กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 10 นาที

การทำความร้อนและการทำความเย็นแบบแผ่รังสี

การทำความร้อนและความเย็นแบบแผ่รังสี เป็นเทคโนโลยี HVAC ประเภทหนึ่งที่ แลกเปลี่ยนความร้อน ทั้งแบบ การพาความร้อน และ การแผ่รังสี กับสภาพแวดล้อมที่ออกแบบมาเพื่อทำความร้อนหรือความเย็น...

การทำความร้อนและการทำความเย็นแบบแผ่รังสี

(Learn how and when to remove this message)
ภาพตัดขวางของห้องที่มีฝ้าเพดานคอนกรีตเสริมเหล็กที่ระบายความร้อนและทำความร้อนจากภายใน
ภาพตัดขวางของห้องที่มีฝ้าเพดานคอนกรีตเสริมเหล็กที่ระบายความร้อนและทำความร้อนจากภายใน

การทำความร้อนและความเย็นแบบแผ่รังสี เป็นเทคโนโลยี HVACประเภทหนึ่งที่แลกเปลี่ยนความร้อนทั้งแบบการพาความร้อนและการแผ่รังสีกับสภาพแวดล้อมที่ออกแบบมาเพื่อทำความร้อนหรือความเย็น มีเทคโนโลยีการทำความร้อนและความเย็นแบบแผ่รังสีหลายประเภทย่อย ได้แก่ "แผงเพดานแผ่รังสี" [ 1 ] "ระบบพื้นผิวฝังตัว" [ 1 ] "ระบบอาคารที่ทำงานด้วยความร้อน" [ 1 ]และเครื่องทำความร้อนอินฟราเรดตามคำจำกัดความบางประการ เทคโนโลยีจะถูกจัดอยู่ในประเภทนี้ก็ต่อเมื่อการแผ่รังสีมีสัดส่วนมากกว่า 50% ของการแลกเปลี่ยนความร้อนกับสภาพแวดล้อม[ 2 ]ดังนั้น เทคโนโลยีเช่นหม้อน้ำและคานทำความเย็น (ซึ่งอาจเกี่ยวข้องกับการถ่ายเทความร้อนแบบแผ่รังสีด้วย) จึงมักไม่ถือว่าเป็นการทำความร้อนหรือความเย็นแบบแผ่รังสี ภายในประเภทนี้ เป็นเรื่องที่เหมาะสมที่จะแยกแยะระหว่างการทำความร้อนแบบแผ่รังสีอุณหภูมิสูง (อุปกรณ์ที่มีอุณหภูมิแหล่งกำเนิด >≈300 °F) และการทำความร้อนหรือความเย็นแบบแผ่รังสีที่มีอุณหภูมิแหล่งกำเนิดปานกลาง บทความนี้กล่าวถึงการทำความร้อนและความเย็นแบบแผ่รังสีที่มีอุณหภูมิแหล่งกำเนิดปานกลางเป็นหลัก ซึ่งใช้ในการทำความร้อนหรือความเย็นภายในอาคาร ระบบทำความร้อนและทำความเย็นแบบแผ่รังสีอุณหภูมิปานกลางมักประกอบด้วยพื้นผิวขนาดค่อนข้างใหญ่ที่ได้รับความร้อนหรือความเย็นจากภายในโดยใช้แหล่งความร้อนจากน้ำหรือไฟฟ้า สำหรับการทำความร้อนแบบแผ่รังสีอุณหภูมิสูงภายในหรือภายนอกอาคาร โปรดดูที่: เครื่องทำความร้อนอินฟราเรดสำหรับการใช้งานละลายหิมะ โปรดดูที่: ระบบละลายหิมะ

ประวัติศาสตร์

ระบบทำความร้อนและทำความเย็นแบบแผ่รังสีมีต้นกำเนิดมาจากระบบที่แยกจากกัน แต่ปัจจุบันมีรูปแบบที่คล้ายคลึงกัน ระบบทำความร้อนแบบแผ่รังสีมีประวัติศาสตร์อันยาวนานในเอเชียและยุโรป ระบบที่เก่าแก่ที่สุด ย้อนไปถึง 5000 ปีก่อนคริสตกาล พบในภาคเหนือของจีนและเกาหลี การค้นพบทางโบราณคดีแสดงให้เห็นถึงคังและดิคัง ซึ่งเป็นเตียงและพื้นที่มีระบบทำความร้อนในบ้านเรือนจีนโบราณ คังมีต้นกำเนิดในศตวรรษที่ 11 ก่อนคริสตกาลในความหมายว่า "เพื่อทำให้แห้ง" ต่อมาได้พัฒนาเป็นเตียงที่มีระบบทำความร้อน ในขณะที่ดิคังได้ขยายแนวคิดนี้ไปสู่พื้นที่มีระบบทำความร้อน ในเกาหลี ระบบ ออนดอลซึ่งหมายถึง "หินอุ่น" ใช้ปล่องใต้พื้นเพื่อส่งควันจากเตาในครัว ทำให้หินแบนร้อนขึ้นและแผ่ความร้อนไปยังห้องด้านบน เมื่อเวลาผ่านไป ระบบออนดอลได้ปรับเปลี่ยนมาใช้ถ่านหิน และต่อมาได้เปลี่ยนไปใช้ระบบที่ใช้น้ำในศตวรรษที่ 20 และยังคงเป็นระบบทำความร้อนทั่วไปในอาคารของเกาหลี[ 3 ]

ในยุโรป ระบบ ไฮโปคอสต์ ของโรมัน ซึ่งพัฒนาขึ้นราวศตวรรษที่ 3 ก่อนคริสต์ศักราช เป็นวิธีการให้ความร้อนแบบแผ่รังสีในยุคแรก โดยใช้เตาเผาที่เชื่อมต่อกับปล่องไฟใต้พื้นและผนังเพื่อหมุนเวียนอากาศร้อนในห้องอาบน้ำสาธารณะและวิลล่าเทคโนโลยีนี้แพร่กระจายไปทั่วจักรวรรดิโรมัน แต่เสื่อมถอยลงหลังจากการล่มสลาย และถูกแทนที่ด้วยเตาผิงที่เรียบง่ายกว่าในยุคกลาง ในช่วงเวลานี้ ระบบต่างๆ เช่นKachelofenจากออสเตรียและเยอรมนี ใช้มวลความร้อนเพื่อการจัดเก็บและกระจายความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพ ในช่วงศตวรรษที่ 18 การให้ความร้อนแบบแผ่รังสีกลับมาใช้ใหม่ในยุโรป โดยได้รับแรงผลักดันจากความก้าวหน้าในเทคนิคการจัดเก็บความร้อน เช่น ปล่องไฟที่ให้ความร้อนเพื่อการกระจายความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพ และความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับวิธีการที่วัสดุกักเก็บและถ่ายเทความร้อน ในช่วงต้นศตวรรษที่ 19 การพัฒนาระบบที่ใช้น้ำโดยมีท่อน้ำร้อนฝังอยู่ภายในได้ปูทางไปสู่การให้ความร้อนแบบแผ่รังสีสมัยใหม่ ซึ่งให้ความสบายภายในอาคารผ่านการถ่ายเทความร้อน[ 4 ]

