Журнал "АВОК" 1999 год №3

Системы воздухораспределения - Новейшие принципы


   Антонио Бриганти

   Системы воздухораспределения приточного воздуха хорошо известны. На страницах «RCI» было опубликовано несколько посвященных им материалов; ниже мы приводим библиографию по данной теме.
   Первоначально новые принципы подачи воздуха и соответствующие воздухораспределители (ВР) применялись для вентиляции промышленных сооружений в cкандинавских странах. Затем постепенно – и, сказать по правде, не без проблем, - такие системы получили распространение в гражданском секторе.
   Традиционные системы воздухораспределения основаны на перемешивании воздуха в помещении (MV).
   Принципиальной особенностью рассматриваемой системы воздухораспределения является минимизация перемешивания подаваемого воздуха с воздухом помещения: две воздушные массы разделяются пограничным слоем, высота расположения которого определяется на стадии проектирования. Подобные системы получили название «Displacement ventilation» (DV).
   В последние годы появились новые модели ВР для DV систем гражданских зданияй, разработаны интересные способы их применения, разнообразные технические решения.
   За рубежом системы DV используются как в зданиях общественного назначения больших объемов, так и в обычных конторских помещениях.
   Установка DV ВР в новой Государственной библиотеке в Париже само по себе есть очевидное признание их эффективности для вентиляции больших помещений.
   Примеры применения DV в Великобритании показали, что эффективная вентиляция обеспечивается при подаче наружного воздуха без его предварительного охлаждения.
   Естественно, это возможно для местных климатических условий.
   DV представляет значительную альтернативу MV как при новом строительстве, так и при реконструкции.

Типы ВР

   Имеющиеся на рынке ВР можно объединить в несколько основных групп.
   Первыми ВР для DV систем можно считать цилиндрические и полуцилиндрические (см. рис. 1). ВР устанавливается на полу в центре помещения, либо у одной из стен в зависимости от конструкции. Лицевая стенка ВР перфорирована. Через нее с малой скоростью воздух подается в помещение. В очень больших помещениях радиус действия ВР может достигать 15 м (см. рис. 2).

Вытеснительная вентиляция

Вытеснительная вентиляция

   Рис. 1 Воздухораспределители цилиндрической и полуцилиндрической формы. Предназначены для применения в сфере обслуживания

Рис. 3 Воздухораспредель прямоугольной формы.
Предназначен для применения в сфере обслуживания

   Приточный воздух поступает к ВР по вертикальному воздуховоду сверху или снизу.
   ВР прямоугольной формы, также устанавливаемые вертикально, это, как правило, короб небольшой глубины с перфорированной лицевой стороной, через которую подается воздух (см. рис. 3). Такие модели устанавливаются у стены помещения. Радиус действия прямоугольных ВР также может достигать 15 м (см. рис. 4). Они нашли применение, главным образом, в больших помещениях.

Вытеснительная вентиляция

Рис. 2 Зона действия воздухораспределителя
цилиндрической формы

 

Вытеснительная вентиляция

Рис. 4 Схема зоны действия настенного ВР


   Для помещений меньших размеров, к примеру, магазинов и офисов, разработаны модели с меньшим расходом воздуха, отличающихся хорошим дизайном, они не создают особых проблем эстетического характера.
   В частности, в помещениях обычных размеров могут использоваться прямоугольные ВР, имеющие небольшую высоту и глубину и легко маскирующиеся различными предметами мебели. Они крепятся к стене в цокольной зоне. Воздух подается через отверстия лицевой стенки короба. Радиус действия достигает 6 м. Одна из возможных схем их применения приведена на рис. 5.
   Иногда ВР такого типа встраиваются в стену. Пример такого решения приведен на рис. 6.
   В этом случае ниши для установки ВР и размещения подающего воздуховода должны быть предусмотрены проектом и составляют неотъемлемую часть строительных работ. Для помещений, где предусмотрен фальшпол, используемый как камера давления, разработано два типа ВР: цокольный (см. рис. 7), закрепляемый у стены, и напольный, находящийся непосредственно под ногами людей (см. рис. 8).

Вытеснительная вентиляция

Рис. 5 Пример установки и ориентировочная схема зоны действия настенного горизонтального ВР

 

Вытеснительная вентиляция

Рис. 6 Пример установки ВР, встроенного в стену

Вытеснительная вентиляция

Рис. 7 Фрагмент цокольного ВР с подводом воздуха из фальшпола

 

Вытеснительная вентиляция

Рис. 8 Напольный ВР, установленный в стене


   Цокольные ВР обеспечивают «дальность» подачи воздуха до 6 м.    Напольные - имеют полезный радиус около 4-5 м. В обоих случаях воздух подается к ВР из фальшпола.
   ВР, предназначенные для театрально-концертных помещений и аудиторий, имеют некоторые особенности и производятся в особом исполнении. В данном случае ВР располагаются непосредственно под креслом, подпирая его, и забирают воздух напрямую из фальшпола.
   По отношению к сидящему действие ВР, во-первых, в обеспечении чистого индивидуального микроклимата, и, во-вторых, в общем вентилировании нижней зоны пространства под ногами людей.
   В таблице 1 приведены сводные данные и сравнительные характеристики ВР. Таблица составлена на основе характеристик моделей, представленных на рынке в настоящее время.
   Уровень их шума не превышает 35 дБ(А) и в большинстве случаев не вызывает беспокойство. Исключение составляют кресельные ВР, которые в силу особенностей применения имеют более низкий уровень шума - до 16 дБ(А). Данное значение является предельным по слышимости для человека со средним слухом в помещении, соответствующим образом оборудованном в акустическом плане.

Музей науки и техники в Кардиффе

   Новый музей науки и техники в Кардиффе, городе на юго-западном побережье Великобритании, построен в бывшей судоремонтной верфи 19-го века. Здание имеет сводчатое перекрытие высотой 11 м. Стены за исключением северной стороны, которая выложена кирпичом, стеклянные двойные, в качестве стеновых опор использована вертикально-горизонтальная решетка.
   Для защиты от солнечного излучения восточная и западная стены покрыты тканой сетчатой «вуалью» темного цвета, перекликающейся с «мореходной» тематикой.

Вытеснительная вентиляция

Рис. 9 Использование внутреннего пространства в новом здании Музея в Кардиффе. Целостность первоначального объема сохранена почти полностью

   Проект здания музея разработан в интерактивном ключе в соответствии с нынешними веяниями: как можно активнее вовлекать посетителей, главным образом детей и подростков, в осмысление научных экспериментов. С этой целью была сохранена непрерывность широкого внутреннего пространства. Помимо необходимых служебных и конторских помещений, выгорожено лишь несколько специальных зон, где организованы театральный зал, опытная лаборатория и небольшой планетарий (рис. 9).
   Проект вентиляционно-отопительной системы разрабатывался шведской компанией «Buro Happold”.
   Проектом предусмотрено широкое применение энергосберегающих технологий.
   В летний период вентиляция музея частично естественная. Благодаря эффекту «трубы», обусловленному высотой свода, в здании обеспечивается 4-6 – кратный воздухообмен. При этом, однако, на отдельных участках естественная вентиляция дополнена системой механической вентиляции. ВР равномерно установлены на уровне первого этажа (основного) и мезонина. Разрез комплекса представлен на рис. 10.

