pokazują one również, że niejednolite prędkości przy dużych otworach mogą powodować problemy z określeniem natężenia przepływu wentylacyjnego.
Budynki o niskiej zabudowie
Kilka badań dotyczyło wentylacji hybrydowej dla budynków o niskiej zabudowie. Badania te dotyczyły różnych tematów, w tym wydajności cieplnej, metod kwantyfikacji i modelowania. Badania te często skupiały się na pojedynczym domu lub małym budynku komercyjnym. W wielu przypadkach badania te nie dostarczyły wystarczającej ilości danych, aby dokonać szczegółowego porównania wyników pomiarów i symulacji. Wykazały one jednak, że hybrydowe systemy wentylacyjne mogą zmniejszyć zużycie energii chłodniczej i emisję gazów cieplarnianych (GHG).
Wiadomo, że budynki wysokie są bardziej energochłonne niż budynki niskie. Mają one również złożony system mechaniczny. W szczególności, efekt komina i obciążenia wewnętrzne wpływają na przepływ wentylacji. Dodatkowo, jakość powietrza zewnętrznego może wpływać na działanie budynku.
Wentylacja hybrydowa może być połączona z ulepszoną powłoką termiczną w celu zmniejszenia zużycia energii chłodzącej. Wentylacja hybrydowa może zaoszczędzić energię nawet do 60%. System wentylacji hybrydowej może również poprawić jakość powietrza w pomieszczeniach i zapewnić komfort termiczny, gdy warunki zewnętrzne nie są odpowiednie.
W kilku badaniach zbadano możliwość zastosowania strategii wentylacji hybrydowej w celu poprawy jakości powietrza w pomieszczeniach. W kilku badaniach badano również oszczędności energii związane z wentylacją hybrydową. Większość badań dotyczyła budynków o obciążeniach wewnętrznych pomiędzy 10 a 25.
Ponadto, wiele badań porównało wentylację hybrydową z wentylacją naturalną. Badania te wykorzystywały symulacje do porównania wydajności energetycznej wewnątrz budynku zarówno w przypadku wentylacji naturalnej, jak i mechanicznej. Jednak do tej pory niewiele było badań dotyczących porównania strategii wentylacji hybrydowej z pomiarami całego budynku w pełnej skali. Pomiary te są niezbędne do walidacji modeli symulacyjnych, ale są one ograniczone przez złożoność budynku. W konsekwencji w literaturze dostępnych jest niewiele zwalidowanych symulacji całego budynku.
W niniejszej pracy przedstawiamy wyniki pomiarów wentylacji hybrydowej w 17-piętrowym budynku. Dane pomiarowe zostały zweryfikowane względem uproszczonego, zredukowanego modelu 5-strefowego. Model ten jest przeznaczony do stosowania w aplikacjach kontroli predykcyjnej on-line (MPC). Jest on również przeznaczony do użycia w połączeniu z innymi modelami w celu optymalizacji wentylacji hybrydowej w budynku wysokim. Jest on również udoskonalany w celu włączenia analizy masy termicznej. Pozwoli to na zwiększenie dokładności modelu.
Budynki o trybie mieszanym
Zastosowanie hybrydowego systemu wentylacji w budynkach o trybie mieszanym (MM) ma potencjał zaoszczędzenia do 70% zużycia energii, jak również dużego śladu węglowego. Ma również potencjał złagodzenia wymagań dotyczących chłodzenia w miarę ocieplania się klimatu. Jednak wdrożenie tych strategii może prowadzić do dodatkowych kosztów i frustracji lokatorów. Ponadto, obecny stan wiedzy w branży opiera się na stałych harmonogramach i regułach heurystycznych.
W ostatnich latach podjęto różne badania. W szczególności, ostatnie badania skupiły się na algorytmach sterowania i detekcji, która je wspiera. Kilka badań skupiło się na optymalnych metodach sterowania, a także na sposobach osiągnięcia komfortu cieplnego. Jednak niewiele badań dotyczyło skuteczności wentylacji w trybie mieszanym. Niniejszy przegląd ma na celu analizę kluczowych czynników, które określają potencjał oszczędności i komfortu w budynkach MM. W szczególności przyjrzymy się wydajności cieplnej budynków MM, jak również narzędziom kontrolnym i symulacyjnym, które mogą pomóc w osiągnięciu tych celów.
