Aufgrund seiner hohen spezifischen Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit bietet Wasser eine energieeffizientere Möglichkeit zur Energieverteilung in Form von Heizung und Kühlung im gesamten Gebäude als reine Luftsysteme.
Dieser Abschnitt soll einen Überblick über die folgenden wasserbasierten Systeme geben:
- Chilled ceilings (including Ceilings and Rafts / Sails).
- Chilled beams (including Active and Passive).
- Other systems (including Multi-service Chilled Beams ‘MSCBs’ and four way discharge cassette chilled beams).
Chilled beams and chilled ceilings require a relatively modest cooling water temperature (14–17°C), which can be obtained using natural cold water storage or free cooling from outside air over periods of the year depending on climate.
Also, when mechanical cooling is used, a better energy performance can be achieved because of the higher chiller CoP (coefficient of performance). Where chilled beams are used for heating, the situation is similar in that it is possible to use low temperature heat sources or heat pumps with water flow temperatures of typically 30–45°C.
Strahlungsgekühlte Decken
Bei strahlungskühldecken ist in der regel an der rückseite des deckenabschlussmaterials eine kühlwasserschlange oder ein kaltwasserelement integriert. in der Regel handelt es sich dabei um eine kupferrohrmatrix auf der rückseite von deckenplatten oder -paneelen Aus metall. die dämmung wird in der regel auf der oberseite der kühldecke angebracht, da die nutzkühlung im raum unterhalb der decke benötigt wird.
Während gekühltes Wasser durch die Spule fließt, entsteht eine kühle Deckenoberfläche, die durch Strahlung und Konvektion für Raumkühlung sorgt.
Bei der „Strahlungskühlung“ handelt es sich um die direkte absorption der von warmen oberflächen im raum abgestrahlten wärme, die auftritt, wenn kühlere oberflächen für die wärmeren oberflächen Sichtbar sind. diese art von system führt zu einer niedrigen luftgeschwindigkeit bei gleichmäßiger temperaturverteilung im aufenthaltsbereich und sorgt so für einen sehr guten komfort.
Strahlungskühldecken bieten eine architektonisch akzeptable fläche, in die eine reihe von dienstleistungen eingebaut werden können. sie können In der regel auch bei flachen deckenhohlräumen untergebracht werden und sind daher geeignet, wenn der vertikale platz begrenzt Ist. um den raum mit frischluft zu versorgen, ist ein separates lüftungssystem erforderlich.
Die Abbildung unten zeigt eine Perspektive der unteren Oberfläche mit einem Ausschnitt, der die Kühldeckenelemente zeigt, die mit der Rückseite des Paneels/der Fliese verbunden sind.
Die folgende Abbildung zeigt, wie Kaltwasserelemente miteinander verbunden und an die Wasservorlauf- und Rücklaufverteilerleitungen angeschlossen werden. Das gleiche Prinzip kann sowohl für „geklebte“ als auch für „eingelegte“ Platten/Fliesen gelten.
Radiant chilled ceilings (plaster finish)
Im modernen HVAC-Design wird die Verwendung von Kunststoffkapillarspulen mit kleinem Durchmesser immer beliebter, um Strahlungsheiz- und -kühlsysteme in Gebäudestrukturen zu integrieren. Diese Spulen werden sorgfältig an der Decke oder Wand befestigt und ermöglichen so eine gleichmäßige Temperaturverteilung über die Oberfläche. Um die Effizienz dieser Systeme zu maximieren, wird als Abschluss ein spezieller dünner Putz aufgetragen. Dies steigert nicht nur die Ästhetik, sondern minimiert auch die Auswirkungen der geringeren Wärmeleitfähigkeit des Putzes. Durch die Auswahl eines Putzes mit optimalen Eigenschaften stellen Designer eine effektive Wärmeübertragung sicher, fördern eine energieeffiziente Klimatisierung und tragen zum Gesamtkomfort im Raum bei.
Strahlungs- und konvektiv gekühlte Flöße/Segel
Radiant and convective chilled rafts or sails incorporate a chilled water coil or element onto the rear of large flat panels which are suspended below the soffit or ceiling. There is no insulation fitted to the rear of the panel as the cooling device is within the room space and all cooling (radiation and convection) is useful cooling (see Figure below).
Während gekühltes Wasser durch die Spule fließt, wirkt die Unterseite des Floßes oder Segels genauso wie eine Strahlungskühldecke mit Strahlungs- und Konvektionskühlung. Die Luft über dem Floß oder Segel wird ebenfalls gekühlt und sorgt so für zusätzliche Konvektionsleistung, wenn sie über die Kanten des Floßes oder Segels nach unten strömt.
Form und größe von flößen oder segeln können je nach architektonischen anforderungen variiert und dienstleistungen einfach integriert werden. da der erforderliche Abstand über dem floß oder den segeln gering ist, eignen sie sich dort, wo der vertikale platz begrenzt ist. Auch für eine effiziente strahlungsheizung können segel eingesetzt werden.
Konvektive Kühldeckensysteme
These systems typically comprise a framework of angled fins (usually aluminium) with a chilled water pipe or water way (usually copper) integrated into the centre of each angled fin (see Figure below).