Вытеснительная вентиляция

Рис. 10 Разрез общего вида здания Музея в Кардиффе.
На рисунке видны первый этаж и мезонин с установленными ВР.
1. Вытяжной воздух проходит через утилизатор.
2. Регулирование естественной вентиляции обеспечивается регулируемыми элементами конструкции.
3. Тканая вуаль для защиты от солнечной радиации.
4. Концентрация нагретого воздуха и загрязняющих веществ.
5. Тепло и загрязняющие вещества стремятся заполнить верхнюю зону.
6. Балюстрада, препятствующая опусканию холодного воздуха с мезонина.
7. Заслонки с автоматическим приводом для управления естественной вентиляцией.
8. Элементы системы периметрального отопления в основании здания.
9. Нагретый воздух и загрязняющие вещества устремляются вверх.
10. Пол с техническим подполом.
11. Поток свежего воздуха от ВР.
12. Нагретый воздух, вытесняемый вверх приточным воздухом.
13. Приточный воздух, имеет Dt-1,50Со отношению к температуре воздуха помещения.
14. Конвективное тепло ламп освещения, поступающее в верхнюю зону.
15. 1/3 объема - нагретый загрязненный воздух.
16. 2/3 объема – обогащенный воздух.

 

Вытеснительная вентиляция

Рис. 11 Принципиальная схема вентиляционной системы здания Королевского общества защиты птиц. В системе используется аккумуляция холода в цементных перекрытиях
1. Решетка для забора воздуха на регенерацию зимнего тепла.
2. Решетка и канал вытяжного воздуха.
3. Напольный ВР.
4. Заслонки вытяжного воздуха в воздуховоды цементных перекрытий.
5. Цементное перекрытие с кольцевыми воздуховодами.
6. Гладкое перекрытие для радиационного теплообмена.
7. Главные воздуховоды фальшпола.
8. Светящийся элемент, облицованный звукопоглощающими панелями для коррекции акустики помещения.
9. Пустое пространство 400 мм.
10. Кольцевые воздуховоды в цементном перекрытии.
11. Пространство фальшпола.


   Выбор в пользу DV предопределен возможностью одновременного использования естественной и механической вентиляции. Поскольку скорость воздуха на выходе из ВР небольшая, уровень шума работающей установки весьма невелик.
   Как видно на рисунке, потоки воздуха, создаваемые ВР первого этажа, образуют верхний пограничный слой, высота которого немногим больше роста человека. Воздух, подаваемый в мезонин, не опускается в нижнюю зону: он удерживается балюстрадой (составленной из сплошного листового стекла) и поднимается вверх в общем конвективном потоке.
   Система механической вентиляции имеет регулируемый расход воздуха, устанавливаемый в зависимости от числа посетителей. Что же касается естественной вентиляции, то управление работой системы осуществляется автоматически путем изменения положения вытяжных заслонок. Имеется три основных положения: полностью закрыты, открыты наполовину, полностью открыты. Автоматическая система управления учитывает одновременно значения температуры воздуха в помещении и уровень содержания в воздухе СО2. Глубина регулирования механической вентиляции – от 100 до 25 %.
   Часть воздуха, поступающая из ВР, отбирается и отводится на тепловой рекуператор, выполненный в виде вращающегося барабана. Он расположен в приточной камере.
   Такое решение позволяет сберегать энергию и производить предварительное охлаждение забираемого наружного воздуха.
   При необходимости кондиционирования для охлаждения воздуха применяется  испарительное охлаждение, по требованиям воздухораспределения, т.к. температура приточного воздуха (19,50С) относительно высокая.
   В переходный период, если позволяют погодные условия, кондиционирование осуществляется одним лишь наружным воздухом без применения испарительного охлаждения.
   Зимой, помимо утилизации тепла удаляемого воздуха , обеспечиваемой барабанным рекуператором, приточный воздух подогревается в калориферах.
   Система периметрального отопления остекления, образуемая элементами, скрытыми в основании стен, препятствует опусканию холодного воздуха и компенсирует теплопотери.

Помещение Королевского общества защиты птиц

   Здание имеет два этажа общей площадью 1800 м2 и находится в Сэнди, небольшом городке в Бедфордширском лесу, что в юго-восточной части Англии. При проектировании систем вентиляции и отопления здания был сделан упор на использование «пассивных» решений. Одно из них – использование аккумуляции холода в цементных полах и перекрытиях. Прямым следствием такого решения стало применение DV с установкой напольных ВР.
   Принципиальная схема вентиляционной системы здания приведена на рис. 11.
   В цементные полы первого и второго этажей на стадии строительства были установлены стальные воздуховоды. Это было сделано затем, чтобы приточный воздух не соприкасался с цементными поверхностями и не переносил пыль в помещение, ухудшая при этом качество воздуха (IAQ).
   Над перекрытием надстроен фальшпол, который, помимо прокладки различного рода электропроводки и кабелей, используется для подвода воздуха к ВР.
   Магистральные воздуховоды прямоугольной формы проходят по периметру здания и с помощью специальных заслонок могут направлять воздух либо по кольцевым каналам, заделанным в перекрытия, либо непосредственно в фальшпол.
   В здании установлены напольные ВР круглой формы. Поток воздуха распределяется горизонтально и вверх. Расход воздуха регулируется от0Сдо 100 %. Вытяжной воздух отбирается на уровне потолочного перекрытия и перед выбросом проходит через теплообменник, утилизирующий содержащееся в нем тепло (холод).
   Вентиляционная установка работает исключительно на наружном воздухе без применения искусственного охлаждения.
   При использовании холода, аккумулированного цементными полами, воздух на выходе из ВР имеет температуру 19 - 200С. Это обусловлено главным образом тем, что в силу климатических факторов расчетная летняя температура воздуха в данной местности составляет 260Со сухому термометру и 210Со мокрому. Удельный расход воздуха составляет 30 л/сек на человека, что с учетом масштаба сооружения и его заполняемости соответствует примерно кратности воздухообмена 3,5 1/ч.
   Наружный воздух очищается в фильтре, обрабатывается в центральной установке и проходит через теплообменник вытяжного воздуха. От центральной установки воздух распределяется по этажам - на восточный и западный участки. Отсюда воздух может распределяться двумя способами: либо непосредственно в фальшпол и потом в ВР, либо в кольцевые воздуховоды цементных полов, где воздух будет охлаждаться за счет аккумулированного холода. Охлажденный таким образом воздух подается по каналам в фальшпол и к ВР. Выбор рабочего режима определяется работой термостатов, управляющих положением нескольких заслонок воздуховодов.
   В ночной период работа вентиляционной системы поддерживается для охлаждения цементных перекрытий полов и накопления охлаждающей энергии, которая будет использоваться на следующий день. С этой целью наружный воздух пропускается только через круговые воздуховоды перекрытий полов. Накопительный потенциал охлаждения перекрытий составляет около 15 Вт/м2 поверхности.
   Нагрев здания в зимний период обеспечивается батареями водяного отопления конвективного действия, размещенными в подполе, а также посредством радиаторов, установленных в помещениях. Аналогичным образом отопительная система разделена на восточный и западный участки.
   При проектировании здания были применены и другие весьма интересные решения, направленные на энергосбережение. Однако в силу ограниченного объема данной статьи, мы не будем на них останавливаться.

Новый морской терминал в Дувре

   Дувр, исторический город в графстве Кент на юго-восточном побережье Англии, является одним из наиболее важных пассажирских портов Европы. Недавно здесь старая станция Британских железных дорог была перестроена в современный морской терминал для приема круизных судов (см. рис. 12). В ходе перестройки была сохранена, хотя и частично, старая металлическая конструкция. Здание разделили по высоте на два уровня: зал прибытия и зал отправления. План здания нового морского терминала, сохраняющего старую архитектуру железнодорожной станции, приведен на рис. 13. Полезная площадь, отведенная пассажирам, составляет 1700 м2 при общей площади терминала 4060 м2.
   И вновь в силу благоприятных климатических условий (расчетная летняя температура воздуха составляет 260Со сухому термометру и 200Со мокрому) было принято решение не прибегать к кондиционированию воздуха, а оборудовать мезонин, отведенный для пассажиров, системой DV с ВР цилиндрического типа. Воздух подается снизу (см. рис. 14). Приточная установка размещается рядом. Воздух под давлением (500 Па) с высокой скоростью устремляется по воздуховодам овальной формы, изготовленным из стали и размещенным в под полом. Применение высокоскоростной системы и воздуховодов овального сечения продиктовано невозможностью иных решений в силу малого фальшпола. Использование глушителей и симметричных заслонок позволяет контролировать уровень шума и снизить давление с 500 Па до 60 Па перед ВР.