Najczęstsze podejścia stosowane do sterowania budynkami MM to klasyczne techniki sterowania. Obejmują one algorytmy sterowania, reguły heurystyczne oraz monitoring i badania. Istnieją jednak również podejścia bardziej złożone.
Narzędzia symulacyjne pozwalają z łatwością symulować wiele scenariuszy i wejść. Jednak porównanie wyników z badań symulacyjnych może być trudne. Ponadto, badania symulacyjne mają różne założenia. Ocena optymalnych metod sterowania lub fizyki wentylacji hybrydowej może być trudna. Niemniej jednak, wyniki badań symulacyjnych są dobrym punktem wyjścia do przyszłych badań.
Do symulacji działania wentylacji hybrydowej w budynkach wysokich opracowano uproszczony model 5-strefowy o zredukowanym rzędzie. Model ten został zweryfikowany z danymi pomiarowymi, a następnie wykorzystany do optymalizacji wentylacji hybrydowej dla pełnowymiarowego budynku. Może on być również wykorzystany do kontroli on-line lub predykcyjnej budynku wysokiego.
Innym podejściem było wykorzystanie adaptacyjnej teorii komfortu cieplnego do określenia optymalnych metod kontroli dla budynków MM. Podejście to zostało przetestowane w budynku mieszkalnym. Wyniki pokazały, że wentylacja MM była najbardziej efektywnym środkiem redukcji energii.
Zdecentralizowany system wentylacyjny FVPpulse
W przeciwieństwie do konwencjonalnych zdecentralizowanych systemów wentylacyjnych, FVPpulse oferuje wentylację hybrydową. Jest to jedyny na rynku zdecentralizowany system wentylacyjny, który posiada funkcję oddychania. Dzięki temu urządzenie może dostarczać powietrze z prędkością do 150 cfm.
Ten rodzaj wentylacji jest idealny do pomieszczeń, w których istnieje potrzeba ciągłej wymiany powietrza. Do takich pomieszczeń należą sypialnie i łazienki. Zatrzymuje również kurz, pyłki i pleśń.
FVPpulse to wyjątkowe rozwiązanie, które jest kompaktowe, energooszczędne i zapewnia doskonałą akustykę. Został również zaprojektowany tak, aby spełniać wymagania dyrektywy ErP dla budynków niemieszkalnych. Urządzenie może być montowane w systemach poręczy, podłóg podwieszanych i fasad.
W FVPpulse jeden wentylator zasysa świeże powietrze zewnętrzne i transportuje zużyte powietrze z pomieszczenia na zewnątrz. Ceramiczny akumulator ciepła okresowo ładuje się i rozładowuje, stanowiąc źródło energii dla powietrza wentylacyjnego.
FVPpulse oferuje odzysk ciepła do 90%. Dzięki temu stanowi ekonomiczną alternatywę dla koncepcji centralnej klimatyzacji. Urządzenie oferuje również wysoką wydajność energetyczną i jest dostępne w różnych rozmiarach.
FVPpulse posiada również system zaworów, który cyklicznie przełącza się pomiędzy funkcjami wlotu i wylotu. Dzięki temu system wentylacyjny nie ulega zwarciu. Urządzenie zapobiega również zwarciom przepływu na elewacji.
FVPpulse oferuje bardziej kompaktową konstrukcję niż konwencjonalne zdecentralizowane systemy wentylacyjne. Ma mniej części i może być zainstalowany na podłodze podniesionej. Dzięki temu jest to pierwsze zdecentralizowane urządzenie wentylacyjne, które jest ekonomicznie konkurencyjne w stosunku do koncepcji centralnej klimatyzacji.
System posiada również dźwiękoszczelny port przelewowy, który umożliwia wymianę powietrza z obszarem korytarza. Pomaga to w redukcji stężenia CO2 i zapewnia skuteczną wentylację stref wewnętrznych.
Oprócz funkcji wentylacji hybrydowej, FVPpulse oferuje bardziej energooszczędną alternatywę dla konwencjonalnych zdecentralizowanych systemów wentylacyjnych. Jego opatentowana koncepcja wentylacji, w połączeniu z odzyskiem ciepła, pozwala na kompletną termiczną obróbkę powietrza w budynkach niemieszkalnych. Jest również w stanie dostarczać powietrze z prędkością 75 cfm. Dzięki temu możliwe jest podcięcie minimalnego SFP wymaganego przez normę EnEV 2014.