|
Назначение, конструкция, принцип действия системы ОВК «Элита». Использование двухступенчатой рекуперации. Схемы применения эжекционных доводчиков в зависимости от назначения зданий. Пример применения системы ОВК «Элита» в офисном здании
Предпосылки необходимости устройства механической приточно-вытяжной вентиляции
В развитии инженерных систем зданий можно проследить те же тенденции, что и в иных сферах деятельности человека, направленных на жизнеобеспечение. Сначала решается острая проблема, будь то голод, дождь или холод, а, сняв ее остроту, человек неминуемо сталкивается с потребностями менее насущными, но также требующими удовлетворения. Как правило, это оптимизация имеющихся систем и создание новых, соответствующих появившимся требованиям.
Новые экономические условия внесли свои коррективы в требования к микроклимату зданий: он должен обеспечиваться энергосберегающими методами, которые экономят ресурсы страны и отдельного собственника. Современная архитектура явилась основным факторoм, заставляющим инженеров ОВК пускаться в творческий поиск решений по размещению агрегатов и сетей.
Жилищное строительство прошлого столетия хотя и не блистало обилием инженерных систем, но примененные незамысловатые решения имели некую логику и завершенность, чего не скажешь о решениях, имеющих место в процессе современного строительного бума. Так, каналы естественной вытяжной вентиляции располагаются на прежних местах, как и проектировались, но воздух через них не удаляется, поскольку нет его притока через неплотности в окнах, как это предусматривал СНиП. Напротив, воздух из санузлов и кухонь может поступать в жилые комнаты. Технология стеклопакетов исключила приток воздуха через закрытое окно. Чтобы изменить сложившуюся ситуацию, в конструкцию окна встраивается клапан, что дискредитирует саму идею светопрозрачного теплоизолятора, отсекающего шум и пыль. Другой вариант - клапаны-форточки в стене, также не отличается эффективностью. Они ликвидируются жильцами, так как зимой их эксплуатировать небезопасно, а летом они являются источниками шума и пыли.
При открытом окне результатом проветривания помещения становятся теплопотери, шум, проникновение уличной пыли и гари, насекомых, неприятных запахов, а также сквозняки. При всем этом проветривание может быть только временным и не решает вопрос нормальной работы вытяжки в нужное время.
В связи с вышеизложенным современное здание должно оснащаться принудительными системами приточной вентиляции с предварительной очисткой воздуха и утилизацией тепла вытяжного воздуха.
Назначение, конструкция, принцип действия системы ОВК «Элита»
При современных нормах теплоизоляции ограждающих конструкций зданий акцент теплопотерь здания сместился в сторону вытяжной вентиляции, на которую приходится до 80% утечки тепла.
Рассмотрим климатическую систему, в основу которой положены принципы экологии, энергоэффективности и комфорта, на примере энергосберегающей ОВК «Элита». Ее главное отличие от большинства централизованных систем - объединение отопления, вентиляции и кондиционирования (ОВК) в одну систему с постоянной подачей свежего воздуха в помещение через эжекционные доводчики (ДЭ) и утилизацией тепла вытяжного воздуха. Прототипы данной системы показали экономию тепловой энергии на уровне 50%, а метод подачи воздуха через ДЭ оказался лучшим по экологическим параметрам и уровню комфорта.
Интеграция в единый комплекс систем отопления, вентиляции и кондиционирования позволяет добиться выполнения всех трех задач оптимальным образом, сделать работу систем согласованной и направленной на получение необходимого результата. Тем самым достигается максимальный кпд по каждой функции, исключаются ситуации, когда отдельные системы мешают друг другу выполнять свои задачи.
Единая система ОВК «Элита» (рис. 1) обеспечивает комфортный микроклимат в помещениях различного назначения новых и реконструируемых зданий с учетом их индивидуальных особенностей и потребностей, а именно:
· необходимости в бесшумной, постоянной подаче свежего воздуха и возможности регулирования его температуры находящимися в помещении людьми;
· создания качественного микроклимата в жилых, общественных и служебных помещениях, благодаря требуемой кратности воздухообмена и сбалансированному температурному режиму.
Использование двухступенчатой системы утилизации тепла
За счет применения двухступенчатой рекуперации (утилизации) тепла вытяжного воздуха и эжекционных доводчиков единая система ОВК позволяет сократить затраты на нагрев приточного воздуха в холодное время года до 50 %.
Первая ступень установки рекуперации состоит из теплоизвлекающего теплообменника, который монтируется в вытяжном воздуховоде, и теплоотдающего теплообменника, размещаемого в приточном воздуховоде. Два теплообменника связаны между собой замкнутым контуром промежуточного теплоносителя (антифриза). Тепловой насос, используемый в качестве второй ступени рекуперации, позволяет не только глубже утилизировать тепло вытяжного воздуха в отопительный период, но и охлаждать приточный воздух летом, позволяя таким образом создавать комфортный микроклимат в помещениях, независимо от наружных климатических условий.
