Моделирование адаптивной системы вентиляции в помещениях общественных зданий большого объёма

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Современное развитие архитектуры общественных зданий характеризуется увеличением внутреннего объёма помещений. Среди них большое место занимают помещения с неравномерным заполнением людьми по площади и по времени. Система вентиляции является одной из обязательных инженерных систем в таких помещениях.

Характерной особенностью помещений, рассматриваемых в данной работе, с точки зрения построения системы вентиляции (СВ), является большой объём, имеющий чёткую градацию по зонированию в плане помещения с большой переменной нагрузкой по заполнению людьми в течение дня. Часто такое деление носит условный характер, когда отсутствует фактическое разделение зон различного назначения, и все зоны находятся в рамках единого воздушного пространства помещения.

В работе принято, что помещения большого объёма (БО) - это помещения высотой более 3 метров и площадью более 250 м2.

Известные схемы СВ для таких помещений оказываются недостаточно эффективными как с точки зрения создания комфортных условий, так и с экономической точки зрения. СВ с постоянным расходом при максимальном заполнении помещения людьми не справляется с нагрузкой, а при малом заполнении - количество воздуха подаётся в помещение сверх нормы, что приводит к неоправданным расходам.

В связи с этим, в настоящее время, продолжается поиск новых решений систем вентиляции. В качестве перспективного направления развития системы вентиляции рассматриваются децентрализованная и многозональная СВ. Такие системы допускают значительно более широкие возможности по регулированию воздухообмена в помещении, чем традиционная СВ. На сегодняшний день задача по созданию системы вентиляции, совмещающей требования по обеспечению допустимых параметров воздуха в помещении и энергоэффективности, для рассматриваемого типа помещений окончательно не решена.

Актуальным является разработка новых решений СВ, обеспечивающих требуемое качество воздушной среды в зоне нахождения человека при минимальных энергозатратах. Предметом исследования в работе является разработка новой (адаптивной) системы вентиляции для помещений большого объема с учетом поддержания в каждой зоне в отдельности требуемых параметров микроклимата (концентрации углекислого газа и других).

Цель работы - разработка методов адаптации работы системы вентиляции в помещениях большого объёма в соответствии с заполняемостью помещения людьми и их местоположением.

Особенностью рассматриваемой системы вентиляции является адаптация системы к присутствию человека в помещении, что предполагает децентрализацию и многозональность работы системы с учётом динамики тепломассообменных процессов, происходящих в каждой зоне помещения большого объёма. Такой режим работы системы вентиляции назовём адаптивным. Совокупность принципов: децентрализация, многозональность и периодичность действия, при реализации механизма адаптации системы к присутствию человека в определённом месте помещения, позволяет обеспечивать требуемые параметры микроклимата с учётом энергосбережения.

Существующие технические предпосылки для создания адаптивной системы вентиляции:

1. посещение людьми рассматриваемых помещений на первый взгляд носит стохастический характер, тем не менее, результаты исследований посещаемости таких помещений показывают высокую степень повторяемости их заполнения в течение дня;

2. современные средства автоматического регулирования (САР) позволяют вести позонный подсчёт количества людей в помещении и позволяют объединять полученную информацию на пункте диспетчеризации;

3. зная количество людей в каждой зоне помещения, можно регулировать расход подаваемого воздуха внутри каждой из них.

Для достижения цели работы решены следующие задачи:

- проанализированы существующие решения СВ по организации воздухообмена;

- на основании проведённых исследований обоснован алгоритм работы адаптивной системы вентиляции;

- создана математическая модель работы адаптивной системы вентиляции;

- выбраны критериальные величины, позволяющие контролировать присутствие людей в помещении большого объёма и их количество;

- разработана методика определения количества человек в зоне в зависимости от величины концентрации углекислого газа в месте расположения датчика углекислого газа;

- выполнено технико-экономическое обоснование применения адаптивной вентиляции в помещении большого объёма с переменным заполнением людьми.

Научная новизна:

- экспериментально подтверждено, что основным механизмом переноса углекислого газа в общественных зданиях являются конвективные потоки, создаваемые людьми;

- обоснован механизм функционирования системы вентиляции в помещении большого объёма, адаптивный к наполняемости помещения людьми;

- создана физико-математическая модель распространения углекислого газа в помещении большого объёма с учётом воздушного режима помещения;

- создана математическая модель распределения концентрации углекислого газа, выдыхаемого человеком, в конвективной струе от человека и припотолочной зоне.