การระบายความร้อนด้วยรังสีก็มีรากฐานมาจากสมัยโบราณเช่นกัน ในศตวรรษที่ 8 ช่างก่อสร้างชาวเมโสโปเตเมียใช้ผนังที่อัดแน่นด้วยหิมะเพื่อระบายความร้อนภายในอาคาร แนวคิดนี้กลับมาอีกครั้งในศตวรรษที่ 20 ด้วยระบบระบายความร้อนด้วยน้ำในยุโรป โดยฝังท่อน้ำเย็นไว้ในโครงสร้างเพื่อดูดซับและกระจายความร้อน เพื่อตอบสนองความต้องการด้านการระบายความร้อน[ 4 ] [ 5 ]การระบายความร้อนด้วยรังสีได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางมากขึ้นในช่วงทศวรรษ 1990 ด้วยการนำระบบระบายความร้อนที่พื้นมาใช้[ 6 ]ปัจจุบัน ระบบระบายความร้อนด้วยรังสีสมัยใหม่มักใช้น้ำเป็นตัวกลางในการถ่ายเทความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพ และมีการนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอาคารที่พักอาศัย อาคารพาณิชย์ และอาคารอุตสาหกรรม แม้ว่าจะมีคุณค่าในด้านศักยภาพในการเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงาน การทำงานที่เงียบ และความสบายทางความร้อน[ 7 ]แต่ประสิทธิภาพของระบบก็แตกต่างกันไปตามการออกแบบและการใช้งาน ซึ่งนำไปสู่การอภิปรายอย่างต่อเนื่อง[ 8 ]

ระบบทำความร้อนแบบแผ่รังสี

เครื่องทำความร้อนไฟฟ้าอินฟราเรดฮาโลเจน
เครื่องทำความร้อนความเข้มสูงแบบใช้แก๊ส
เครื่องทำความร้อนกลางแจ้งแบบใช้แก๊ส

การทำความร้อนด้วยรังสีเป็นเทคโนโลยีสำหรับการทำความร้อนทั้งภายในและภายนอกอาคาร เราพบเห็น ความร้อนจาก รังสี ได้ทุกวัน ตัวอย่างที่พบเห็นได้บ่อยที่สุดคือความอบอุ่นจากแสงแดด อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีการทำความร้อนด้วยรังสีนั้นมีความหมายที่แคบกว่า กล่าวคือ เป็นวิธีการใช้หลักการของ ความร้อนจากรังสี อย่างตั้งใจ เพื่อถ่ายโอนพลังงานรังสีจากแหล่งความร้อนไปยังวัตถุ การออกแบบโดยใช้การทำความร้อนด้วยรังสีนั้นถือเป็นทางเลือกทดแทนการทำความร้อนแบบพาความร้อน แบบดั้งเดิม รวมถึงเป็นวิธีการให้ความร้อนกลางแจ้งในพื้นที่จำกัดด้วย

ภายในอาคาร

พลังงานความร้อนถูกปล่อยออกมาจากองค์ประกอบความร้อนขนาดใหญ่ เช่น พื้น ผนัง หรือแผงเหนือศีรษะ หรือองค์ประกอบความร้อนขนาดเล็ก และให้ความอบอุ่นแก่คนและสิ่งของอื่นๆ ในห้อง แทนที่จะให้ความร้อนแก่อากาศโดยตรงอุณหภูมิ อากาศภายใน อาคารที่ใช้ระบบทำความร้อนแบบแผ่รังสีอาจต่ำกว่าอาคารที่ใช้ระบบทำความร้อนแบบดั้งเดิม เพื่อให้ได้ระดับความสบายร่างกายที่เท่ากัน เมื่อปรับอุณหภูมิให้รู้สึกได้เท่ากัน ข้อดีที่สำคัญอย่างหนึ่งของระบบทำความร้อนแบบแผ่รังสีคือ การไหลเวียนของอากาศภายในห้องลดลงอย่างมาก และการแพร่กระจายของอนุภาคในอากาศก็ลดลงตามไปด้วย

ระบบทำความร้อนแบบแผ่รังสีสามารถแบ่งออกได้ดังนี้:

ระบบทำความร้อนใต้พื้นและผนังมักเรียกว่าระบบอุณหภูมิต่ำ เนื่องจากพื้นผิวทำความร้อนมีขนาดใหญ่กว่าระบบอื่นๆ มาก จึงต้องการอุณหภูมิที่ต่ำกว่ามากเพื่อให้ได้ระดับการถ่ายเทความร้อน เท่ากัน ทำให้ระบบไฮดรอลิกเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานร่วมกับปั๊มความร้อน อุณหภูมิสูงสุดของพื้นผิวทำความร้อนอาจแตกต่างกันไปตั้งแต่ 29–35 °C (84–95 °F) ขึ้นอยู่กับประเภทของห้อง แผงทำความร้อนแบบแผ่รังสีเหนือศีรษะส่วนใหญ่ใช้ในโรงงานผลิตและคลังสินค้า หรือศูนย์กีฬา โดยจะแขวนอยู่เหนือพื้นไม่กี่เมตร และอุณหภูมิพื้นผิวจะสูงกว่า แผงไฟฟ้าขนาดกลางอุณหภูมิปานกลางก็มีจำหน่ายสำหรับการติดตั้งบนผนังหรือเพดานในบ้านเช่นกัน

เตาผิงหรือเครื่องทำความร้อนที่ใช้เชื้อเพลิงแข็ง ของเหลว ก๊าซ หรือไฟฟ้า โดยทั่วไปจะเรืองแสงสีแดงสดถึงเหลือง รวมถึงอุปกรณ์แบบพกพาด้วย แม้ว่าบางประเภท เช่นเครื่องทำความร้อนแบบเร่งปฏิกิริยาอาจเรืองแสงสีแดงหม่นๆ ที่มองเห็นได้ยาก เครื่องทำความร้อนแบบติดตั้งเดี่ยวหรืออุปกรณ์ต่างๆ จะให้ความร้อนแก่คนและสัตว์โดยส่วนใหญ่เพียงด้านเดียว แต่ในระดับที่น้อยกว่าก็อาจให้ความร้อนแก่พื้นผิวที่อยู่ตรงข้ามกันได้เช่นกัน

ระบบเหล่านี้ทั้งหมดอาจให้สภาพอากาศภายในห้องที่มีการหมุนเวียนอากาศน้อยกว่า อุณหภูมิอากาศต่ำกว่า และความชื้นสูงกว่าระบบทำความร้อนด้วยอากาศ ซึ่งช่วยประหยัดพลังงานโดยเฉพาะในการใช้งานระยะสั้น และในบางกรณีอาจดีต่อสุขภาพมากกว่าด้วย

กิจกรรมกลางแจ้ง

ในกรณีของการทำความร้อนในพื้นที่กลางแจ้ง อากาศโดยรอบจะเคลื่อนที่อยู่ตลอดเวลา การพึ่งพาการทำความร้อนแบบพาความร้อนจึงไม่เหมาะสมในกรณีส่วนใหญ่ เนื่องจากเมื่อคุณทำความร้อนให้กับอากาศภายนอกแล้ว ความร้อนนั้นจะถูกพัดพาไปกับการเคลื่อนที่ของอากาศ แม้ในสภาวะที่ไม่มีลม แรงลอยตัวก็จะพัดพาอากาศร้อนไป เครื่องทำความร้อนแบบแผ่รังสีกลางแจ้งช่วยให้สามารถกำหนดเป้าหมายพื้นที่เฉพาะภายในพื้นที่กลางแจ้งได้ โดยให้ความอบอุ่นเฉพาะคนและสิ่งของที่อยู่ในเส้นทางเท่านั้น ระบบทำความร้อนแบบแผ่รังสีอาจใช้แก๊สหรือใช้ขดลวดความร้อนอินฟราเรดไฟฟ้า ตัวอย่างของเครื่องทำความร้อนแบบแผ่รังสีเหนือศีรษะคือเครื่องทำความร้อนสำหรับลานกลางแจ้งที่มักใช้กับการเสิร์ฟอาหารกลางแจ้ง แผ่นโลหะด้านบนจะสะท้อนความร้อนแบบแผ่รังสีไปยังพื้นที่เล็กๆ