Различные схемы применения эжекционных доводчиков в зависимости от назначения зданий
Ключевое место в единой системе ОВК «Элита» занимает эжекционный доводчик (рис. 2), который является местным отопительно-вентиляционным прибором, сочетающим в себе функции бесшумного воздухораспределения, эффективного отопления и комфортного кондиционирования.
В доводчике происходит смешение внутреннего и наружного приточного воздуха. Последний поступает в доводчик через сопла. Под воздействием эффекта преобразования кинетической энергии струй приточного наружного воздуха, выходящих из отверстий сопел, из помещения эжектируется внутренний воздух, который проходит через теплообменник и, в зависимости от температуры воды в трубках теплообменника, нагревается или охлаждается. Это дает возможность формировать тепловой режим в помещении путем регулировки тепло- или холодопроизводительности теплообменника.
В переходные периоды года, когда температура наружного воздуха составляет 10-15 ºС, не требуется дополнительных теплозатрат на подготовку наружного приточного воздуха, поскольку его нагрев до комфортной температуры происходит в установке рекуперации (за счет утилизации тепла вытяжного воздуха) и в эжекционном доводчике (за счет эжекции и смешения).
Скорость подачи воздуха из доводчика в зону обслуживания составляет 0,2-0,3 м/с, что исключает дискомфорт и ощущение холодного потока при кондиционировании.
Отсутствие вращающихся и трущихся деталей обеспечивает бесшумность, долговечность, надежность и простоту обслуживания эжекционного доводчика, что выгодно отличает его от вентиляторного доводчика (фанкойла).
Наиболее рациональным является применение эжекционных доводчиков для притока воздуха в рабочую зону, при условии расположения вытяжки воздуха под потолком на максимально возможном удалении от доводчика. Тогда человек постоянно находится на пути потока свежего воздуха, а все загрязнения вытесняются вверх и удаляются через вытяжку. Указанная схема организации воздухообмена называется «вытесняющая вентиляция». Благодаря ей, воздух в зоне пребывания людей имеет значительно лучшие санитарно-гигиенические качества, чем воздушный поток при использовании традиционной схемы вентиляции. Когда приток и вытяжка находятся в верхней зоне помещения, 20-40% свежего воздуха удаляются через вытяжку, не попадая в зону пребывания человека, а оставшийся свежий воздух смешивается с загрязненным теплым воздухом.
Блоки фильтрации, управления влажностью и автоматики встраиваются в систему «Элита» на этапе ее адаптации к конкретному зданию или помещению и подбираются в соответствии с техническим заданием заказчика. При этом практически нет ограничений в подборе оборудования каждого из блоков. Развитие и усложнение их функций влияет только на мощность вентиляторов и стоимость системы в целом. Универсальность эжекционных доводчиков позволяет располагать их горизонтально и встраивать в пол.
Обилие инженерных коммуникаций иногда настораживает инвесторов, желающих максимально увеличить полезную площадь помещений, приносящую доход. Это стремление понятно, но менее обосновано в современных условиях, когда микроклимат помещений стал играть важную роль в выборе офиса арендаторами, а арендодатели учитывают степень инженерной оснащенности при формировании рентной ставки. К тому же применение единой системы ОВК позволяет более гибко подойти к перепланировке помещений, что важно для офисных зданий.
Пример применения системы в офисном здании
Ниже приводится концептуальное решение системы вентиляции и кондиционирования в офисном здании с ограждающими конструкциями из стеклянных панелей.
Рассмотрим применение климатической системы в офисном помещении высотного здания со стенами из стеклянных панелей высотой 3,0 м. Четыре стеклянных стеновых блока с наружной поверхностью остекления имеют площадь Fос = 17,5 м2.
Площадь офисного помещения Fпом = 79,56 м2. На этой площади расположено 10 постоянных рабочих мест, к которым необходимо по нормам подавать приточного наружного воздуха:
ℓпн = 10 х 60 = 600 м3/ч.
Два места отводится для временных посетителей, для которых ℓпн.пос = 40 м3/ч
Общий приток наружного воздуха в модуль:
∑ ℓпн = 600 + 40 = 640 м3/ч.
Объем помещения, где находятся люди:
Vпом = 203 м3.
По притоку наружного воздуха кратность обмена: Коб.пн = 640/203 = 3,15 м3/ч.
Испытания в офисных помещениях показали, что при кратности обмена Коб.пн ≤ 2,5 полностью устраняются запахи и вредные газы. А наличие остекления значительной площади создает трудности в отведении теплопритоков от проникающей солнечной радиации.
На рис. 3 представлено графическое построение горизонтальных проекций солнечных лучей на пол офисного помещения. Рабочий день начинается в 9 часов утра, и для этого времени угол падения солнечных лучей составляет h = 37 º. Это значение сохраняется и в конце рабочего дня в 16 часов. В полуденные часы наибольшая интенсивность солнечной радиации характерна для южной ориентации остекления и для г. Москвы составляет
qс.р = 488 Вт∙ч/м2.
В конструкции стеновых панелей применено отражающее стекло с коэффициентом отражения
В с.oт = 0,6. Поток проникающей солнечной радиации в полуденные часы для южной ориентации через стеклянные стены модуля офисного помещения:
Qпр.с.р = 5124 Вт ∙ ч.