Практическая ценность:

- в результате проведения экспериментальных исследований получены закономерности распределения концентрации углекислого газа в помещениях общественных зданий;

- разработана структура адаптивной системы вентиляции и рекомендации по её реализации в помещениях большого объёма;

- предложена методика позонного контроля числа посетителей в рабочей зоне (РЗ) помещения по значению концентрации углекислого газа в припотолочной зоне.

На защиту выносятся:

- физико-математическая модель обеспечения параметров микроклимата (МК) в помещениях БО с помощью адаптивной СВ;

- математическая модель распространения углекислого газа в конвективной струе от человека;

- математическая модель распространения углекислого газа в припотолочном пространстве;

- алгоритм работы адаптивной системы вентиляции, обеспечивающей допустимые условия для человека в каждой зоне помещения большого объёма, с учётом снижения энергопотребления.

Апробация работы.

Основные положения и результаты диссертационной работы вошли в отчетные материалы МГСУ, докладывались на кафедре отопления и вентиляции МГСУ, на научно-практических конференциях на кафедре физики. Результаты работы докладывались в институте проблем управления им В.А. Трапезникова РАН, по тематике управления развития крупномасшабных систем (MLSD` 2007); на научно-практической конференции «Научно-техническое творчество молодёжи - путь к обществу, основанному на знаниях» (НТТМ-2007, НТТМ-2008).

1. Анализ существующих решений систем вентиляции с целью их дальнейшего совершенствования для реализации адаптивного механизма работы

адаптивный вентиляция конвективный здание

Такие материалы встречаются в трудах известных специалистов в области систем вентиляции, таких как Батурин В.В., Селивёрстов А.Н., Каменев П.Н., Богословский В.Н., Титов В.П., Талиев В.Н., Эльтерман В.М., Фангер П. О. Сегодня работы по исследованию СВ продолжаются Кувшиновым Ю.Я., Табунщиковым Ю.А., Сотниковым А.Г., Гримитлиным А.М., Лифшицом Г.Д., Вишневским Е.П. и др.

В результате проведённого анализа было выявлено, что проведённые ранее исследования по созданию различных СВ, обеспечивающих учёт заполняемости помещения людьми, основывались на устройстве однозонной СВ, многозонной СВ, периодической и децентрализованной, в отдельности. В применении к помещениям БО контроль работы таких систем проводился, как правило, по осреднённым параметрам МК в помещении, то есть без учета заполняемости отдельных зон помещения людьми. По результатам анализа определены основные подходы к созданию адаптивной системы вентиляции. Рассмотрены методы контроля заполняемости помещения людьми.

Проведён анализ характера распределения СО2 в помещении, показавший возможность использования сведений о распространении концентрации в воздухе помещения в качестве средства контроля присутствия человека в отдельной зоне помещения.

2. Анализ режимов работы адаптивной системы вентиляции (АСВ) для помещений БО с переменными потоками людей по площади и во времени, с учётом тепломассообменных процессов, влияющих на тепловой и газовый режимы в зонах помещения

Режим работы АСВ должен подстраиваться под изменение параметров МК в помещении отдельно для каждой зоны помещения на основе анализа воздушной среды в ней. Анализ газового режима помещения БО проводился на примере помещения торгового центра (ТЦ).

В качестве индикатора для включения и выключения адаптивной системы вентиляции в каждой зоне помещения БО предлагается использовать датчик концентрации СО2 в воздухе помещения. Качество микроклимата оценивается по концентрации СО2 в воздухе верхней части помещения в каждой элементарной зоне, на которые разбито помещение БО.

На основе маркетинговых исследований посещаемости общественных зданий получены сведения о заполнении помещения посетителями в течение каждого часа рабочего дня, недели, месяца, года. Результаты исследований являются исходными данными для моделирования АСВ. На рисунке 1 представлен график недельной посещаемости одного из торговых центров в Москве. На графике видно, что суточная повторяемость заполняемости помещения велика, что позволяет рассматривать её в качестве обоснования для применения АСВ. Аналогичный график может быть составлен для любого торгового центра.



Рисунок 1. Почасовое распределение числа посетителей торгового комплекса в течение недели

График, показанный на рисунке 1, был составлен для ТЗ магазина, площадь которого равна F=2200 м2, нормируемая площадь на человека составляет 6 м2, максимальное расчётное количество человек для данного помещения равно:

посетителей

Реальная заполняемость помещения в течение недели в диапазоне времени с 12 до 15 часов превышает полученное значение, равное 370 человек. При этом в течение большей части рабочего времени заполняемость помещения меньше этого значения. Если исходить из расчётного количества посетителей на площадь помещения, то при применении в таком помещении классической СВ, в определённые часы будет подаваться избыточное количество воздуха, а в другие часы расхода воздуха будет недостаточно для обеспечения санитарной нормы воздуха для посетителей.