การระบายความร้อนด้วยรังสี

การระบายความร้อนด้วยการแผ่รังสี คือการใช้พื้นผิวที่เย็นเพื่อกำจัดความร้อนสัมผัสเป็นหลักโดยการแผ่รังสีความร้อนและรองลงมาคือวิธีการอื่นๆ เช่นการ พาความร้อน ระบบระบายความร้อนด้วยการแผ่รังสีที่ใช้น้ำในการระบายความร้อนพื้นผิวที่แผ่รังสีเป็นตัวอย่างของ ระบบ ไฮโดรนิกส์แตกต่างจากระบบปรับอากาศแบบ "อากาศทั้งหมด" ที่หมุนเวียนเฉพาะอากาศเย็นเท่านั้น ระบบระบายความร้อนด้วยการแผ่รังสีแบบไฮโดรนิกส์จะหมุนเวียนน้ำเย็นในท่อผ่านแผงที่ติดตั้งเป็นพิเศษบนพื้นหรือเพดาน ของอาคาร เพื่อให้ได้อุณหภูมิที่สบาย มีระบบแยกต่างหากสำหรับจ่ายอากาศเพื่อการระบายอากาศการลดความชื้นและอาจรวมถึงการระบายความร้อนเพิ่มเติมด้วย[ 9 ]ระบบระบายความร้อนด้วยการแผ่รังสีนั้นพบได้น้อยกว่าระบบอากาศทั้งหมดสำหรับการระบายความร้อน แต่สามารถมีข้อดีเมื่อเทียบกับระบบอากาศทั้งหมดในบางการใช้งาน[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]

เนื่องจากกระบวนการทำความเย็นส่วนใหญ่เกิดจากการกำจัดความร้อนสัมผัสผ่านการแลกเปลี่ยนรังสีกับคนและวัตถุ ไม่ใช่กับอากาศ ความสบายทางความร้อนของผู้พักอาศัยจึงสามารถบรรลุได้ด้วยอุณหภูมิอากาศภายในที่อุ่นกว่าเมื่อเทียบกับระบบทำความเย็นแบบใช้อากาศ ระบบทำความเย็นแบบแผ่รังสีอาจช่วยลดการใช้พลังงานในการทำความเย็นได้[ 10 ]ภาระแฝง (ความชื้น) จากผู้พักอาศัย การแทรกซึม และกระบวนการต่างๆ โดยทั่วไปจำเป็นต้องได้รับการจัดการโดยระบบอิสระ การทำความเย็นแบบแผ่รังสีอาจบูรณาการเข้ากับกลยุทธ์ประหยัดพลังงานอื่นๆ เช่น การระบายอากาศในเวลากลางคืนการทำความเย็นแบบระเหย ทางอ้อม หรือปั๊มความร้อนจากแหล่งใต้ดินเนื่องจากต้องการความแตกต่างของอุณหภูมิเพียงเล็กน้อยระหว่างอุณหภูมิอากาศภายในที่ต้องการกับพื้นผิวที่ทำความเย็น[ 13 ]

การระบายความร้อนด้วยการแผ่รังสีในเวลากลางวันแบบพาสซีฟใช้วัสดุที่เรืองแสงในช่วงคลื่นอินฟราเรดของชั้นบรรยากาศซึ่งเป็นช่วงความถี่ที่ชั้นบรรยากาศโปร่งใสเป็นพิเศษ ทำให้พลังงานพุ่งตรงออกไปสู่อวกาศ วิธีนี้สามารถทำให้วัตถุที่เรืองแสงด้วยความร้อนเย็นลงต่ำกว่าอุณหภูมิอากาศโดยรอบได้ แม้ในขณะที่มีแสงแดดจัด[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]

ข้อดี

ระบบทำความเย็นแบบแผ่รังสีมีการใช้พลังงานต่ำกว่าระบบทำความเย็นแบบดั้งเดิม จากการวิจัยที่ดำเนินการโดยห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอว์เรนซ์เบิร์กลีย์การประหยัดพลังงานของระบบทำความเย็นแบบแผ่รังสีขึ้นอยู่กับสภาพภูมิอากาศ แต่โดยเฉลี่ยทั่วสหรัฐอเมริกา การประหยัดพลังงานอยู่ในช่วง 30% เมื่อเทียบกับระบบแบบดั้งเดิม ในภูมิภาคที่เย็นและชื้นอาจประหยัดได้ถึง 17% ในขณะที่ภูมิภาคที่ร้อนและแห้งแล้งจะประหยัดได้ถึง 42% [ 10 ]สภาพภูมิอากาศที่ร้อนและแห้งแล้งให้ประโยชน์สูงสุดแก่ระบบทำความเย็นแบบแผ่รังสี เนื่องจากมีสัดส่วนการทำความเย็นโดยการกำจัดความร้อนสัมผัสมากที่สุด แม้ว่าการวิจัยนี้จะมีประโยชน์ แต่จำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมเพื่อพิจารณาถึงข้อจำกัดของเครื่องมือจำลองและวิธีการระบบแบบบูรณาการ การประหยัดพลังงานส่วนใหญ่ยังเกิดจากปริมาณพลังงานที่ใช้ในการสูบน้ำน้อยกว่าการกระจายอากาศด้วยพัดลม การเชื่อมต่อระบบกับมวลอาคารทำให้ระบบทำความเย็นแบบแผ่รังสีสามารถย้ายการทำความเย็นบางส่วนไปยังช่วงเวลากลางคืนนอกช่วงเวลาที่มีการใช้พลังงานสูงสุด ระบบทำความเย็นแบบแผ่รังสีดูเหมือนจะมีต้นทุนเริ่มต้นที่ต่ำกว่า[ 17 ]และต้นทุนตลอดอายุการใช้งานที่ต่ำกว่าเมื่อเทียบกับระบบแบบดั้งเดิม ต้นทุนเริ่มต้นที่ต่ำกว่าส่วนใหญ่เกิดจากการบูรณาการกับโครงสร้างและองค์ประกอบการออกแบบ ในขณะที่ต้นทุนตลอดอายุการใช้งานที่ต่ำกว่าเป็นผลมาจากการบำรุงรักษาที่ลดลง อย่างไรก็ตาม การศึกษาล่าสุดเกี่ยวกับการเปรียบเทียบ VAV reheat กับ active chilled beams & DOASได้ท้าทายข้ออ้างเรื่องต้นทุนเริ่มต้นที่ต่ำกว่าเนื่องจากต้นทุนท่อที่เพิ่มขึ้น[ 18 ]

ปัจจัยจำกัด

เนื่องจากมีโอกาสเกิดการควบแน่นบนพื้นผิวที่เย็น (ส่งผลให้เกิดความเสียหายจากน้ำ เชื้อรา และอื่นๆ) ระบบทำความเย็นแบบแผ่รังสีจึงยังไม่เป็นที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายการควบแน่นที่เกิดจากความชื้นเป็นปัจจัยจำกัดความสามารถในการทำความเย็นของระบบทำความเย็นแบบแผ่รังสี อุณหภูมิพื้นผิวไม่ควรเท่ากับหรือต่ำกว่าอุณหภูมิจุดน้ำค้างในพื้นที่ มาตรฐานบางอย่างแนะนำให้จำกัดความชื้นสัมพัทธ์ในพื้นที่ไว้ที่ 60% หรือ 70% อุณหภูมิอากาศ 26 °C (79 °F) จะหมายถึงจุดน้ำค้างระหว่าง 17 ถึง 20 °C (63 ถึง 68 °F) [ 13 ]อย่างไรก็ตาม มีหลักฐานที่บ่งชี้ว่าการลดอุณหภูมิพื้นผิวให้ต่ำกว่าอุณหภูมิจุดน้ำค้างในช่วงเวลาสั้นๆ อาจไม่ทำให้เกิดการควบแน่น [ 17 ] นอกจากนี้ การใช้ระบบเพิ่มเติม เช่นเครื่องลดความชื้นหรือDOASสามารถจำกัดความชื้นและช่วยเพิ่มความสามารถในการทำความเย็นได้

