¿Cuál es el medio más eficiente para calentar un edificio con un techo alto?

Considere un auditorio grande, una iglesia o algún otro edificio muy grande, esencialmente de una habitación con un techo alto. Suponga que el edificio tiene muchas entradas que permiten la entrada de aire frío / aire caliente y el tráfico dentro y fuera del edificio es inevitablemente grande.

Me imagino que cualquier intento de controlar la temperatura de un edificio tan grande sería muy ineficiente en términos de energía y costo, particularmente porque se eleva el aire caliente.

Suponiendo que hace mucho frío afuera y estamos interesados ​​principalmente en mantener el edificio cálido a nivel del suelo para que sea cómodo para los humanos trabajar e interactuar, ¿cuál es el mejor método para mantener un edificio tan grande, esencialmente de una sola habitación con un ¿Techo alto cálido cuando la exposición al aire frío al aire libre es frecuente e inevitable?

Cuando digo "mejor", me interesa equilibrar la energía, el mantenimiento y los costos monetarios durante la vida útil del edificio.

Su pregunta tiene dos partes: cómo suministrar calor y cómo mantenerlo adentro.

Las habitaciones grandes y abiertas con techos altos se calientan de manera más eficiente con calor radiante. El aire caliente se eleva, lo que hace que los sistemas de aire forzado sean ineficientes porque el calor bombeado termina en el techo y la parte más fría de la habitación está cerca del piso donde realmente desea el calor. Los sistemas de piso radiante se limitan a aproximadamente 87F porque están en contacto con los ocupantes, por lo que su producción máxima puede no ser suficiente para mantener el espacio cómodo. También pierden más calor por convección que los techos radiantes. (Ver esta ref .)

En cuanto a mantener el calor adentro, además del aislamiento sólido / barreras: las puertas de aire (también conocidas como cortinas de aire) son la solución estándar en los pasillos de alto tráfico.

Otra opción para la solución radiante anterior sería los sistemas de distribución de aire debajo del piso (UFAD) que usan ventilación por desplazamiento. Estos sistemas requieren un pleno piso elevado que funciona bien en auditorios de estilo teatro, donde a menudo se tiene esto de todos modos. El pleno se convierte esencialmente en su conducto de suministro.

Los sistemas están dimensionados para acondicionar solo la zona ocupada, digamos los primeros 2 m sobre la salida. Entonces, no importa qué tan alto sea su techo, terminará calentando solo un volumen de 2 m de alto.

A diferencia de los sistemas radiantes, que calientan a las personas directamente y no cambian la temperatura del aire, el componente del aire exterior se trata. Si esto es una ventaja o no, depende de los volúmenes de aire exterior requeridos, donde estos volúmenes se introducen en relación con los ocupantes (es decir, ¿está soplando aire frío sobre alguien?), Así como los niveles de comodidad esperados.

Oportunidades para ahorrar energía en sistemas UFAD

• Temperaturas de suministro más bajas cuando se calienta, temperaturas de suministro más altas cuando se enfría
• El volumen condicionado se limita a la zona ocupada sin importar la altura del techo
• La velocidad de suministro es menor, sin embargo, los volúmenes de suministro aumentan; puede haber algún valor en la optimización aquí y pensar en los perímetros y la zonificación interna
• Baja caída de presión en el suministro
• Agregue un intercambiador de calor para capturar el calor del aire de retorno

Algunas otras cosas a tener en cuenta:

• La velocidad más baja y los volúmenes más altos en conjunto significan que el número de salidas podría aumentar y que estos sistemas no pueden manejar las mismas cargas máximas que los sistemas convencionales; Esto será importante para las zonas perimetrales. La estructura del edificio debe optimizarse para limitar las cargas máximas (pérdidas / ganancias por acristalamiento)
• Velocidades más bajas también significan menos problemas con el tiro (al menos en teoría)
• Si la zonificación acústica no coincide con la zonificación mecánica, las cosas se pondrán un poco complicadas; la separación acústica puede requerir que se bajen las paredes hasta el pleno
• Si tiene un sistema de piso de baldosas, los difusores de salida pueden intercambiarse, lo que tiene múltiples beneficios: por un lado, proporciona un diseño de habitación muy flexible que se puede cambiar en cualquier momento; Además, los sistemas introducen cierta flexibilidad para que los ocupantes se sientan cómodos al reubicar las baldosas del difusor
• Wikipedia tiene un artículo que proporciona una visión general de los sistemas UFAD y uno para ventilación por desplazamiento.

Lo que es "más eficiente" depende de muchas otras cosas además de las alturas del espacio. Los UFAD pueden ser una buena solución en ciertas situaciones, pero lo mismo es cierto, por ejemplo, para sistemas radiantes. Lo que definitivamente te gustaría evitar es terminar acondicionando un volumen de aire de 4 m de altura.

Algunas imágenes UFAD de la página wiki para ahorrarle un clic:

Aquí hay algunas formas de evitar que escape el aire caliente:

• Las puertas giratorias evitan un flujo constante de intercambio de aire entre el interior y el exterior.
• Áreas de bloqueo de aire : un doble juego de puertas correderas también puede evitar el intercambio continuo de aire.
• La presión positiva por la entrada, generalmente suministrada por un calentador de ventilador por encima de la puerta de entrada interior, asegura que la mayor parte del aire permanezca adentro y que el aire del calentador de ventilador escape.

Para mantener calientes las áreas inferiores, el aire caliente en la parte superior del edificio se puede expulsar a los respiraderos del piso a una velocidad muy lenta. Ya sea directamente o mediante un intercambiador de calor para que el calor del aire viciado se transfiera a una corriente de aire fresco desde el exterior. Esta es también una forma relativamente eficiente de calentar el aire en primer lugar. Una bomba de calor también se puede usar para calentar el piso usando tuberías de calefacción debajo del piso. Esto ayuda a evitar la pérdida de calor del aire caliente en el piso y mantiene la masa física en el área inferior tibia.