Предлагаемая в работе схема системы вентиляции, адаптивная к заполняемости помещения, позволяет обеспечивать качество воздушной среды вне зависимости от заполняемости помещения. Обеспечение параметров МК при работе АСВ заключается в следующем:

1. так как обеспечение позонного контроля присутствия людей осуществляется многозонной СВ, то размер зоны выбирается площадью, равной площади обслуживания одним приточным воздухораспределителем;

2. осуществляется контроль присутствия людей в каждый момент времени в каждой элементарной зоне помещения;

3. АСВ работает только там, где присутствует человек, её работа является периодической, включаясь с появлением людей и выключаясь через интервал времени, равный среднему времени пребывания человека в элементарной зоне.

При изменении суммарного приточного расхода воздуха в помещении кривая расхода повторяет кривую изменения заполняемости помещения посетителями (см. рисунок 2). Поскольку расход воздуха в каждой приточной системе несколько превышает количество воздуха, необходимое по санитарно-гигиеническим нормам, кривая изменения расхода выглядит ступенчато. Выбор расхода воздуха, подаваемого вентиляционными установками в каждую зону помещения, определяется согласно размеру выбранной зоны. Размер зоны рассчитывается в зависимости от высоты потолка и типа воздухораспределителя. По размеру зоны для рассматриваемого помещения определяется общее количество зон.

Рисунок 2

При появлении людей в помещении происходит образование конвективных потоков, которые поступают в верхнюю зону помещения (припотолочную зону). Углекислый газ во выдыхаемом воздухе вместе с конвективными потоками поступает в припотолочную зону помещения.

Конвективные потоки от людей служат переносчиками информации об их месторасположении и их количестве (способы и средства контроля подробно рассмотрены в 4 главе). АСВ подаёт в зону дыхания, где находятся люди, воздух в количестве, необходимом для обеспечения санитарной нормы.

Особенности работы АСВ при использовании в качестве индикатора концентрацию СО2:

1. место изменения концентрации СО2 на датчике в припотолочном пространстве определяет зону нахождения людей в помещении;

2. величина изменения концентрации углекислого газа в верхней зоне помещения даёт информацию о количестве посетителей;

3. концентрация СО2 служит индикатором только при выключенной АСВ в рассматриваемой зоне помещения;

4. минимальный интервал времени работы СВ задаётся исходя из среднего времени пребывания человека в зоне (см. гл. 4).

При реализации АСВ в каждой зоне помещения устраивается своя автономная приточная и вытяжная системы, которые работают совместно, при этом воздухообмен осуществляется в каждой зоне помещения в зависимости от достижения в ней пороговой концентрации СО2. При качестве воздуха не ниже требуемого и отсутствии людей в рассматриваемой зоне допускается выключенное состояние вентиляционных установок.

На рисунке 3 представлен алгоритм работы АСВ.



Рисунок 3

где фУ - время движения конвективного потока от человека до датчика, сек; С1 - концентрация СО2 на датчике в текущий момент времени, г/м3; Сфон - концентрация СО2 на датчике при естественной СВ, г/м3;

Спорог - концентрация СО2 принятая для включения СВ, г/м3;

Nmin - количество обслуживающего персонала;

Nрасч - количество людей в зоне, определённое из условия нормы площади на человека для помещения данного назначения.

При пиковом заполнении помещения посетителями будут работать все приточные установки. В остальное время установки обеспечивают периодическую и многозональную работу АСВ во всём помещении БО.

Энергосбережение при работе АСВ достигается за счёт сведения к минимуму времени суммарной работы приточных и вытяжных установок.

Контроль качества воздушной среды помещения по изменению концентрации СО2 позволяет обеспечить позонное управление СВ в зависимости от заполняемости людьми каждой зоны.

3. Экспериментальное исследование распространения СО2 в воздухе помещений БО, с целью определения возможности использования измерений концентрации СО2 как индикатора присутствия людей в помещении и их количества

Для получения достоверных экспериментальных значений собраны статистические данные изменения концентрации СО2 в помещениях различного назначения и объёма. Cодержание СО2 в воздухе помещений определялось с помощью газоанализатора ПГА-6.

Распределение СО2 по высоте исследовалось в ТЦ «Галион». Измерения параметров МК проводились по помещениям и этажам здания. Помещения различного назначения отличались разной высотой потолков, от 3-х до 5 метров. Все помещения здания по трём этажам объединены лестнично-лифтовым холлом в единый воздушный объём, что позволяет считать здание ТЦ как единое помещение БО.

Измерения проводились в 3 этапа при различных условиях.