Вытеснительная вентиляция

Рис. 12 Новый морской терминал пассажирского порта Дувра, вид изнутри. Часть нового терминала вентилируется DV

Вытеснительная вентиляция

Рис. 14 Два из ВР, используемых в зоне, оборудованной механической вентиляцией. Воздух подается в ВР снизу. ВР имеют цилиндрическую форму. На ВР установлены декоративные вазоны с цветами

Вытеснительная вентиляция

Рис. 13 Разрез нового терминала в Дувре. При строительстве сохранена старая металлическая конструкция железнодорожного вокзала. Конструкцию разделили на два уровня в целях более рационального использования площади

   Воздух подается отдельно к каждому ВР. Количество приточного воздуха контролируется четырьмя датчиками (термостатами) температуры воздуха в помещении, управляющими работой вентилятора центральной установки посредством регулирования его скорости. При максимальном расходе 15 м3/с в помещении обеспечивается достаточный подпор, позволяющий не допустить инфильтрацию. Вытяжка – естественная через проемы, оставшиеся в сводах перекрытий еще от прежней конструкции и оборудованные заслонками с автоматическим приводом (см. рис. 15).
   В системе отопления здания использовано два газовых котла с наддувом, размещенные в отдельном помещении, оборудованном под одним из сводов. Отопление - лучистое, панели установлены в перекрытии мезонина.
   ВР естественно вписались в общий стилистический рисунок интерьера и придали помещению «морской» оттенок. Над ВР размещены декоративные вазоны с цветами.

Таблица 1 Нормативные характеристики ВР

Модель

Настенные горизонтальн.

Цокольные, надстр. полы

Напольные

Настенные вертикальные

Вертикальные цилиндр. и п/цилиндр.

Кресельные

Расход воздуха, л/с

≤ 60


14 ÷ 30

5 ÷ 15

15 ÷ 650

50 ÷ 900

5 ÷ 12,5

Скорость воздуха, м/с 

< 0,20

< 0,20

0,8 ÷ 1,3

0,1 ÷ 0,3

0,1 ÷ 0,3

0,1 ÷ 0,16

Дальность 
(радиус), м 

6

6

4 ÷ 5

5 ÷ 15

5 ÷ 15

-

Уровень шума, дб(А)

≤ 35

≤ 35

≤ 35

≤ 35

≤ 35

до < 16

Новое здание Оперного театра Глиндебурн

   Авторство нового здания Оперного театра Глиндебурн, поблизости от исторического городка Льюис в графстве Сассекс, принадлежит известной строительной фирме Ove Arup, на счету которой немало самых престижных проектов во многих уголках мира.
   Новое здание Оперного театра перестроено из старого, меньшего по размерам, возведенного в 1934 году. Старый зрительный зал был рассчитан не более чем на 300 мест. Новый театр готов принять 1250 зрителей, и построили его всего за 17 месяцев. Старое здание было снесено по окончании оперного сезона 1992 года. Новое здание открылось к началу сезона 1994 года (естественно, такая работа не имеет ничего общего с долгостроем иных наших театров. Прим. автора).
   Театр построен в виде многоярусной подковы (см. рис. 16). В качестве системы распределения воздуха для зрительного зала и оркестровой ямы была применена DV.
   В зрительном зале применены кресельные ВР (см. рис. 17), куда воздух поступает из фальшпола. Тип ВР выбирался весьма тщательно, поскольку установка должна была гарантировать уровень шума не более 15 PNC (perceptible noise criteria), что находится практически на грани слышимости. ВР должен был работать на крайне малом давлении, не превышающем 20 Па. ВР, выбранные для зрительного зала, работают на еще меньшем давлении – примерно 10 Па. Расход воздуха на каждый ВР составляет 11 л/с. Расход воздуха в партере немного больше – 18 л/с.
   Не все зрительные места оборудованы диффузорами. На некоторых ярусах в силу малой допустимой высоты устроить фальшпол не представилось возможным. В таких зонах действует суммарный вентиляционный эффект установленных ВР, и таким образом поддерживается необходимая температура воздуха.

Вытеснительная вентиляция

Рис. 15 Использование проемов в сводах, сохранившихся от старой конструкции и оборудованных заслонками с автоматическим приводом

Вытеснительная вентиляция

   Рис. 16 Новый Оперный театр Глиндебурн, вид изнутри. Здание оборудовано системой DV вентиляции кресельного типа. Основным критерием выбора были эффективность распределения воздуха и бесшумность

Вытеснительная вентиляция

 Рис. 17 Фрагмент ВР кресельного типа нового Оперного театра. ВР работают под давлением около 10 Па, уровень шумов не превышает 15 PNC, что почти на грани слышимости

   В летний период расчетная температура составляет 280Со сухому термометру и 190Со мокрому. Расчетная температура воздуха в летний период внутри помещения 23 + 20С.
   Для обеспечения таких показателей воздух на выходе из распределительных терминалов имеет температуру 200С. И хотя в здании имеется холодильная установка мощностью 350 кВт, предназначенная для обслуживания только зрительного зала, такая температура позволяет обеспечивать свободное охлаждение (free cooling) в различные периоды оперного сезона. Обычно установка работает только на наружном воздухе. Однако когда заполняемость зала невысокая, имеется возможность использовать смесь 50 на 50 наружного воздуха и воздуха рециркуляции.
   Оркестровая яма также вентилируется. ВР установлен в задней части ямы. Удельный расход воздуха здесь выше и составляет от 15 до 20 л/с на человека, поскольку ниже расчетная температура воздуха – 21 + 20С.
   DV вентиляция как нельзя лучше соответствует особенностям струнных инструментов, поскольку под воздействием холодного воздуха при температуре явно ниже комнатной они легко расстраиваются. DV представляетcя, таким образом, отличным  решением для организации вентиляции музыкально-концертных учреждений.
   Сцена и закулисная часть вентиляцией не оборудованы. Накопленное тепло отбирается в антрактах вентиляторами дымоудаления.
   Центральная установка обработки воздуха для зрительного зала размещена в задней части закулисного пространства. По воздуховодам воздух от подается в фальшпол, на котором, собственно, и стоит зрительный зал.
   Непосредственно в зрительном зале воздух распределяется в фальшполе по стальным воздуховодам.
   Для того чтобы не создавались застойные участки нагретого воздуха, вытяжка осуществляется в задней части верхних ярусов.
   Хотя театр не рассчитан на работу в зимний период, здание оборудовано отопительной системой установленной мощностью 1400 кВт. Имеется также система утилизации тепла вытяжного воздуха.
   Холодильная и отопительная установки расположены в отдельно стоящем здании на расстоянии 30 м от театра. Это сделано в целях максимального снижения шума.