Es findet eine Wärmeübertragung vom Wasser über das Kupfer zum Aluminium statt, wodurch die Lamellen gekühlt werden. Dadurch wird ein größerer Anteil der Kühlung durch Luftkonvektion durch die abgewinkelten Lamellen statt durch direkte Strahlung erreicht. Dieser Systemtyp kann eine höhere Kühlleistung als ein normales Strahlungssystem liefern, jedoch weniger als ein passiver Kühlbalken.
Leistung und eigenschaften
Eine Zusammenfassung der Eigenschaften von Kühldeckensystemen finden Sie in der folgenden Tabelle. Die Tabelle basiert auf:
- A) BS.EN14240
- B) Temperaturunterschied zwischen Raum und mittlerer Wassertemperatur 8°K
- C) Wasservorlauf-Rücklauftemperaturdifferenz 2°K
- D) Raumtemperatur 24°C
- E) Mittlere Wassertemperatur 16°C
- F) Aktive deckenfläche als prozentsatz der gesamten deckenfläche 80 %, Mit ausnahme Von flößen Und segeln, die 67 % ausmachen
| Charakteristisch | Radiant ceiling Lay-in / bonded (Section 3.1) | Plaster finish (Section 3.2) | Radiants/convective rafts/sails (Section 3.3) | Convective systems (Section 3.4) |
|---|---|---|---|---|
| Mögliche Kühlleistung * | ||||
| W/m² aktive fläche | 60/90 | 55/65 | 80/120 | 110 |
| W/m² Grundfläche | 48/72 | 44/52 | 54/80 | 88 |
| Deckenplatten | Alu/Stahl perforiert | Spezialpflaster | Alu/Stahl gelocht oder glatt | Offene Lamellen aus Alu/Stahl |
| Design | Zur Verwendung mit konventionellen Einlegefliesen | Spezialpflaster | Große flache Paneele, die an der Untersicht oder Decke aufgehängt sind, keine Isolierung auf der Rückseite der Paneele | Nicht zur Verwendung mit herkömmlichen abgehängten Decken geeignet |
| Akustik | ||||
| Akustische absorption | Gut | Schlecht | Separates system | Separates system |
| Raum-zu-Raum-Dämpfung | Gut | Gut | Separates system | Separates system |
| Wichtige Überlegungen | ||||
| Wärmeleistung | Wasserqualität – Siehe Abschnitt 9.3.3 | Benötigen Sie einen speziellen dünnen Gips | Abstand zwischen laibung und rückseite des paneels sowie abstand zwischen benachbarten paneelen | Rückluftspalt um den Deckenumfang herum |
| Komfortbedingungen | Ausgezeichnet | Ausgezeichnet | Gut | Gut |
| Relative kosten des systems | Medium | Mittel/Hoch | Medium | Hoch |
Kühlbalken
Die grundlegende Wärmeübertragungskomponente für Kühlbalken ist ein Rippen- und Rohrwärmetauscher, oft auch als Spulen bezeichnet. Reihen miteinander verbundener Kupferrohre werden üblicherweise mit Wärmeleitrippen aus Aluminium verbunden. Diese Anordnung wird dann in ein Blechgehäuse montiert, das entweder sein kann:
- Frei an einer untersicht aufgehängt, oder
- Installed above a perforated metal ceiling (passive beam only), or
- Bündig in ein abgehängtes Deckensystem integriert.
Kühlbalken arbeiten eher mit Konvektion als mit Strahlung. Aufgrund der größeren Lamellenoberfläche kann mit Kühlbalken im Vergleich zu Kühldecken eine höhere Wärmeleistung erzielt werden. Allerdings muss bei der Auswahl darauf geachtet werden, dass im Aufenthaltsbereich keine hohen Luftgeschwindigkeiten entstehen.
Zusammenfassung
Kühlbalken bestehen üblicherweise aus einer Reihe von Rippenrohren, die in einem quadratischen oder rechteckigen Profil angeordnet sind. Der Schlauch transportiert gekühltes Wasser, und wenn er an der Unterseite eines tragenden Bodens befestigt ist, ähnelt das Gerät einem Balken. Um die Rohrschlangen zu umschließen, kann ein Außenmantel aus Blech verwendet werden, der perforiert sein kann, um die Konvektion durch die Rippenrohrreihe zu fördern. Ein passiver Kühleffekt erfolgt durch natürliche Konvektion, eine aktive Kühlung kann jedoch durch den Einsatz einer lüfterbetriebenen Primärluftzufuhr erreicht werden. Um die Installation zu verbergen, kann die Unterseite des Kastens bündig mit einer perforierten Zwischendecke abschließen.
Kühldecken wurden ursprünglich mit Kühlwasserrohren entwickelt, die in die Unterseite einer Betonbodenplatte eingebettet waren. Die nominelle Erhöhung der Plattentiefe ist dadurch gerechtfertigt, dass keine sichtbaren Eingriffe in die Rohrleitungen auftreten. Diese Form der Strahlungskühlung hat den Nachteil, dass in der Betonplatte eine hohe thermische Masse entsteht, die nur langsam auf die thermostatische Regelung reagiert. Diese Installationen können auch „Innenraumregen“ oder Kondensation auf der Strahlungsunterseite der Platte erzeugen. Um zu verhindern, dass die Decke nass wird, wird eine hängende Variante bevorzugt, mit der Möglichkeit einer zusätzlichen oder ventilatorbetriebenen Primärluftzufuhr durch Perforationen in der Decke. Diese Perforationen erhöhen auch den Konvektionseffekt.