การจำแนกประเภทของระบบความร้อนแผ่รังสี

ระบบแผ่รังสี ซึ่งครอบคลุมทั้งการทำความร้อนและการทำความเย็น จะถ่ายเทความร้อนหรือความเย็นโดยตรงผ่านพื้นผิว เช่น พื้น เพดาน หรือผนัง แทนที่จะพึ่งพาระบบอากาศบังคับ ระบบเหล่านี้แบ่งออกเป็น 3 ประเภทหลักๆ ได้แก่[ 19 ]ระบบอาคารที่ทำงานด้วยความร้อน (TABS) [ 20 ]ระบบพื้นผิวฝังตัว และแผงเพดานแผ่รังสี

แผ่นแช่เย็น

การระบายความร้อนด้วยรังสีจากพื้นหรือเพดานสามารถทำได้โดยส่งความเย็นจากพื้นหรือเพดาน เนื่องจากระบบทำความร้อนด้วยรังสีมักติดตั้งที่พื้น ทางเลือกที่ชัดเจนจึงเป็นการใช้ระบบหมุนเวียนน้ำเย็นแบบเดียวกัน ซึ่งแม้จะเหมาะสมในบางกรณี แต่การส่งความเย็นจากเพดานก็มีข้อดีหลายประการ

ประการแรก การปล่อยให้เพดานสัมผัสกับอากาศโดยตรงนั้นง่ายกว่าการปล่อยให้พื้นสัมผัสกับอากาศโดยตรง ซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของมวลความร้อน พื้นมีข้อเสียคือวัสดุปิดคลุมและเฟอร์นิเจอร์ที่ลดประสิทธิภาพของระบบลง

ประการที่สอง การแลกเปลี่ยนความร้อนแบบพาความร้อนจะเกิดขึ้นได้มากขึ้นในเพดานที่เย็นลง เนื่องจากอากาศอุ่นลอยขึ้น ทำให้มีอากาศสัมผัสกับพื้นผิวที่เย็นลงมากขึ้น

การระบายความร้อนผ่านพื้นจะเหมาะสมที่สุดเมื่อมีการรับความร้อนจากแสงอาทิตย์ในปริมาณมาก เนื่องจากพื้นเย็นสามารถระบายความร้อนได้ง่ายกว่าเพดาน[ 13 ]

เมื่อเปรียบเทียบกับแผ่นพื้นทั่วไป แผ่นพื้นระบายความร้อนมีมวลความร้อนมากกว่า จึงสามารถใช้ประโยชน์จากความผันผวนของอุณหภูมิภายนอกในแต่ละวันได้ดีกว่า แผ่นพื้นระบายความร้อนมีต้นทุนต่อหน่วยพื้นที่ต่ำกว่า และสามารถผสานเข้ากับโครงสร้างได้อย่างลงตัวมากกว่า

ระบบการแผ่รังสีบางส่วน

คานทำความเย็นเป็นระบบไฮบริดที่ผสมผสานการถ่ายเทความร้อนแบบแผ่รังสีและการพาความร้อน แม้ว่าจะไม่ใช่การแผ่รังสีอย่างเดียว แต่ก็เหมาะสำหรับพื้นที่ที่มีภาระความร้อนที่แตกต่างกัน และสามารถผสานรวมเข้ากับเพดานได้ดีเพื่อการจัดวางและการระบายอากาศที่ยืดหยุ่น[ 9 ]

ความสบายทางความร้อน

อุณหภูมิใช้งานเป็นตัวบ่งชี้ความสบายทางความร้อนซึ่งคำนึงถึงผลกระทบทั้งจากการพาความร้อนและการแผ่รังสี อุณหภูมิใช้งานถูกกำหนดให้เป็นอุณหภูมิสม่ำเสมอของพื้นที่ปิดทึบที่แผ่รังสีความร้อนได้ ซึ่งผู้ใช้งานจะแลกเปลี่ยนความร้อนโดยการแผ่รังสีและการพาความร้อนในปริมาณเท่ากันกับในสภาพแวดล้อมจริงที่ไม่สม่ำเสมอ

ด้วยระบบแผ่รังสี ความสบายทางความร้อนจะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิภายในที่อุ่นกว่าระบบอากาศทั้งหมดสำหรับสถานการณ์การทำความเย็น และที่อุณหภูมิต่ำกว่าระบบอากาศทั้งหมดสำหรับสถานการณ์การทำความร้อน[ 21 ] ดังนั้น ระบบแผ่รังสีจึงสามารถช่วยประหยัดพลังงานในการดำเนินงานของอาคารในขณะที่ยังคงรักษาระดับความสบายที่ต้องการไว้ได้

ความสบายทางความร้อนในอาคารระบบแผ่รังสีความร้อนเทียบกับอาคารระบบระบายอากาศทั้งหมด

จากการศึกษาวิจัยขนาดใหญ่ที่ดำเนินการโดยใช้แบบ สำรวจ คุณภาพสิ่งแวดล้อมภายในอาคาร (IEQ)ของศูนย์สิ่งแวดล้อมที่สร้างขึ้นเพื่อเปรียบเทียบความพึงพอใจของผู้ใช้งานในอาคารที่มีระบบทำความร้อนแบบแผ่รังสีและอาคารที่มีเครื่องปรับอากาศทั้งหมด พบว่าทั้งสองระบบสร้างสภาพแวดล้อมภายในอาคารที่เท่าเทียมกัน รวมถึงความพึงพอใจด้านเสียง โดยมีแนวโน้มว่าอาคารที่มีระบบทำความร้อนแบบแผ่รังสีจะมีความพึงพอใจด้านอุณหภูมิที่ดีกว่า[ 22 ]

ความไม่สมมาตรของอุณหภูมิการแผ่รังสี

ความไม่สมมาตรของอุณหภูมิการแผ่รังสี หมายถึง ความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิการแผ่รังสีของระนาบสองด้านตรงข้ามขององค์ประกอบระนาบขนาดเล็ก สำหรับผู้ที่อยู่ในอาคาร สนาม การแผ่รังสีความร้อนรอบร่างกายอาจไม่สม่ำเสมอเนื่องจากพื้นผิวที่ร้อนและเย็น รวมถึงแสงแดดโดยตรง ทำให้เกิดความไม่สบายเฉพาะจุด มาตรฐาน ISO 7730 และมาตรฐาน ASHRAE 55 ระบุเปอร์เซ็นต์ของผู้ที่ไม่พึงพอใจ (PPD) ที่คาดการณ์ไว้ โดยขึ้นอยู่กับความไม่สมมาตรของอุณหภูมิการแผ่รังสี และระบุขีดจำกัดที่ยอมรับได้ โดยทั่วไปแล้ว ผู้คนจะไวต่อการแผ่รังสีที่ไม่สมมาตรที่เกิดจากเพดานที่อุ่นมากกว่าที่เกิดจากพื้นผิวแนวตั้งที่ร้อนและเย็น วิธีการคำนวณโดยละเอียดของเปอร์เซ็นต์ที่ไม่พึงพอใจเนื่องจากความไม่สมมาตรของอุณหภูมิการแผ่รังสีนั้นได้อธิบายไว้ใน ISO 7730 แล้ว