Заключение

   Описанные нами примеры использования DV подтверждают правомерность столь значительного интереса к ним в широкой области гражданского строительства. Наличие в продаже большого числа моделей ВР, имеющих широкий спектр рабочих характеристик, позволяет успешно решать задачи самых разных уровней сложности. Для некоторых случаев, особенно театральных залов и разного рода аудиторий, где требуется обеспечить высокий уровень комфорта и бесшумность работы обслуживающих агрегатов, DV представляется сегодня, пожалуй, наиболее подходящей.
   К явным недостаткам DV, несомненно, следует отнести немалые габариты ВР, особенно вертикальных прямоугольных и цилиндрических моделей, и необходимость подвода воздуха через нисходящие или восходящие воздуховоды. Тем не менее, рабочие характеристики и, главным образом, качество воздуха в помещении (IAQ), создаваемое DV, по некоторым типам зданий и сооружений не может обеспечить ни одна другая система вентиляции. Не стоит забывать также о возможности осуществления свободного охлаждения (free cooling) наружным воздухом. Нельзя сказать, что это исключительная характеристика DV. Однако, несомненный довод в их пользу.
   Хорошие результаты, демонстрируемые DV во множестве проектов, реализованных за рубежом, а также в нескольких отечественных разработках, придают уверенность в правильности выбора таких систем. Специалисты не должны бояться новых решений в проектировании систем вентиляции гражданского назначения.
   Иллюстрации ВР предоставлены Krantz/Technik, Sagi Italiana, Kessler tech, Varizon/France Air.
   Список литературы:
   • Bunn R., Cruise Control, Building Services Journal, июнь 1996.
   • Brister A., A quest for knowledge, Building Services Journal, апрель 1996.
   • Brown F., Low energy takes flight, Building Services Journal, март 1996.
   • Brister A., Sound Engineering, Building Services Journal, август 1996.
   • Briganti A., Il condizionamento dell’aria, 5-е издание, Tecniche Nuove, Milano, 1994.
   • Werner Roth H., From ceiling downwards, Building Services Journal, июль 1992.
   • Appleby P., Displacement ventilation: a design guide, Building Services Journal, апрель 1989.
   Перепечатано из журнала RCI, № 11/1998.
   Перевод с итальянского С.Н.Булекова.
   Комментарий редакции
   Системы воздухораспределения, использующие естественную тенденцию к температурному расслоению, стратификации, воздуха по высоте помещений с источниками тепловыделений, широко применяются в зарубежной практике и получили название «Displacement ventilation», DV. Практически все фирмы, производящие воздухораспределители, ВР, выпускают их для DV. На российском рынке представлены ВР таких известных фирм, как «ABB», «HALTON», «TROX» и др. Фирмы предлагают рекомендации по их подбору.
   Основные достоинства DV – высокое качество воздуха в обслуживаемой зоне помещений за счет минимизации перемешивания и возможность сокращения воздухообмена за счет увеличения его эффективности. Если для традиционных перемешивающих систем, MV, коэффициент эффективности воздухообмена, Кэф ≈ 1, то для DV Кэф ≈ 1,3 ч 1,7, а для промышленных зданий может составлять 2 ч 3 и более.
   Конструктивные трудности устройства DV довольно подробно рассмотрены в статье. Необходимо также иметь в виду, что разность температуры приточного воздуха и воздуха в обслуживаемой зоне помещений
   Dt = 6-8 0C, рекомендуемая в статье, представляется явно завышенной, по крайней мере для гражданских зданий. Значения Dt=24 0C более реальны. Не случайно такой диапазон температур приводится в рассматриваемых примерах.
   Поскольку величина Dt, как и Кэф, определяет величину воздухообмена в помещении при выборе типа системы (DV или MV), на это обстоятельство следует обратить особое внимание, т.к. для MV значение Dt, как правило, может быть больше, чем для DV.
   В России DV пока не получила распространения. Известно только несколько примеров ее использования при проектировании и строительстве. Отечественная промышленность не выпускает соответствующие ВР, хотя документация для цилиндрических, полуцилиндрических, прямоугольных и треугольных (угловых) ВР была разработана (АО ЦНИИпромзданий, АО ПРОЕКТПРОМВЕНТИЛЯЦИЯ).
   Вместе с тем принципы и методы расчета систем вентиляции с организацией и стабилизацией температурного расслоения воздуха по высоте глубоко и подробно изучены в СССР и в России.
   Хорошо известны работы А.Н. Селиверстова, Е.В.Кудрявцева, И.А.Шепелева по исследованию условий формирования «температурного перекрытия и тепловой подушки». Расчеты аэрации промышленных зданий (см. Справочник Проектировщика, ч. II, т. 1) базируются на принципах формирования температурного расслоения воздуха.
   В последние годы нами выполнен ряд исследований DV для зданий различного назначения. Установлены необходимые зависимости для определения величины воздухообмена и уровня расслоения воздуха, учитывающие условия конкретного помещения и требования к качеству воздуха. Расчетные зависимости получены в результате анализа воздушно-теплового режима помещений с дифференцированным учетом лучистого и турбулентного теплообмена в помещении, современными знаниями о конвективных потоках над источниками тепла, что выгодно отличает их от зарубежных исследований.
   Сейчас мы готовы к практическому использованию DV в практике реального проектирования и строительства.
   Е.О. Шилькрот,
    Вице-Президент АВОК
   Консультации по
   тел. (095) 482 3822
   В последние годы расширяется номенклатура систем воздухораспределения. Одновременно произошла их дифференциация, появились новые схемы организации воздухообмена и предназначенные для них воздухораспределители. Положительные результаты их применения должны развеять сомнения, до сих пор окружающие новые системы у нас в стране (в Италии).

  

Особенности распределения воздуха

   Принцип действия DV отличается от принципа действия традиционных систем MV. Воздух поступает в нижнюю зону и не смешивается с воздухом помещения. Он вытесняет его вверх, создавая эффект «плавучести и восходящего распределения». Удаление воздуха – из верхней зоны. Таким образом, в помещении обеспечивается постоянный приток чистого воздуха в обслуживаемую зону, который поднимает к потолку теплый и загрязненный воздух. Воздух, поступающий через ВР, соприкасаясь с теплыми поверхностями, расположенными в обслуживаемой зоне (компьютеры, настольные лампы, сидящие люди, полы, подогреваемые солнечным светом и проч.), стремится вверх в естественных конвективных потоках над нагретыми поверхностями, одновременно унося загрязненные воздушные массы, образующиеся в нижних слоях помещения (см. рис. А).
   В помещении происходит образование на определенном уровне разделяющего пограничного слоя. Под ним формируется воздушная масса желаемой чистоты и температуры, а над ним скапливаются нагретые загрязнения. Высота расположения пограничного слоя может устанавливаться на стадии разработки проекта и зависит, помимо прочего, от характеристик ВР, объемов подаваемого воздуха, его температуры и т. д. На рисунках Б и В приведены две фазы испытаний ВР дымовыми шашками. Временной разрыв между фазами составляет всего несколько минут. Как видно на рисунке Б, в начале испытаний в нижнюю зону помещения начинает подаваться свежий воздух. На рисунке В видно, как спустя несколько минут свежий воздух уже распространился по всей площади помещения, «подняв» вверх имевшийся нагретый загрязненный воздух.
   Небольшая высота расположения пограничного слоя обеспечивается малым расходом воздуха. Для более высоких уровней пограничного слоя требуются большие расходы.
   В конторских помещениях, где персонал занят в основном сидячей работой, пограничный слой можно устанавливать на высоте около 1,5 м. Там, где люди большую часть времени проводят на ногах, например, торговых помещениях, высота пограничного слоя может составлять 1,8 м.
   ВР подают в помещение воздух, имеющий температуру, весьма близкую к комфортной. Для помещений гражданского назначения обычный температурный перепад между воздухом помещения и подаваемой воздушной массой составляет 6-80Сменьше. Иными словами, воздух, подаваемый в помещения, оборудованные сидячими рабочими местами, имеет температуру 180Свыше, тогда как в помещениях, где жизнедеятельность носит более активный характер (например, в торговых и развлекательных центрах и проч.), она может опускаться до 160С. Во избежание образования турбулентности фронтальная скорость выпуска воздуха из ВР составляет обычно не более 0С,20 –0С,25 м/с.

