HVAC air systems can be either centralized or decentralized. Centralized air systems receive their cooling and heating energy from a remote central plant. Decentralized HVAC air systems contain the central heating and cooling plant equipment within the air system itself. HVAC air systems can also be constant air volume (CAV) or variable air volume (VAV). CAV systems deliver constant supply airflow at a variable temperature. VAV systems deliver variable supply airflow at a constant temperature. CAV and VAV air systems can be further subdivided into systems that condition a single temperature zone and systems that condition multiple temperature zones.
Whether the HVAC air systems are centralized or decentralized, CAV or VAV, serve a single zone or multiple zones, the choices for heating and cooling coils within the units are the same. Generally, the heating coil in centralized HVAC air systems will be hot water, steam, or electric, and the cooling coil will be chilled water. The heating coil in decentralized HVAC systems will be electric, direct or indirect gas-fired or (reverse cycle) direct expansion (DX) refrigerant (for heat pumps only); the cooling coil will be DX refrigerant.
A zona singola
A single-zone CAV system consists of an air handling unit that delivers constant supply airflow (Fig. 1). The heating and/or cooling capacity of the unit is modulated by varying the temperature of the supply airflow to meet the needs of a single thermostat mounted in one of the spaces served by the unit.
I sistemi CAV a zona singola possono servire più spazi; Pertanto, è importante garantire che tutti gli spazi serviti da un sistema CAV a zona singola abbiano caratteristiche di carico HVAC simili.
Riscaldamento e ventilazione
Heating and ventilating (H&V) systems are used to serve spaces that require heating only and also require outdoor air ventilation for occupant ventilation or exhaust air makeup. H&V units are often configured to deliver 100% outdoor air. However, they may have return air capabilities if the outdoor airflow is less than the supply airflow that is required to provide effective heating of the spaces served during the winter. If the units heat the spaces they serve during unoccupied periods when the exhaust systems are off and the outdoor air dampers are shut, H&V units may also be equipped with return air capabilities. H&V units normally recirculate 100% of the air during the unoccupied mode of operation.
Durante l'estate è comune che le unità H &: V posizionano i loro smorzatori d'aria all'aperto e restituiscono l'aria per fornire aria esterna al 100% negli spazi serviti per mantenere la temperatura dello spazio a 5 a 10 ° F superiore alla temperatura esterna. Se le unità H &: V hanno capacità di restituzione dell'aria, è necessario effettuare disposizioni all'interno degli spazi serviti per alleviare o esaurire l'aria esterna in eccesso che viene introdotta durante la modalità operativa estiva.
Il controllo della temperatura per i sistemi H &: V è lo stesso del sistema CAV a zona singola descritta in precedenza, tranne per il fatto che il termostato spaziale controllerà la capacità di riscaldamento solo dell'unità H&V. Alcuni esempi comuni di spazi che richiedono sistemi H&V sono palestre, spogliatoi e cucine:
Zona multipla
I sistemi CAV non sono adatti a fornire più zone di controllo della temperatura perché servire più zone con sistemi CAV comporta un costo energetico più elevato e, in alcuni casi, un primo costo più elevato rispetto alle opzioni VAV normalmente disponibili. Tuttavia, attraverso l'uso di configurazioni di riscaldamento, a doppio dutto e multizone, i sistemi CAV possono servire a più zone di temperatura per alcune applicazioni, in particolare i lavori di ristrutturazione dei sistemi esistenti.
Riscaldare
A CAV reheat system consists of a CAV unit whose supply air ductwork branches out to serve multiple zones within the area served by the unit (Fig. 2). A reheat coil is mounted within the branch duct to each zone. Typically, the discharge air temperature from the CAV unit is maintained at approximately 55°F so that it can meet the cooling needs of the temperature zones, if required. A heating-only thermostat located in each zone controls the heating output of its associated zone reheat coil. This coil reheats the supply air from the CAV unit as required to maintain the setpoint of the zone thermostat. If no heating is required in the zone, the heating coil will be shut off. The zone reheat coil needs to be sized not only to meet the building envelope heat losses for the zone but also to raise the supply airflow from the discharge air temperature (typically 55°F) to the zone cooling setpoint (typically 75°F).
CAV reheat systems are not energy efficient because simultaneous cooling (at the CAV unit) and heating (at the reheat coil) of the supply airflow occu.rs. Care must be taken when designing CAV reheat systems because the 2018 International Energy Conservation Code, Section 503.4.5, requires the supply airflow to be reduced to at least 30% of the maximum supply airflow to each zone before reheating can occur. One exception to this rule is for .zones that have special humidity control requirements.