ข้อควรพิจารณาในการออกแบบ

แม้ว่าข้อกำหนดด้านการออกแบบเฉพาะจะขึ้นอยู่กับประเภทของระบบทำความร้อนแบบแผ่รังสี แต่ก็มีประเด็นบางอย่างที่พบได้ทั่วไปในระบบทำความร้อนแบบแผ่รังสีส่วนใหญ่

  • สำหรับการใช้งานด้านการทำความเย็น ระบบทำความร้อนแบบแผ่รังสีอาจทำให้เกิด ปัญหา การควบแน่นได้ จำเป็นต้องประเมินและพิจารณาสภาพภูมิอากาศในท้องถิ่นในการออกแบบ การลดความชื้นในอากาศอาจมีความจำเป็นสำหรับสภาพอากาศชื้น
  • ระบบทำความร้อนแบบแผ่รังสีหลายประเภทมีการใช้ส่วนประกอบอาคารขนาดใหญ่มวลความร้อนที่เกี่ยวข้องจะมีผลต่อการตอบสนองทางความร้อนของระบบ ตารางการใช้งานของพื้นที่และกลยุทธ์การควบคุมของระบบทำความร้อนแบบแผ่รังสีมีบทบาทสำคัญต่อการทำงานที่เหมาะสมของระบบ
  • ระบบทำความร้อนแบบแผ่รังสีหลายประเภทมีพื้นผิวแข็งซึ่งส่งผลต่อเสียงภายในอาคาร อาจจำเป็นต้องพิจารณาหาทางแก้ไขด้านเสียงเพิ่มเติม
  • กลยุทธ์การออกแบบเพื่อลดผลกระทบทางเสียงของระบบแผ่รังสีคือการใช้เมฆอะคูสติกแบบแขวนลอย การทดลองทำความเย็นบนเมฆอะคูสติกแบบแขวนลอยสำหรับห้องทำงานแสดงให้เห็นว่าสำหรับการปกคลุมของเมฆ 47% ของพื้นที่เพดาน การลดลงของความสามารถในการทำความเย็น 11% เกิดจากการปกคลุมของเมฆ คุณภาพเสียงที่ดีสามารถทำได้โดยการลดลงของความสามารถในการทำความเย็นเพียงเล็กน้อย[ 23 ]การผสมผสานเมฆอะคูสติกและพัดลมเพดานสามารถชดเชยการลดลงของความสามารถในการทำความเย็นเล็กน้อยจากเพดานที่ระบายความร้อนด้วยการแผ่รังสีที่เกิดจากการมีอยู่ของเมฆ และส่งผลให้ความสามารถในการทำความเย็นเพิ่มขึ้น[ 23 ] [ 24 ]

กลยุทธ์และการพิจารณาในการควบคุม

ระบบทำความร้อน การระบายอากาศ และการปรับอากาศ (HVAC) จำเป็นต้องมี ระบบควบคุมเพื่อจ่ายความร้อนหรือความเย็นให้กับพื้นที่ กลยุทธ์การควบคุมที่ใช้จะขึ้นอยู่กับประเภทของระบบ HVAC ที่ใช้ และกลยุทธ์เหล่านี้จะเป็นตัวกำหนดการใช้พลังงานของระบบในที่สุด[ 25 ]ระบบแผ่รังสีแตกต่างจากระบบ HVAC อื่นๆ ในแง่ของ กลไก การถ่ายเทความร้อนและความเสี่ยงที่อาจเกิดขึ้นจากการควบแน่นซึ่งต้องใช้กลยุทธ์การควบคุมที่ปรับแต่งมาเพื่อจัดการกับลักษณะเฉพาะเหล่านี้

การพิจารณาค่ามวลความร้อนสูง

ระบบความร้อนแบบแผ่รังสีจะถ่ายเทความร้อนโดยการให้ความร้อนหรือความเย็นแก่โครงสร้าง เช่นแผ่นคอนกรีตหรือฝ้าเพดานแทนที่จะส่งอากาศร้อนหรือเย็นโดยตรง องค์ประกอบเหล่านี้จะปล่อยความร้อนออกมาเป็นหลักผ่านการแผ่รังสี เวลาตอบสนอง—เวลาที่ระบบใช้ในการปรับ อุณหภูมิให้ได้ ตามเป้าหมาย —ขึ้นอยู่กับ มวลความร้อนของวัสดุ: วัสดุที่มีมวลความร้อนต่ำ เช่น แผ่น โลหะจะตอบสนองได้อย่างรวดเร็ว ในขณะที่วัสดุที่มีมวลความร้อนสูง เช่น แผ่นคอนกรีต จะปรับตัวได้ช้ากว่าเมื่อรวมเข้ากับองค์ประกอบที่มีมวลความร้อนสูง ระบบความร้อนแบบแผ่รังสีจะประสบปัญหาเนื่องจากการปรับอุณหภูมิที่ล่าช้า ความล่าช้านี้อาจนำไปสู่การปรับมากเกินไป ส่งผลให้การใช้พลังงานเพิ่มขึ้นและความสบายทางความร้อนลด ลง [ 26 ]เพื่อแก้ไขปัญหานี้ มักใช้ การควบคุมแบบทำนายโมเดล (MPC)เพื่อทำนายความต้องการความร้อนในอนาคตและปรับการจ่ายความร้อนล่วงหน้า ตัวอย่างเช่น MPC ใช้ประโยชน์จากมวลความร้อนของระบบความร้อนแบบแผ่รังสีโดยการเก็บความร้อนในช่วงเวลานอกช่วงพีค ก่อนที่จะมีความจำเป็น ซึ่งช่วยให้สามารถเริ่มการทำงานในเวลากลางคืน เมื่อค่าไฟฟ้าและ ภาระของ โครงข่ายไฟฟ้า ในเมือง ต่ำกว่า นอกจากนี้ อากาศที่เย็นกว่าในเวลากลางคืนยังช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของอุปกรณ์ทำความเย็น เช่นปั๊มความร้อนจากแหล่งอากาศซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานให้ดียิ่งขึ้น ด้วยการใช้กลยุทธ์เหล่านี้ ระบบแผ่รังสีจึงสามารถเอาชนะความท้าทายของมวลความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในขณะเดียวกันก็ลดความต้องการใช้ไฟฟ้าในเวลากลางวัน เพิ่มเสถียรภาพของโครงข่าย และลดต้นทุนการดำเนินงาน[ 27 ]

ความเสี่ยงจากการควบแน่นและกลยุทธ์การลดผลกระทบ

ระบบทำความเย็นแบบแผ่รังสีอาจเกิดการควบแน่นเมื่ออุณหภูมิพื้นผิวลดลงต่ำกว่าจุดน้ำค้างของอากาศโดยรอบ ซึ่งอาจทำให้ผู้ใช้งานรู้สึกไม่สบาย ส่งเสริม การเจริญเติบโต ของเชื้อราและทำให้พื้นผิวที่แผ่รังสีเสียหายได้[ 28 ]ความเสี่ยงจะสูงเป็นพิเศษในสภาพอากาศชื้น ซึ่งอากาศอุ่นและชื้นจะเข้ามาทางหน้าต่างที่เปิดอยู่และสัมผัสกับพื้นผิวทำความเย็นแบบแผ่รังสีที่เย็น เพื่อป้องกันสิ่งนี้ ระบบทำความเย็นแบบแผ่รังสีจะต้องใช้ร่วมกับกลยุทธ์ การระบายอากาศที่มีประสิทธิภาพเพื่อควบคุมระดับ ความชื้น ภายในอาคาร