Вытеснительная вентиляция

   Рис. А Принцип действия DV. Приточный воздух от ВР формирует нисходящий поток, который занимает нижнюю зону помещения. Затем он вытесняет вверх нагретый загрязненный воздух в естественных конвективных потоках.

   Приточный воздух начинает подаваться в помещение
   Воздух на выходе из ВР имеет большую плотность и формирует нисходящий поток, который образует воздушную струю в 50-100 мм от пола. Скорость воздуха в струе более0С,25 м/с. Скорость воздуха в струе растет, но не далее определенной зоны вблизи ВР, называемой «проксимальной». В этой зоне могут наблюдаться неприятные ощущения (напр., холодно лодыжкам). Целесообразно организовывать рабочие места или участки скопления людей вне «проксимальных зон».

Вытеснительная вентиляция

Рис. Б. Начальная фаза испытаний с задымлением помещения.

Вытеснительная вентиляция

Рис. В. Через несколько минут.
   Приточный воздух распространился по всей площади помещения и вытеснил вверх нагретый воздух

    Для обеспечения эффекта DV , чтобы подаваемая в помещение воздух имел температуру ниже, чем воздух в помещении; в противном случае, эффекта DV не происходит.
   При необходимости отопление помещения должно осуществляться посредством традиционной раздельной системы (т. е. радиаторами, теплыми полами и проч.). В межсезонный период там, где позволяют условия, распределительные системы могут обеспечивать так называемое «свободное охлаждение» (free-cooling), используя только наружный воздух.
   Применение DV позволяет уже при проектировании установить техническое задание по максимальным значениям концентраций загрязняющих веществ в обслуживаемой зоне помещений.
   

Вытесняющая вентиляция в непроизводственных зданиях

С

истемы вытесняющей вентиляции (Displacement Ventilation, DV, и их модификации – Cooled Beam, UFAD и т. п.) продолжают интересовать специалистов отрасли у нас в стране и за рубежом. Этот интерес определяется двумя причинами: одна из них – определенная «нетрадиционность» методов их расчета; вторая состоит в том, что область применения DV, методы их проектирования и регулирования до настоящего времени четко не определены.
В нашем журнале в 2001–2002 годах был опубликован ряд статей (см. «Системы вытесняющей вентиляции для промышленных зданий. Типы, область применения, принципы проектирования», «АВОК», 2001, № 5, с. 36–46; «Системы вентиляции с воздухораспределителями в полу / Опыт применения», «АВОК», 2002, № 6, с. 40–42; «Системы вентиляции с воздухораспределителями в полу / Температурная стратификация», «АВОК», 2002, № 6, с. 44–50) с редакционными комментариями, в которых достаточно подробно рассмотрены физические процессы, лежащие в основе формирования распределения воздушных и тепловых потоков в помещениях, принципы расчета, возможная область применения, достоинства и недостатки системы и т. п.
Данные публикации не содержали конкретных сведений, позволяющих инженеру-проектировщику выполнить необходимые расчеты и подобрать оборудование. Фирмы-производители воздухораспределителей для вытесняющей вентиляции, например «Trox», «Halton» и др., предлагают в своих каталогах определенную информацию о DV, однако ее недостаточно для проектирования систем.
В 2002 году Федерация Европейских ассоциаций в области отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (REHVA) начала подготовку серии справочников (REHVA Guidebook) по актуальным вопросам специальности. Первым изданием из серии был справочник «Вытесняющая вентиляция в непроизводственных зданиях» («Displacement Ventilation in Non-Industrial Premises»).
Авторы-составители справочника – Haokon Skistad (ред.), Elisabeth Mundt, Peter V. Nielsen, Kim Hagstrom, Jorma Railio – известные специалисты из скандинавских стран, где еще в 1980-х годах началось применение систем вытесняющей вентиляции и были разработаны первые конструкции воздухораспределителей.
НП «АВОК» получило право на перевод, издание и адаптацию справочника для российских условий. Ожидается, что российское издание справочника «Вытесняющая вентиляция в непроизводственных зданиях» будет подготовлено в 2003 году.
Справочник состоит из следующих основных разделов:
1. Общий обзор вытесняющей вентиляции.
2. Терминология, символы и единицы.
3. Основные сведения о вытесняющей вентиляции, в том числе:
- принципы организации воздухообмена;
- распределение температуры воздуха по высоте вентилируемых помещений и практические рекомендации по его определению;
- сведения о конвективных потоках над источниками тепла;
- распределение загрязняющих веществ в помещении;
- эффективность вытесняющей вентиляции;
- отопление помещений.
4. Воздухораспределители для вытесняющей вентиляции.
5. Проектирование систем вытесняющей вентиляции.
6. Энергоэффективность вытесняющей вентиляции.
7. Системы автоматики и управления.
8. Примеры расчета и проектирования вытесняющей вентиляции в ресторане, офисе, зале заседаний, аудитории, классе.

Ниже представлена подробная аннотация справочника «Вытесняющая вентиляция в непроизводственных зданиях», подготовленная по материалам доклада его редактора Хакона Скистада (Haokon Skistad) на 43-м международном симпозиуме AICARR («Качество среды и технологические решения»), Милан, 7–8 марта 2002 года.

Е. О. Шилькрот, вице-президент НП «АВОК»

 

 

http://www.roskom.ru/cgi-bin/eShop/parser.cgi?cmd=ShowPage&id=433&ptype=S

 

 

Основные принципы вытесняющей вентиляции

В системах вытесняющей вентиляции (DV) приточный воздух подается с уровня пола непосредственно в обслуживаемую зону помещения, при этом его температура должна быть ниже температуры воздуха в помещении (DТ=1–8 °C). Если приточный воздух холоднее воздуха помещения более чем на 3 °C, то его следует смешивать с воздухом помещения, чтобы избежать неприятных ощущений для людей от холодных воздушных потоков на уровне пола. Удаление нагретого загрязненного воздуха, вытесняемого в верхнюю зону в конвективных потоках над тепловыми источниками, происходит на уровне потолка помещения.
Для обеспечения устойчивой вытесняющей вентиляции объемы подаваемого воздуха (qs) должны равняться сумме объемов воздуха в конвективных потоках над тепловыми источниками на уровне границы раздела, уровня стратификации, нижней зоны помещения, заполненной свежим и чистым воздухом, и верхней зоны, заполненной загрязненным воздухом (рис. 1):

qs=qe=qp,1+qp,2+qp,3 (1)

Системы вытесняющей вентиляции

Рис. 1.
Воздушные потоки в помещении с вытесняющей вентиляцией (qs, qe, qoz – температура приточного воздуха, температура удаляемого воздуха и температура воздуха в обслуживаемой зоне соответственно)

 

Системы вытесняющей вентиляции

Рис. 2.
Схемы подачи воздуха

Системы вытесняющей вентиляции

Рис. 3.
Подача воздуха из-под кресел в театрально-концертных залах

Воздухораспределители

Приточный воздух подается в помещение через воздухораспределители, расположенные на уровне пола либо встроенные непосредственно в пол. На рис. 2 представлены типовые схемы организации подачи воздуха.
В театрально-концертных залах воздух зачастую подается из-под кресел (рис. 3). Такое решение хорошо себя зарекомендовало, однако на практике оно требует особого внимания в части предотвращения неприятных холодных потоков на уровне щиколоток.