На рисунке 4 представлен график изменения концентрации СО2 по высоте здания в соответствии с результатами измерений. За значения концентрации на этаже принималось осреднённое значение, полученное по результатам измерений в нескольких точках. Под условной высотой понимается уровень, на котором проводилось измерение, относительно уровня земли.

Рисунок 4

Из графика видно, что при выключенной вентиляции и отсутствии посетителей СО2 - «тонет» в воздухе; при наполнении помещения людьми происходит всплытие СО2 в верхнюю часть здания; при работе механической СВ концентрация СО2 практически не меняется по высоте.

Рисунок 5

Чтобы отследить динамику изменения концентрации СО2, для эксперимента выбрано помещение малого объёма на примере класса при проведении в нём занятий. Размеры класса - 15Ч8 метров и высотой 3 метра. Поскольку характер распространения СО2 в помещении БО при выключенной СВ не меняется, полученные результаты измерений являются автомодельными для помещений БО. Концентрация СО2 контролировалась на высоте 1 и 1,5 метра.

На рисунке 5 представлен график изменения концентрации СО2 во времени на соответствующих высотах. Из графика видно, что уже через 3 минуты после окончания занятий при снижении концентрации в помещении происходит «опрокидывание» концентрации СО2 и концентрация в нижней части помещения становится выше, чем в верхней зоне. Такое явление объясняется снижением количества студентов в помещении, что приводит к постепенному возврату СО2 в нижнюю часть помещения в связи с сокращением количества восходящих конвективных потоков.

Проведённый эксперимент подтверждает связь динамики концентрации СО2 по высоте помещения с переменным количеством людей находящихся в нём.

Для того чтобы получить представления о том, как быстро происходят процессы тепломассообмена при выдохе воздуха человеком, экспериментально исследован процесс истечения в воздушную среду СО2 из сосуда, находящегося под небольшим давлением, с использованием инфракрасной камеры (ИК), в качестве которой принят миниатюрный тепловизор Photon. Интенсивность изменения температуры истекающего СО2 в воздухе помещения соответствует процессу остывания воздуха, выдыхаемого человеком.

Результаты исследования подтвердили, что температура СО2 при струйном течении быстро принимает значение температуры окружающей среды. Это означает, что температуру воздуха выдыхаемого человеком можно считать равной температуре воздуха помещения, тем более, что разность температуры в этом случае меньше, чем в эксперименте. Полученные результаты позволили сделать вывод, что при всплытии СО2 с конвективными потоками, идущими от человека, температура СО2 будет равна температуре воздуха в конвективном потоке, формируемом воздухом при обтекании тела человека.

4. Модель переноса СО2 в припотолочном пространстве

На основе указанной модели получена оценка величины изменения концентрации СО2 на датчике при наличии человека в рабочей зоне.

Расчёт изменения концентрации СО2 по высоте помещения по формуле Больцмана отражает установившееся распределение СО2 по высоте, при равновесном газовом режиме в помещении.



где М - молярная масса СО2, кг/моль; g - ускорение свободного падения, м2/с; Z - высота над тепловым источником, м; R - универсальная газовая постоянная, Дж/мольхК; Т - абсолютная температура газа, К.

При равновесном газовом режиме концентрация СО2 должна с высотой уменьшаться, как показано на рисунке 7. Результаты же экспериментальных исследований свидетельствуют о том, что в присутствии людей концентрация СО2 с высотой увеличивается, несмотря на то, что СО2 тяжелее воздуха. При исчезновении людей из помещения, распределение СО2 по высоте приходит в соответствии с законом Больцмана.

Это означает, что в помещении с людьми должен существовать механизм переноса СО2 в припотолочное пространство, обусловленный присутствием человека.

В диссертационной работе сделано предположение, что подъём СО2 осуществляется конвективными потоками, формируемыми самим человеком.

Для построения математической зависимости изменения концентрации СО2 в припотолочной зоне помещения в работе предложен метод, основанный на определении расхода воздуха в конвективной струе из уравнения теплового баланса. На рисунке 6 представлена модель человека в виде цилиндра и схема распределения конвективных потоков от него.



Рисунок 6

По геометрической аналогии получим

(1)

Z0 - расстояние от верха цилиндра до фиктивного источника, м;

Z - соответствующая высота над тепловым источником, м.

Расход воздуха от человека складывается из расхода в конвективном потоке от поверхности тела человека и из расхода воздуха, выдыхаемого человеком

(2)

- количество воздуха выдыхаемого человеком в час.

Расход воздуха в конвективной струе определим исходя из условия теплового баланса

, м3/ч (3)

где Дt - разность средней температуры тела человека и воздуха помещения, С.