ระบบทำความร้อนด้วยน้ำ

ระบบทำความเย็นแบบแผ่รังสีมักจะเป็นระบบไฮโดรนิกส์ซึ่งทำความเย็นโดยใช้น้ำหมุนเวียนที่ไหลในท่อซึ่งสัมผัสกับพื้นผิวโดยตรง โดยทั่วไปแล้วน้ำหมุนเวียนจะต้องมีอุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิอากาศภายในอาคารที่ต้องการเพียง 2–4 °C เท่านั้น[ 13 ]เมื่อความร้อนถูกดูดซับโดยพื้นผิวที่ทำความเย็นแล้ว ความร้อนจะถูกกำจัดออกไปโดยน้ำที่ไหลผ่านวงจรไฮโดรนิกส์ โดยแทนที่น้ำที่อุ่นด้วยน้ำที่เย็นกว่า

ระบบทำความร้อนด้วยน้ำสามารถแบ่งออกได้เป็น 4 ประเภทหลัก โดยพิจารณาจากตำแหน่งของท่อในโครงสร้างอาคาร:

  • ระบบท่อฝังตัวบนพื้นผิว : ท่อที่ฝังอยู่ภายในชั้นพื้นผิว (ไม่ใช่ภายในโครงสร้าง)
  • ระบบอาคารที่ใช้พลังงานความร้อน (TABS) : ท่อที่เชื่อมต่อทางความร้อนและฝังอยู่ในโครงสร้างอาคาร (แผ่นพื้น ผนัง) [ 29 ]
  • ระบบท่อแคปิลลารีแบบฝังผิว : ท่อที่ฝังอยู่ในชั้นผิวภายในของฝ้าเพดาน/ผนัง
  • แผงความร้อนแบบแผ่รังสี : ท่อโลหะที่ติดตั้งอยู่ภายในแผง (ไม่ได้อยู่ภายในโครงสร้าง); ตัวนำความร้อนที่อยู่ใกล้พื้นผิว

ประเภท (ISO 11855)

มาตรฐาน ISO 11855-2 [ 30 ] มุ่งเน้นไปที่ระบบทำความร้อนและทำความเย็นพื้นผิวแบบฝังตัวที่ใช้น้ำ และ TABS โดยมาตรฐานนี้จะจำแนกระบบเหล่านี้ออกเป็น 7 ประเภทที่แตกต่างกัน (ประเภท A ถึง G) ขึ้นอยู่กับรายละเอียดการก่อสร้าง

  • แบบ Aที่มีท่อฝังอยู่ในปูนฉาบหรือคอนกรีต (ระบบ "เปียก")
  • แบบ Bคือแบบที่มีท่อฝังอยู่ด้านนอกของพื้นคอนกรีต (ใน ชั้น ฉนวนกันความร้อนระบบ "แห้ง")
  • แบบ Cที่มีท่อฝังอยู่ในชั้นปรับระดับ แล้วจึงวางชั้นปูนปรับระดับชั้นที่สองไว้ด้านบน
  • ประเภท Dได้แก่ ระบบหน้าตัดระนาบ (พลาสติกอัดขึ้นรูป / กลุ่มของตะแกรงเส้นเลือดฝอย)
  • แบบ Eที่มีท่อฝังอยู่ในชั้นคอนกรีตหนา
  • แบบ Fที่มีท่อแคปิลลารีฝังอยู่ในชั้นฝ้าเพดานด้านใน หรือเป็นชั้นแยกต่างหากในแผ่นยิปซัม
  • แบบ Gที่มีท่อฝังอยู่ในโครงสร้างพื้นไม้
แผนภาพตัดขวางของระบบพื้นผิวฝังตัวให้ความร้อนแบบแผ่รังสี (ISO 11855, ประเภท A)
แผนภาพตัดขวางของระบบพื้นผิวฝังตัวให้ความร้อนแบบแผ่รังสี (ISO 11855, ประเภท B)
แผนภาพตัดขวางของระบบพื้นผิวฝังตัวให้ความร้อนแบบแผ่รังสี (ISO 11855, ประเภท G)
แผนภาพแสดงส่วนตัดขวางของระบบอาคารที่ทำงานด้วยความร้อน (ISO 11855, ประเภท E)
แผนภาพแสดงส่วนตัดขวางของระบบท่อแคปิลลารีแบบแผ่รังสี (ISO 11855, ประเภท F)
แผนภาพตัดขวางของแผงความร้อน

แหล่งพลังงาน

ระบบแผ่รังสีเกี่ยวข้องกับระบบพลังงานต่ำ พลังงานต่ำหมายถึงความเป็นไปได้ในการใช้ 'พลังงานคุณภาพต่ำ' (เช่น พลังงานที่กระจายตัวซึ่งมีความสามารถในการทำงานที่เป็นประโยชน์น้อย) โดยหลักการแล้วทั้งความร้อนและความเย็นสามารถทำได้ที่อุณหภูมิใกล้เคียงกับสภาพแวดล้อมโดยรอบ ความแตกต่างของอุณหภูมิต่ำทำให้การถ่ายเทความร้อนต้องเกิดขึ้นบนพื้นผิวขนาดใหญ่ เช่น ที่ใช้ในฝ้าเพดานหรือระบบทำความร้อนใต้พื้น[ 31 ] ระบบแผ่รังสีที่ใช้ความร้อนที่อุณหภูมิต่ำและความเย็นที่อุณหภูมิสูงเป็นตัวอย่างทั่วไปของระบบพลังงานต่ำ แหล่งพลังงานเช่นพลังงานความร้อนใต้พิภพ (การทำความเย็นโดยตรง / การทำความร้อนด้วยปั๊มความร้อนใต้พิภพ) และน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์เข้ากันได้กับระบบแผ่รังสี แหล่งพลังงานเหล่านี้สามารถนำไปสู่การประหยัดพลังงานหลักสำหรับอาคารได้อย่างมาก

อาคารพาณิชย์ที่ใช้ระบบทำความเย็นแบบแผ่รังสี

อาคารที่มีชื่อเสียงบางแห่งที่ใช้ระบบทำความเย็นแบบแผ่รังสี ได้แก่ สนามบินสุวรรณภูมิของกรุงเทพฯ[ 32 ] อาคารพัฒนาซอฟต์แวร์อินโฟซิส 1 ในไฮเดอราบัดIIT ไฮเดอราบัด [ 33 ] และ พิพิธภัณฑ์สำรวจซานฟรานซิสโก[ 34 ] ระบบทำความเย็นแบบแผ่รังสียังใช้ในอาคารพลังงานสุทธิเป็นศูนย์หลาย แห่งอีก ด้วย[ 35 ] [ 36 ]