НЕКОТОРЫЕ ПОЯСНЕНИЯ

Принцип работы системы вытесняющей вентиляции, в основу которого положен приток воздуха в обслуживаемую зону и удаление воздуха и горячих газов на уровне потолка, известен и применяется уже сотни лет на промышленных объектах, главным образом на объектах тяжелой промышленности.
Одним из первых научных исследований в области изучения данного принципа вентиляции считается работа Батурина 1940 года. С начала 80-х годов прошлого столетия системы вытесняющей вентиляции стали широко и довольно успешно применяться в скандинавских странах в административных помещениях и конференц-залах.
В последние 20 лет системы вытесняющей вентиляции стали использоваться еще шире, причем не только в промышленности. К несчастью, многие разработчики не придавали должного значения ограничениям, которые имеются у данных систем. В результате они зачастую применялись с проектными ошибками, а иногда и в таких случаях, когда их использование просто-напросто противопоказано. И наоборот, когда система корректно рассчитана, спроектирована и смонтирована, она имеет целый ряд бесспорных преимуществ по сравнению с системой перемешивающей вентиляции, особенно в помещениях с высокими потолками.

ОБОЗНАЧЕНИЯ

с – концентрация загрязняющих веществ, мг/м3, ppm
ce – концентрация загрязняющих веществ на вытяжке, мг/м3, ppm
cexp – концентрация загрязняющих веществ во вдыхаемом воздухе, мг/м3, ppm
coz – концентрация загрязняющих веществ на обслуживаемом участке (на высоте 1,1 м от уровня пола), мг/м3, ppm
cs – концентрация загрязняющих веществ на подаче, мг/м3, ppm
qe – объем отводимого воздуха, л/с
qs – объем подаваемого воздуха, л/с
qp – объем воздуха, генерируемый тепловым шлейфом, л/с
z – высота потолков в помещении, м
qe – температура воздуха на вытяжке, °C
qoz – температура воздуха на обслуживаемом участке, °C
qs – температура воздуха на подаче, °C

Вытесняющая вентиляция и качество воздуха

Основное преимущество вытесняющей вентиляции – существенное повышение качества воздуха. При неизменных объемах вентиляционного воздуха и эмиссии загрязняющих веществ и равных прочих условиях качество воздуха в обслуживаемой зоне будет лучше, если в помещении используется вытесняющая вентиляция, а не традиционная перемешивающая (MV) (рис. 4). Преимущества определяются высотой стратификации загрязненного воздуха.

Системы вытесняющей вентиляции

Рис. 4.
Качество воздуха в помещениях, оборудованных системами вытесняющей и перемешивающей вентиляции при равных воздухообменах и эмиссии загрязняющих веществ

Системы вытесняющей вентиляции

Рис. 5.
Достаточный (слева) и недостаточный (справа) воздухообмен для поддержания уровня стратификации выше головы человека

Достаточно большие объемы вентиляционного воздуха гарантируют распределение воздуха, представленное на рис. 5 слева. Эксперименты, проведенные Сандбергом (Sandberg) и Этериджем (Etheridge), показали, что конвективный поток, формирующийся человеком, может вызвать приток чистого свежего воздуха до высоты вдыхания воздуха (рис. 6).

Системы вытесняющей вентиляции

Рис. 6.
Конвективный поток от человека способствует повышению качества вдыхаемого воздуха

Лабораторные испытания дают основания утверждать, что объемы вентиляционного воздуха порядка 10 л/с на человека, подающиеся непосредственно в обслуживаемую зону помещения, дают улучшение качества воздуха, аналогичное тому качеству, которое перемешивающая вентиляция обеспечивает при воздухообмене 20 л/с на человека. Эти данные получены в лабораторных исследованиях и в условиях практической деятельности пока не проверялись.

Вытесняющая вентиляция в
помещениях с избытками тепла

На рис. 7 представлена типичная схема распределения температуры в помещениях с вытесняющей и перемешивающей системами вентиляции. Особенность вытесняющей вентиляции состоит в том, что температура повышается от пола к потолку. Особо следует подчеркнуть, что температура воздуха на уровне пола выше температуры его поверхности, что обусловлено перемешиванием приточного воздуха с воздухом помещения и радиационным теплообменом между потолком и полом.
Вертикальный градиент температуры воздуха в помещении не должен превышать 1,5–2 °C (рис. 8), что фактически ограничивает разность температур между зоной обслуживания, нижней зоной и верхней зоной вытяжки. При определенной температуре воздуха в обслуживаемой зоне температура приточного воздуха (при вытесняющей вентиляции) не может быть низкой, как это происходит в системах перемешивающей вентиляции. В помещениях с потолками высотой около 2,4 м разность температур составляет примерно 2 °C. В помещениях с более высокими потолками это значение может повышаться. В примере, показанном на рис. 9, эта разница составляет 4,5 °C.

Системы вытесняющей вентиляции

Рис. 7.
Вертикальный градиент температуры воздуха в помещениях с вытесняющей и перемешивающей системами вентиляции при равных воздухообменах и тепловой нагрузке

 

Вытеснительная вентиляция

Вытеснительная вентиляция

Рис. 8.
Ограничение разности температур между зоной обслуживания и верхней зоной вертикальным градиентом температур

Рис. 9.
Схема температурного распределения в помещении с высокими потолками – сравнительные характеристики вытесняющей и перемешивающей систем вентиляции

 

Системы вытесняющей вентиляции

Рис. 10.
Театрально-концертный зал с системой вытесняющей вентиляции и рециркуляцией воздуха

Поскольку вытесняющая вентиляция обуславливает более низкую температуру воздуха в обслуживаемой зоне при определенной фиксированной температуре приточного воздуха, имеется возможность на протяжении практически всего года пользоваться естественным охлаждением, или, иначе говоря, охлаждением наружным воздухом. Кроме того, температура воздуха в обслуживаемой зоне может быть ниже, чем при перемешивающей вентиляции.
Поскольку в системе вытесняющей вентиляции холодный приточный воздух подается непосредственно в обслуживаемую зону, необходимо использовать воздухораспределители, которые обеспечивали бы необходимое перемешивание приточного воздуха с воздухом помещения. Ошибка с выбором приточной системы неизбежно влечет за собой проблемы холодных воздушных потоков, создающих дискомфорт для людей.
Зачастую оказывается, что объемы воздуха, необходимые для обеспечения теплового комфорта, значительно больше, чем требуется для получения максимальных преимуществ по качеству воздуха в системах вытесняющей вентиляции (от 10 до 20 л/с на человека). В этом случае экономически целесообразным решением, по сравнению с прямоточными системами, может стать рециркуляция (рис. 10). Предположим, что объем вентиляционного воздуха составляет 10 л/с на человека, при этом 40 % этого воздуха идет по рециркуляции. В этом случае концентрация СО2 в зоне дыхания составит примерно 900 ppm, тогда как в помещении с перемешивающей системой вентиляции она поднимется до 1 350 ppm [2]. Таким образом, система вытесняющей вентиляции дает ощутимые преимущества и в плане качества воздуха, и в плане экономии энергоресурсов по кондиционированию помещений.

Охлаждаемые потолки
и система кондиционирования воздуха

Охлаждаемые потолки в сочетании с системой вытесняющей вентиляции могут оказаться даже более полезными, чем задумывали проектировщики. При этом стратификация воздуха в помещении не нарушается. Показано, что в помещении, где охлаждаемые потолки сочетаются с вытесняющей вентиляцией, до 50 % общей тепловой нагрузки может сниматься с потолка. Увеличение нагрузки, снимаемой с потолка, вызывает интенсификацию нисходящих воздушных потоков и нежелательное расширение зоны перемешивания воздуха, что практически сводит к нулю эффект вытесняющей вентиляции. Вопрос, какую вентиляционную систему предпочесть для помещений высотой от 2,5 до 3 м, где основной вредностью являются тепловыделения, представляется достаточно спорным. Несомненно, однако, что для помещений с высокими потолками предпочтительной является система вытесняющей вентиляции.