Doppio condotto
A dual-duct CAV system includes two separate supply air ducts, one hot duct and one cold duct, connected to a specially configured CAV air handling unit (Fig. 3). The supply airflow is divided within the unit downstream of the supply fan into what are called the hot deck and cold deck. A heating coil is installed within the unit in the hot deck and a cooling coil is installed within the unit in the cold deck. A portion of the supply airflow is blown through the hot deck and disclw:ged through the main hot duct connected to the unit. The remaining supply airflow is blown through the cold deck. and discharged through the main cold duct connected to the unit. Both the hot and cold supply ducts are routed parallel to each other through the building and branch out to serve multiple zones within the area served by the unit.
Ogni zona è dotata di una scatola di miscelazione a doppio condotto, che ha connessioni di ingresso con condotto sia caldo che freddo, ognuna delle quali è dotata di un serranda a motore e un sensore di flusso d'aria di ingresso. La scatola di miscelazione a doppio condotto ha un singolo condotto attraverso il quale l'aria viene fornita alla zona. La temperatura dell'aria fornita alla zona è controllata modulando i flussi d'aria caldi e freddi nella scatola di miscelazione a doppio condotto come richiesto per mantenere il setpoint del termostato della zona. Per le scatole di miscelazione a doppio condotto CAV, il flusso d'aria di alimentazione totale verso la zona rimane costante.
In genere, la temperatura dell'aria del ponte freddo dall'unità di maneggevolezza dell'aria Cav viene mantenuta a circa 85 ° F in modo che il raffreddamento sia disponibile se necessario dalle zone di temperatura. La temperatura del ponte calda dall'unità CAV viene mantenuta a circa 55 ° F in modo che il riscaldamento sia disponibile se necessario dalle zone di temperatura. La bobina di riscaldamento in un'unità di maneggevolezza dell'aria a doppio dutto può essere acqua calda, vapore o elettrica. La bobina di raffreddamento sarà normalmente acqua fredda. Le unità di maneggevolezza dell'aria a doppio dutto raramente, se mai, utilizzano una bobina di raffreddamento del refrigerante DX.
I sistemi CAV a doppio dutto generalmente non hanno un'applicazione per edifici commerciali a causa dell'elevato primo costo. Pertanto, non discuteremo di sistemi a doppio dutto in modo più dettagliato, i sistemi di cav a doppio dutto sono stati progettati anni fa principalmente per servire le aree di laboratorio all'interno degli edifici. Pertanto, è necessario che il progettista del sistema AC HV comprenda il tipo di sistema nel caso in cui un progetto comportasse il rinnovamento di un edificio con un sistema CAV a doppio dutto. Tuttavia, oggi sono disponibili più sistemi HVAC per servire aree di laboratorio che hanno un costo di primo costo inferiore e un costo operativo inferiore rispetto ai sistemi CAV a doppio dutto. Pertanto, è improbabile che un nuovo edificio richieda un sistema CAV a doppio dutto.
Multizona
Multizone CAV systems are similar to dual-duct CAV systems in that there is a hot deck and a cold deck within the air handling unit (Fig. 4). The difference is that the hot and cold airstreams for each zone are mixed at the air handling unit. There is a hot and cold air motor-operated damper mounted on the discharge of the air handling unit for each zone; that is, if the unit is a five-zone unit, there will be five hot deck motor-operated dampers and five cold deck motor-operated dampers mounted on the discharge of the unit. There is a single duct connection on the combined outlet of each hot and cold damper serving each zone through which air is supplied to the zone. The temperature of the air supplied to each zone is controlled by modulating the hot and cold airflows at the air handling unit as required to maintain the setpoint of the zone thermostat. For CAV multizone systems, the total supply airflow to each zone remains constant. The hot and cold deck temperatures for multizone CAV systems are similar to the deck temperatures for dual-duct CAV systems.
I sistemi CAV multizone non sono comunemente utilizzati negli edifici commerciali perché le opzioni VAV disponibili in genere hanno un primo costo inferiore e un costo operativo inferiore. Inoltre, il numero di zone che possono essere ospitate da un'unità multizone è limitato dallo spazio fisico disponibile per installare gli smorzatori a motore caldo e freddo per ciascuna zona sulla scarica dell'unità di manipolazione dell'aria. Pertanto, le unità multizone non possono servire non più di circa otto zone. Il numero di zone che possono essere servite da un sistema VAV non è limitato dall'attrezzatura ma è determinato dalle esigenze delle aree servite.
Sourcebook HVAC Design - W. Larsen Angel, PE, Leed AP, è un principale della società di ingegneria di consulenza MEP Green Building Energy Engineers. Ha lavorato nel settore dell'ingegneria della consulenza MEP per più di 30 anni. Angel ha contribuito allo sviluppo di standard di progettazione e continua a trovare nuovi modi per semplificare il processo di progettazione del sistema HVAC.
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