ข้อมูลอาคารและระบบ
อาคาร ปี ประเทศ เมือง สถาปนิก การออกแบบระบบแผ่รังสี ประเภทระบบแผ่รังสี
หอศิลป์เบรเกนซ์พ.ศ. 2540ออสเตรียเบรเกนซ์ปีเตอร์ ซุมทอร์ไมเออร์ฮันส์+พาร์ทเนอร์ระบบอาคารที่ทำงานด้วยความร้อน
สนามบินสุวรรณภูมิ2548ประเทศไทยกรุงเทพฯเมอร์ฟี่ จาห์นทรานส์โซลาร์และไอบีอีระบบพื้นผิวฝังตัว
โรงเรียน Zollverein2006เยอรมนีเอสเซนซานาทรานส์โซลาร์ระบบอาคารที่ทำงานด้วยความร้อน
ศูนย์ข้อมูล Klarchek มหาวิทยาลัยโลโยลา ชิคาโก2007สหรัฐอเมริกาชิคาโก , อิลลินอยส์โซโลมอน คอร์ดเวลล์ บูเอนซ์ทรานส์โซลาร์ระบบอาคารที่ทำงานด้วยความร้อน
ศูนย์ลาวิน-เบอร์นิคมหาวิทยาลัยทูเลน2007สหรัฐอเมริกานิวออร์ลีนส์ , รัฐลุยเซียนาวัชช.ทรานส์โซลาร์แผงความร้อน
ศูนย์เดวิด บราวเวอร์2009สหรัฐอเมริกาเบิร์กลีย์รัฐแคลิฟอร์เนียบริษัท แดเนียล โซโลมอน ดีไซน์ พาร์ทเนอร์สกลุ่มอินทิกรัลระบบอาคารที่ทำงานด้วยความร้อน
แมนิโทบา ไฮโดร2009แคนาดาวินนิเพก , แมนิ โทบาเคพีเอ็มบี สถาปนิกทรานส์โซลาร์ระบบอาคารที่ทำงานด้วยความร้อน
คูเปอร์ ยูเนียน2009สหรัฐอเมริกานิวยอร์ก , นิวยอร์กมอร์โฟซิส สถาปนิกIBE / ซิสก้า เฮนเนสซี่ กรุ๊ปแผงความร้อน
พิพิธภัณฑ์การสำรวจ (ท่าเทียบเรือ 15–17)2013สหรัฐอเมริกาซานฟรานซิสโกรัฐแคลิฟอร์เนียอีเอชดีดีกลุ่มอินทิกรัลระบบพื้นผิวฝังตัว
ศูนย์กลางรัฐบาลกลางภาคใต้ 2012 สหรัฐอเมริกา ซีแอตเติล, วอชิงตัน ZGF Architects ดับเบิลยูเอสพี แฟล็ค+เคิร์ตซ์ แผงความร้อน
อาคารวิทยาศาสตร์มีชีวิตของโรงเรียนเบิร์ตชี ปีกอาคาร 2010 สหรัฐอเมริกา ซีแอตเติล, วอชิงตัน เคเอ็มดี สถาปนิก รีบเร่ง ระบบอาคารที่ทำงานด้วยความร้อน
อาคารวิศวกรรมโมเลกุล มหาวิทยาลัยวอชิงตัน 2012 สหรัฐอเมริกา ซีแอตเติล, วอชิงตัน ZGF Architects วิศวกรในเครือ ระบบพื้นผิวฝังตัว
การดำเนินงานรถรางเฟิร์สฮิลล์ 2014 สหรัฐอเมริกา ซีแอตเติล, วอชิงตัน สถาปัตยกรรมวอเตอร์ลีฟ วิศวกรรม LTK ระบบอาคารที่ทำงานด้วยความร้อน
ศูนย์บูลลิตต์2013 สหรัฐอเมริกา ซีแอตเติล, วอชิงตัน บริษัท มิลเลอร์ ฮัลล์ พาร์ทเนอร์ชิป วิศวกรรมพีเออี ระบบพื้นผิวฝังตัว
ศูนย์ปฏิบัติการจอห์น แพรี่ 2011 สหรัฐอเมริกา เชลตัน, วอชิงตัน สถาปัตยกรรม TCF อินเทอร์เฟซ ระบบพื้นผิวฝังตัว
ศูนย์วิจัยเลคโนนา มหาวิทยาลัยฟลอริดา 2012 สหรัฐอเมริกา ออร์แลนโด, ฟลอริดา ฮกวิศวกรในเครือ แผงความร้อน
หอสมุดประธานาธิบดีวิลเลียม เจฟเฟอร์สัน คลินตัน 2004 สหรัฐอเมริกา ลิตเติลร็อก รัฐอาร์คันซอ หุ้นส่วนโพลเช็ก WSP แฟล็ค+เคิร์ตซ์ / ครอมเวลล์ ระบบอาคารที่ทำงานด้วยความร้อน
พิพิธภัณฑ์ศิลปะฮันเตอร์ 2006 สหรัฐอเมริกา เมืองแชตทานูกา รัฐเทนเนสซี แรนดัล สเตาท์ ไอบีอี ระบบพื้นผิวฝังตัว
สำนักงาน HOK เซนต์หลุยส์ 2015 สหรัฐอเมริกา เซนต์หลุยส์, มิสซูรี ฮกฮกแผงความร้อน
ห้องปฏิบัติการโซลูชันพลังงานที่เป็นกลางทางคาร์บอน สถาบันเทคโนโลยีจอร์เจีย 2012 สหรัฐอเมริกา แอตแลนตา, จอร์เจีย สถาปัตยกรรม HDR สถาปัตยกรรม HDR ระบบอาคารที่ทำงานด้วยความร้อน
ศาลาว่าการกรุงลอนดอน (เขตนิวแฮม) อาคารคริสตัล 2012 สหราชอาณาจักร ลอนดอน วิลกินสันไอร์อารัป
อาคารเรียนรวม มหาวิทยาลัยสตรีอีฮวา 2008 เกาหลีใต้ โซล โดมินิก แปร์โรต์ , บริษัทสถาปนิก BAUM ไฮเมค ระบบอาคารที่ทำงานด้วยความร้อน

ฟิสิกส์

การแผ่รังสีความร้อนคือพลังงานในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ปล่อยออกมาจากของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซ อันเป็นผลมาจากอุณหภูมิ[ 37 ] ในอาคาร การไหลของความร้อนที่แผ่รังสีระหว่างพื้นผิวภายในสองพื้นผิว (หรือพื้นผิวกับบุคคล) ได้รับอิทธิพลจากค่าการแผ่รังสีของพื้นผิวที่ปล่อยความร้อนและปัจจัยการมองเห็นระหว่างพื้นผิวนี้กับพื้นผิวที่รับความร้อน (วัตถุหรือบุคคล) ในห้อง[ 38 ]รังสีความร้อน (คลื่นยาว)เดินทางด้วยความเร็วแสงเป็นเส้นตรง[ 9 ]มันสามารถสะท้อนได้ คน อุปกรณ์ และพื้นผิวในอาคารจะอุ่นขึ้นหากดูดซับรังสีความร้อน แต่รังสีจะไม่ทำให้อากาศที่มันเดินทางผ่านร้อนขึ้นอย่างเห็นได้ชัด[ 9 ]ซึ่งหมายความว่าความร้อนจะไหลจากวัตถุ ผู้พักอาศัย อุปกรณ์ และไฟในพื้นที่ไปยังพื้นผิวที่เย็นตราบใดที่อุณหภูมิของพวกมันอุ่นกว่าพื้นผิวที่เย็นและพวกมันอยู่ในแนวสายตาโดยตรงหรือโดยอ้อมของพื้นผิวที่เย็น ความร้อนบางส่วนถูกระบายออกไปโดยการพาความร้อน ด้วยเช่นกัน เนื่องจากอุณหภูมิของอากาศจะลดลงเมื่ออากาศสัมผัสกับพื้นผิวที่เย็นลง

การถ่ายเทความร้อนโดยการแผ่รังสีเป็นสัดส่วนโดยตรงกับกำลังสี่ของอุณหภูมิพื้นผิวสัมบูรณ์

ค่าการแผ่รังสีของวัสดุ (โดยปกติเขียนว่า ε หรือ e) คือความสามารถสัมพัทธ์ของพื้นผิวในการแผ่พลังงานโดยการแผ่รังสี วัตถุสีดำมีค่าการแผ่รังสีเท่ากับ 1 และตัวสะท้อนแสงที่สมบูรณ์แบบมีค่าการแผ่รังสีเท่ากับ 0 [ 37 ]