Вытесняющая вентиляция
и отопление помещений

Когда речь идет о вытесняющей вентиляции, считается за правило, что вентиляционный воздух не может использоваться в целях отопления. Обычно тепло обеспечивается радиаторами, располагающимися под окнами либо на наружной стене. В качестве альтернативы может рассматриваться применение теплого пола: в этом случае температура пола достаточно низкая, чтобы приточный воздух растекался по нему, не сильно нагреваясь.

Системы вытесняющей вентиляции

Системы вытесняющей вентиляции

Рис. 11.
Температурный режим помещения при изменении тепловой нагрузки охлаждаемого потолка

Рис. 12.
Движение воздуха перед воздухораспределителем – подача холодного воздуха

Подача воздуха

Как уже отмечалось, одна из основных проблем вытесняющей вентиляции – наличие характерных потоков холодного воздуха вблизи воздухораспределителей. Главная причина – неправильный их подбор. В этой связи представляется целесообразным подчеркнуть следующие обстоятельства:
- Проблемы потоков холодного воздуха чаще всего возникают у воздухораспределителей, представляющих собой перфорированные пластины и разного рода решетки.
- Воздухораспределители различного назначения имеют разные аэродинамические характеристики.
- «Хороший» воздухораспределитель, предназначенный для подачи приточного воздуха с DТ=4–10 °C , обеспечивает хорошее перемешивание приточного воздуха с воздухом помещения и имеет ограниченную зону температурного дискомфорта.
- «Хороший» воздухораспределитель, предназначенный для подачи приточного воздуха с DТ=0,5–2 °C, обеспечивает незначительное перемешивание приточного воздуха с воздухом помещения.
Таким образом, для обеспечения корректной работы вентиляционной системы с оптимальными рабочими и эксплуатационными характеристиками следует использовать воздухораспределители, предназначенные именно для данного вида помещений и имеющие подробную техническую документацию изготовителя.

Подача в помещение
холодного воздуха

Системы вытесняющей вентиляции

Рис. 13.
Зона, где могут возникать холодные воздушные
потоки, разные типы воздухораспределителей

Когда воздух, подаваемый в помещение, холоднее воздуха помещения, он скользит по полу стратифицированным потоком, имеющим примерно одинаковую толщину, как правило, около 20 см. Максимальная скорость движения наблюдается на высоте примерно 2 см от пола (рис. 12). Перед воздухораспределителем образуется зона, для которой характерны высокая скорость и низкая температура. В такой зоне люди могут испытывать определенный дискомфорт на уровне щиколоток, обусловленный движением холодных потоков. Оптимальный побор воздухораспределителей должен свести к минимуму площадь такой зоны (рис. 13). Важно подчеркнуть, что низкоскоростной воздухораспределитель – это не просто перфорированная пластина. Он имеет определенные параметры подачи воздуха. И лучше, если он будет изготовлен фирмой с надежной репутацией.

Подача изотермического
или нагретого воздуха

При подаче изотермического приточного воздуха его движение происходит по горизонтали вглубь помещения. А при подаче нагретого воздуха он поднимается вверх к потолку (рис. 14). Таким образом, очевидно, что система вытесняющей вентиляции эффективна только тогда, когда приточный воздух холоднее воздуха в помещении.

Системы вытесняющей вентиляции

Рис. 14.
Движение воздуха перед воздухораспределителем – подача изотермического и нагретого воздуха

http://www.arktika.ru/tech.phtml?menu=infotex&page=knigavv.htm

Вытесняющая вентиляция в непроизводственных зданиях

   

Вытеснительная вентиляция   Ассоциация "АВОК" при помощи фирмы "Арктика" выпустила новую книгу "Вытесняющая вентиляция в непроизводственных зданиях".
   Книга представляет собой справочное руководство, основанное на результатах совместных усилий специалистов стран Европы. Она снабжена легким в понимании справочным материалом для разработки систем вытесняющей вентиляции, содержит множество блок-схем и графиков, облегчающих восприятие материала.
   Руководство можно условно разделить на два раздела. В первом приводятся общие сведения о физической картине распространения воздушных и тепловых потоков в помещениях с вытесняющей вентиляцией, о конвективных потоках, формируемых над источниками тепловыделений, воздухораспределителях, применяемых для подачи воздуха в помещения. Во втором разделе - примеры расчета вытесняющей вентиляции для ряда непроизводственных помещений: ресторана, офиса, учебной аудитории и т.п.
   Книга предназначена для инженеров по отоплению, вентиляции и кондиционированию воздуха, а также для научных работников, аспирантов, студентов высших учебных заведений и конечно, архитекторов.

   

Предисловие

   Целью данного справочного руководства является обеспечение европейских инженеров всесторонним, соответствующим современным требованиям и легким в понимании справочным материалом для разработки систем вытесняющей вентиляции. В руководстве учитываются практический опыт и результаты исследований авторов – членов рабочей группы. Решение о необходимости создания такого руководства было принято Техническим комитетом REHVA в апреле 2000 года на генеральной ассамблее в Стамбуле.

Деятельность Технического комитета REHVA за последние годы преследует такие цели:
I. Предоставление европейским инженерам возможности получения доступа к передовому техническому опыту специалистов стран Европы.
II. Практическое обеспечение технической поддержки, учитывающей результаты последних исследований, разработок и конструкторских работ.
Данное справочное руководство по вытесняющей вентиляции является непосредственным результатом совместных усилий специалистов стран Европы. Хотя вытесняющая вентиляция фактически используется уже в течение сотен лет, ее научным изучением впервые занялся В. В. Батурин только в 1940 году.

Вытесняющая вентиляция была разработана и использовалась в основном в Скандинавских странах. Вначале, в семидесятых годах, она применялась в производственных зданиях, а затем, в конце восьмидесятых годов, она стала также широко использоваться в непроизводственных коммерческих зданиях. Однако в остальной Европе зачастую отвергался практический опыт, полученный в этой области.
Системы вытесняющей вентиляции имеют два основных преимущества перед традиционными перемешивающими системами.
Во-первых, они обеспечивают более высокое качество воздуха в обслуживаемой зоне помещения и осуществляют удаление загрязняющих веществ с более высокими концентрациями, чем обычные перемешивающие системы распределения воздуха.

Во-вторых, в них достигается более эффективное использование энергии, т. к. удаляемый из помещения загрязненный воздух обычно имеет более высокую температуру, чем температура воздуха в обслуживаемой зоне. Это обстоятельство позволяет при фиксированных тепловыделениях (при той же тепловой нагрузке) обеспечивать более высокую температуру приточного воздуха.
Целью данного справочного руководства является упрощение и облегчение практического проектирования систем вытесняющей вентиляции. В руководстве также учитываются различные вопросы, связанные с хорошо известными понятиями: свободный конвективный поток, стратификация по высоте и распределение концентрации, температуры и скорости воздуха в вентилируемом помещении.
Мы очень надеемся, что идеи этого нового направления будут распространяться в среде специалистов REHVA, в особенности в части обмена технической информацией как средства распространения практических знаний. По нашему мнению, знания представляют собой не интуитивные и мгновенные действия, а скорее, процесс, формирующий идеи, не просто отражающие действительность, а положительно преобразующие эту действительность.
Представим себе будущее технологии отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВК) в Европе, от Сантьяго-де-Компостела до Москвы, от Хельсинки до Палермо, в качестве примера прагматизма для Европы. Если Европа уже отдала должное американским руководствам в этой области, может быть, с годами это внимание разовьется в свой, европейский путь в технологии ОВК.
Представляется, что хотя в настоящее время имеется множество интересных технологических ответов на запросы новых знаний, сделано еще слишком мало для удовлетворения истинных потребностей по распространению этих знаний. Сейчас имеется слишком много технической информации, в том числе в Интернете, слишком много стандартов ЕС, слишком много вариантов выбора. Все это вызывает лишь выражение отчаяния на лице человека, владеющего мощным инструментом, но не имеющего ни малейшего представления, как им воспользоваться.
Поэтому REHVA видит свою задачу в том, чтобы показать людям, как применить имеющийся инструмент, такой как «Руководство по вытесняющей вентиляции», основанный на опыте людей, которые годами вырабатывали и применяли полученные знания.