В 9 часов утра и 16 часов дня интенсивность потока солнечной радиации на южную сторону остекления равна qc.р = 212,3 Вт ∙ ч/м2 . Для рассматриваемого модуля офисного помещения:
qпр.с.р.у-д = 17,5 ∙ 0,6 ∙ 212,3 = 2229,2 Вт ∙ ч.
Удельный поток проникающей солнечной радиации на пол офисного помещения в утренние и дневные часы
пр.с.р.у-д = 2229,2/24,4 = 92 Вт ∙ ч/м2 пола.
Проведенный анализ показывает, что для помещений со значительными световыми проемами удельная интенсивность проникающей солнечной радиации по времени суток изменяется более чем в четыре раза. Наибольшая интенсивность теплового потока солнечной радиации имеет место на площади пола (где располагаются мебель, приборы, люди) в зоне у стеклянного стенового блока в полуденные часы при южной ориентации. Для высотных зданий глубину служебных помещений предусматривают до 14 м, что создает значительные неравномерности формирования теплового режима.
В холодное время года для снижения влияния низких температур наружного воздуха на тепловой комфорт людей в помещении необходимо у внутренней поверхности стеклянных стеновых панелей создавать восходящий тепловой поток. Для этого используются ДЭ глубиной 120 мм, которые легко могут быть размещены в приямке пола у стеклянного стенового блока.
К теплообменнику эжекционного доводчика присоединены трубопроводы циркуляции горячей воды, расход которой регулируется автоматически по датчику контроля температуры воздуха у рабочего места в пристенной зоне. Над рабочими местами в наружной зоне офисного помещения под потолком подвешены трубчатые панели, по которым проходит холодная вода. Это обеспечивает лучистое охлаждение пола и рабочих мест в зоне наибольших удельных интенсивностей теплопоступлений. Расход холодной воды через панели лучистого охлаждения регулируется по датчику контроля верхнего уровня комфортных температур воздуха у рабочих мест.
В полу у стеновых блоков располагается в модуле четыре ДЭ производительностью по первичному воздуху каждого
ℓпн.ДЭ.н.з = 400/4 = 100 м3/ч.
Находящиеся в помещении офиса люди выполняют работу средней тяжести, при которой от одного человека выделяется 70 Вт ∙ ч явного тепла и 185 г/ч влаги. От людей в наружной зоне в теплый период года будут выделения
явного тепла: qт.я.н.з. = 8∙ 70 = 560 Вт ∙ ч;
влаги: Wл.н.з. = 8 ∙ 185 = 1480 г/ч.
По требованиям СНиП в теплый период года комфортные параметры воздуха в зоне обитания людей могут быть: tв = 25 ºC, Фв = 60%, dв = 12 г/кг. Водяные пары конвективными потоками будут поступать под потолок, и поэтому эффективность их поглощения может быть оценена показателем:
КLd = dy - dnн / dв - dnн (1)
По натурным испытаниям в офисных помещениях величину показателя КLd можно принять равным 2,0. Влагосодержание охлажденного и осушенного в центральном кондиционере приточного наружного воздуха принимаем dох = dпн = 10 г/кг. Из преобразованного показателя (1) находим
конечное влагосодержание удаляемого воздуха:
dу = KLd (dв – dпн) + dпн = 2,0 (12-10) + 10 = 14 г/кг.
Таким образом достигается поглотительная способность приточного наружного воздуха:
∆dас.пн = 14 -10 = 4 г/кг > ∆dас = 3 г/кг.
Это показывает, что в обитаемой зоне помещения влажность воздуха будет более комфортная - 55%.
При расчете мощности холодильной станции для систем ОВК для надежности необходимо руководствоваться новыми климатическими нормами. В приточном вентиляторе и воздуховодах охлажденный приточный наружный воздух нагреется до tпн = 16,5 º C и с этой температурой поступит к соплам ДЭ.
В теплообменник ДЭ поступает холодная вода с tw1 = 14 ºC, что позволяет избежать конденсации влаги при охлаждении эжектируемого внутреннего воздуха. На эжекцию в ДЭ поступает воздух у пола, где в расчетных условиях в зависимости от наличия солнечной радиации на пол температура может быть принята за 26 º C. Теплотехническая эффективность теплообменника ДЭ равна t = 0,48. Температуру охлажденного в теплообменнике эжектируемого воздуха вычисляем из преобразованного выражения для t:
tв.ох.ДЭ = tв.э - t (tв.э - tw1) = 26 – 0,48(26 -14) = 20,3 º С.
От четырех эжекционных доводчиков поступает в наружную зону офисного помещения следующее количество холода:
∑qх.ас.ДЭ = ∑ qас.пн + ∑ qДЭ.пз = 1893 + 2280 = 4173 Вт ∙ ч.
В помещение от ДЭ будет поступать воздух с температурой притока:
tп = = = 19,3 ºC.
Полученная температура притока подается на остекление и частично струями в зону обитания людей и отвечает комфортным условиям воздухораспределения.
Теплопритоки в наружной зоне:
∑qт.пр.н.з = 6378 Вт ∙ ч.
все публикации
|