ในการถ่ายเทความร้อนแบบแผ่รังสี ค่าview factorจะวัดความสำคัญสัมพัทธ์ของรังสีที่ออกจากวัตถุ (บุคคลหรือพื้นผิว) และกระทบกับวัตถุอื่น โดยพิจารณาจากวัตถุรอบข้างอื่นๆ ในพื้นที่ปิด รังสีที่ออกจากพื้นผิวจะถูกอนุรักษ์ไว้ ดังนั้น ผลรวมของค่า view factor ทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับวัตถุที่กำหนดจึงเท่ากับ 1 ในกรณีของห้อง ค่า view factor ของพื้นผิวที่แผ่รังสีและบุคคลจะขึ้นอยู่กับตำแหน่งสัมพัทธ์ของทั้งสอง เนื่องจากบุคคลมักจะเปลี่ยนตำแหน่ง และห้องอาจมีคนอยู่หลายคนในเวลาเดียวกัน จึงสามารถใช้แผนภาพสำหรับบุคคลที่แผ่รังสีรอบทิศทางได้[ 39 ]

เวลาตอบสนองทางความร้อน

เวลาตอบสนอง (τ95) หรือที่เรียกว่าค่าคงที่เวลาใช้ในการวิเคราะห์ประสิทธิภาพทางความร้อนแบบไดนามิกของระบบแผ่รังสี เวลาตอบสนองสำหรับระบบแผ่รังสีถูกกำหนดให้เป็นเวลาที่อุณหภูมิพื้นผิวของระบบแผ่รังสีถึง 95% ของความแตกต่างระหว่างค่าสุดท้ายและค่าเริ่มต้น เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงขั้นบันไดในการควบคุมระบบเป็นอินพุต[ 40 ]โดยส่วนใหญ่ได้รับอิทธิพลจากความหนาของคอนกรีต ระยะห่างของท่อ และในระดับที่น้อยกว่าคือชนิดของคอนกรีต ไม่ได้รับผลกระทบจากเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อ อุณหภูมิการทำงานของห้อง อุณหภูมิของน้ำที่จ่าย และรูปแบบการไหลของน้ำ โดยใช้เวลาตอบสนอง ระบบแผ่รังสีสามารถจำแนกได้เป็นระบบตอบสนองเร็ว (τ95< 10 นาที เช่น RCP) ระบบตอบสนองปานกลาง (1 ชั่วโมง<τ95<9 ชั่วโมง เช่น ประเภท A, B, D, G) และระบบตอบสนองช้า (9 ชั่วโมง< τ95<19 ชั่วโมง เช่น ประเภท E และประเภท F) [ 40 ]นอกจากนี้ ระบบแผ่รังสีที่พื้นและเพดานมีเวลาตอบสนองที่แตกต่างกันเนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนที่แตกต่างกันกับสภาพแวดล้อมทางความร้อนของห้อง และตำแหน่งการฝังท่อ

ระบบปรับอากาศอื่นๆ ที่แลกเปลี่ยนความร้อนโดยการแผ่รังสี

เตาผิงและเตาฟืน

เตาผิงให้ความร้อนแบบแผ่รังสี แต่ก็ดึงอากาศเย็นเข้ามาด้วย A: อากาศสำหรับการเผาไหม้ ในห้องที่มีลมโกรก จะดึงอากาศจากภายนอกเข้ามา B: ก๊าซไอเสียร้อนจะให้ความร้อนแก่อาคารโดยการพาความร้อนขณะที่มันออกจากปล่องไฟ C: ความร้อนแบบแผ่รังสี ส่วนใหญ่มาจากเปลวไฟที่มีอุณหภูมิสูง จะให้ความร้อนเมื่อถูกดูดซับ

ดูเพิ่มเติม

อ่านเพิ่มเติม

  • คู่มือ ASHRAE ระบบและอุปกรณ์ HVAC ปี 2012 บทที่ 13 การทำความร้อนและความเย็นด้วยระบบไฮดรอลิก
  • Kessling, W., Holst, S., Schuler, M. แนวคิดการออกแบบเชิงนวัตกรรมสำหรับท่าอากาศยานนานาชาติกรุงเทพฯ แห่งใหม่ (NBIA)
  • Olesen, BW ระบบทำความร้อนและความเย็นแบบแผ่รังสีโดยใช้น้ำ มหาวิทยาลัยเทคนิคแห่งเดนมาร์ก ศูนย์นานาชาติเพื่อสิ่งแวดล้อมและพลังงานภายในอาคาร
  • งานวิจัยเกี่ยวกับการระบายความร้อนด้วยรังสีที่ศูนย์เพื่อสิ่งแวดล้อมในอาคาร
  • แบบสำรวจคุณภาพสิ่งแวดล้อมภายในอาคาร (IEQ) ของศูนย์เพื่อสิ่งแวดล้อมที่สร้างขึ้น (Center for the Built Environment) ถูกเก็บถาวรเมื่อวันที่ 22 กุมภาพันธ์ 2547 ที่Wayback Machine
  • คู่มือระบบทำความร้อนแบบแผ่รังสีจากกระทรวงพลังงานสหรัฐฯ
  • สภาความปลอดภัยเครื่องทำความร้อนอินฟราเรด
  • สมาคมแผงเรเดียนท์
  • แผนที่แสดงอาคารที่ใช้ระบบทำความร้อนและทำความเย็นแบบแผ่รังสีด้วยน้ำ
ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Radiant_heating_and_cooling&oldid=1344278410#Heating "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ การทำความร้อนและการทำความเย็นแบบแผ่รังสี

การทำความร้อนและความเย็นแบบแผ่รังสี เป็นเทคโนโลยี HVAC ประเภทหนึ่งที่ แลกเปลี่ยนความร้อน ทั้งแบบ การพาความร้อน และ การแผ่รังสี กับสภาพแวดล้อมที่ออกแบบมาเพื่อทำความร้อนหรือความเย็น...

ประวัติศาสตร์

ระบบทำความร้อนและทำความเย็นแบบแผ่รังสีมีต้นกำเนิดมาจากระบบที่แยกจากกัน แต่ปัจจุบันมีรูปแบบที่คล้ายคลึงกัน ระบบทำความร้อนแบบแผ่รังสีมีประวัติศาสตร์อันยาวนานในเอเชียและยุโรป ระบบที่เก่าแก่ที่สุด ย้อนไปถึง 5000 ปีก่อนคริสตกาล พบในภาคเหนือของจีนและเกาหลี...

ระบบทำความร้อนแบบแผ่รังสี

การทำความร้อนด้วยรังสี เป็นเทคโนโลยีสำหรับการทำความร้อนทั้งภายในและภายนอกอาคาร เราพบเห็น ความร้อนจาก รังสี ได้ทุกวัน ตัวอย่างที่พบเห็นได้บ่อยที่สุดคือความอบอุ่นจากแสงแดด อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีการทำความร้อนด้วยรังสีนั้นมีความหมายที่แคบกว่า กล่าวคือ...

ภายในอาคาร

พลังงานความร้อนถูกปล่อยออกมาจากองค์ประกอบความร้อนขนาดใหญ่ เช่น พื้น ผนัง หรือแผงเหนือศีรษะ หรือองค์ประกอบความร้อนขนาดเล็ก และให้ความอบอุ่นแก่คนและสิ่งของอื่นๆ ในห้อง แทนที่จะให้ความร้อนแก่อากาศโดยตรง อุณหภูมิ อากาศภายใน...