Livio de Santoli, председатель Технического комитета REHVA, профессор Римского университета, La Sapienza

Рабочая группа
Эта книга была написана в процессе многочисленных дискуссий в рабочей группе в период с октября 2000 года до сдачи в печать в августе 2002 года. В состав этой группы входили:
• Livio de Santoli, профессор Римского университета, вице-президент REHVA, Италия;
• Olli Seppanen, профессор Технологического университета Хельсинки, вице-президент REHVA, Финляндия;
• Derrick Braham, главный инженер F.C.I.B.S.E. CIBSE – зарегистрированное Общество инженеров систем жизнеобеспечения зданий, Лондон, Великобритания;
• Peter V. Nielsen, профессор университета г. Аальборг, Дания;
• Elisabeth Mundt, д-р философии, Королевский технологический институт KTH, Стокгольм, Швеция;
• Kim Hagstrom, магистр естественных наук, AFMANE – Ассоциация финских производителей оборудования кондиционирования воздуха, Хельсинки, Финляндия;
• Hakon Skistad, магистр естественных наук, SINTEF, Тронгейм, Норвегия.

Рецензенты
Рецензировали эту книгу и сделали ценные предложения по ее улучшению:
• Jacqueline Balian, CIBSE, Великобритания;
• Ben Bronsema, Нидерланды;
• Eric Curd, Великобритания;
• Klaus Fitzner, Институт Германа Ричеля, Берлинский технический университет;
• Gian Vincenzo Fracastoro, Политехнический институт г. Торино, Италия;
• Karel Hemzal, Чешский технический университет, Прага;
• Miroslav V. Jokl, Чешский технический университет, Прага;
• Egidijus Juodis, Литовский технический университет;
• Hideki Kubota, профессор университета Хоккайдо, Саппоро, Япония;
• Alfred Moser, ETH, Цюрих, Швейцария;
• Eimund Skaret, Норвегия.

Наша признательность
Данная книга явилась результатом усилий многих людей. Со времени ее первого представления и обсуждения на конференции «Clima 2000» в сентябре 2001 г. в
Неаполе мы получили множество ценных комментариев от специалистов со всего мира. Мы хотели бы отметить следующих специалистов и выразить им нашу особую благодарность:
• Verity и Derrick Braham, многократно, с большим энтузиазмом редактировавших стиль изложения, что было особенно ценно, так как английский язык не является родным языком авторов;
• Профессору Klaus Fitzner, выполнившему особенно основательный обзор и отметившему неизвестные нам факты;
• Г-же Astrid B. Lundquist, художникуоформителю SINTEF, Трондхейм, проделавшей работу по внешнему оформлению книги.

Предисловие к российскому изданию
Системы вытесняющей вентиляции (Displacement Ventilation, DV) продолжают интересовать специалистов отрасли у нас в стране и за рубежом. Этот интерес определяется двумя причинами: одна из них – «нетрадиционность» методов их расчета; вторая состоит в том, что область применения вытесняющей вентиляции, методы проектирования и регулирования до настоящего времени четко не определены.
Появившиеся в последнее время в нашем журнале статьи из зарубежных источников на тему вытесняющей вентиляции, также не дают исчерпывающего ответа на многие вопросы, затрудняющие практическое использование опубликованных материалов.
Публикуемое в серии «Техническая библиотека “АВОК”» справочное руководство REHVA «Вытесняющая вентиляция в непроизводственных зданиях» в значительной степени восполняет этот пробел.
Руководство можно условно разделить на два раздела. В первом приводятся общие сведения о физической картине распространения воздушных и тепловых потоков в помещениях с вытесняющей вентиляцией, о конвективных потоках, формируемых над источниками тепловыделений, воздухораспределителях (ВР), применяемых для подачи воздуха в помещения. Во втором разделе – примеры расчета вытесняющей вентиляции для ряда непроизводственных помещений: ресторана, офиса и т. п.

Руководство в значительной степени обобщает исследования и опыт проектирования вытесняющей вентиляции, разработки и производства воздухораспределителей в Скандинавских странах. Многие положения руководства, на наш взгляд, представляются недостаточно обоснованными, в частности: «правило 50 %», принимаемый характер изменения температуры воздуха по высоте помещений, «вольное» обращение с санитарными нормами и т. п. Однако, учитывая большой опыт, накопленный в Скандинавских странах, принимаемые в руководстве допущения, в ряде случаев можно считать оправданными. Раздел руководства, касающийся воздухораспределителей для вытесняющей вентиляции, заслуживает особого внимания, поскольку подобные исследования, насколько нам известно, проводились в очень небольшом объеме. Речь идет, в первую очередь, о размерах зоны дискомфорта («примыкающей зоны»), формирующейся перед воздухораспределителем в зависимости от его конструкции, размеров, расхода воздуха и разности температуры приточного воздуха и воздуха помещения. Знание размеров примыкающей зоны особенно важно для непроизводственных помещений, где обычно бывает немного вариантов по размещению воздухораспределителей, а с другой стороны, требования к параметрам воздуха достаточно «жесткие», хотя бы относительно производственных зданий. В руководстве подробно представлены результаты исследований воздухораспределителей для вытесняющей вентиляции, приводятся зависимости для расчета размеров примыкающей зоны и параметров воздуха в ней. К сожалению, в руководстве не рассматриваются конструкции воздухораспределителей, обеспечивающие заданный характер распространения приточного потока. Авторы также обращают внимание на частое несовпадение данных производителя воздухораспределителей и расчетных данных.
В качестве альтернативы предлагается проводить экспериментальные исследования принимаемого к установке воздухораспределителей для каждого конкретного случая, что вряд ли представляется реальным.
Следует отметить, что принципы расчета систем вентиляции помещений с избыточными тепло- или теплогазовыделениями и подачей приточного воздуха в нижнюю зону помещения достаточно (по существу принципы, положенные в основу вытесняющей вентиляции) подробно представлены в отечественной литературе.
Явление температурной стратификации, «температурное перекрытие и тепловая подушка» в вентилируемом помещении подробно изучены в работах А. Н. Селиверстова, Е. В. Кудрявцева, В. В. Батурина, И. А. Шепелева применительно к аэрации горячих цехов, являющейся частным и наиболее сложным случаем вытесняющей вентиляции. Метод позонных тепловых балансов, позволяющий разделить тепловыделения от источников в помещении по зонам, рассчитать теплообмен в помещении с учетом взаимного влияния зон друг на друга, предложен В. Н. Богословским, И. А. Шепелевым, Е. О. Шилькротом. Вентиляция Большого зала Московской консерватории (проект 1901 г.) также организована по принципу вытесняющей вентиляции с подачей воздуха под кресла. Знакомство российских специалистов с европейским руководством, безусловно, будет полезным и окажет практическую помощь при проектировании вытесняющей вентиляции.

Кандидат технических наук, старший научный сотрудник Е. Шилькрот

Заказать книгу