Концентрацию СО2 на высоте Z0 определяем по формуле

, (4)

где Счел - концентрация СО2 в воздухе.

Для оценки достоверности предложенного метода расчёта проведён сравнительный расчёт концентрации СО2 в конвективной струе с его помощью и по методике Эльтермана В.М., согласно которой расход воздуха в конвективной струе определим следующим образом:

(5)

где q - тепловыделения человека, Вт;

Z - соответствующая высота над тепловым источником, м.

Изменение концентрации СО2 на высоте Z определяем по формуле

(6)

где и концентрация СО2 и расход конвективного потока на высоте Z0.

На рисунке 7 представлен график изменения концентрации СО2 с высотой в конвективном потоке посчитанный по методу теплового баланса и методу Эльтермана. Из графика видно, что результаты расчёта по обоим методам имеют схожие результаты по мере увеличения высоты помещения, максимальная погрешность достигает 20%. Это позволяет использовать предложенный метод при дальнейших расчётах.

Полученные результаты позволяют утверждать, что выдыхаемый человеком углекислый газ, переместившись до припотолочного пространства, распространяется по нему в пределах тепловой подушки, образование которой происходит при выключенной СВ. Объём тепловой подушки примем равным объёму воздуха, подсасываемого конвективной струёй при подъёме конвективного потока в верхнюю часть помещения и определяемого геометрическими параметрами струи (Vподс).

Рисунок 7

Рисунок 8

На рисунке 8 показано распределение конвективного потока внутри тепловой подушки. При входе в тепловую подушку конвективный поток имеет цилиндрическую форму диаметром dстр. Дальнейшее его движение происходит в радиальном направлении при сохранении высоты цилиндра (ДХ). В работе показано, что распространение СО2 в припотолочной зоне будет происходить вместе с конвективными потоками.

Толщина тепловой подушки определяется по формуле

(8)

Скорость распространения СО2 в припотолочном пространстве из закона сохранения энергии равна

(9)

где щ0 - скорость конвективного потока на оси у потолка, м/с; dстр - диаметр конвективной струи внутри тепловой подушки, м; - средняя плотность воздушной и газовой смеси в конвективном потоке и припотолочной зоне, кг/м3.

Проведём оценку времени отклика датчика СО2, установленного в припотолочном пространстве, на появление человека в зоне, в зависимости от высоты помещения.

Область контроля датчика выглядит в виде круга с центром в центре зоны и радиусом, равным (рисунок 9)

(10)



Рисунок 9. Область контроля датчиком наличия людей в зоне а1хb1 - размер элементарной зоны, м; а0хb0 - размер нормируемой площади на человека для зоны данного назначения, м; dстр - диаметр конвективной струи в припотолочном пространстве, образованный одним человеком, м; S - расстояние, необходимое для преодоления конвективным потоком в припотолочном пространстве до датчика СО2, м; RД - среднестатистическое расстояние между положением людей в области покрытия датчика, м; где - критический радиус зоны показывает область, охватываемую одним датчиком контроля концентрации СО2, м; - определяется равной а1 или b1 в случае если зона неправильной формы, м.

На рисунке 9 показано расстояние (S), которое должен пройти конвективный поток, создаваемый человеком, находящимся на расстоянии Rкрит от центра зоны до датчика, установленного в центре зоны в припотолочном пространстве. Оно определяется по формуле

(11)

где - диаметр конвективной струи в припотолочной зоне; - геометрический параметр зоны принимаемый большим из величин а1 и b1.



Рисунок 10

Величина пути конвективного потока будет складываться из расстояния от головы человека до потолка помещения (Z) и расстояния до датчика (S) в припотолочной зоне.

На графике, приведённом на рисунке 10, показано время движения конвективного потока в зависимости от высоты помещения.

Важным показателем для работы АСВ является выбор критериального условия изменения концентрации СО2, регистрируемого датчиком, определяющего начало работы вентиляционных агрегатов.

Скорость движения СО2 в тепловой подушке обратно пропорциональна расстоянию от конвективной струи в припотолочном пространстве до датчика:

(12)

где С0, С1 - концентрация СО2 в конвективной струе в припотолочном пространстве и на расстоянии l1, г/м3; l0 - расстояние от оси конвективного потока в припотолочном пространстве, м.

Для определения величины концентрации СО2, служащей сигналом для начала работы АСВ, рассмотрены варианты значений концентрации СО2:

1 вариант. Пороговая концентрация СО2 на датчике (Nчел/порог), соответствующая концентрации СО2 на оси конвективного потока от человека находящегося под датчиком (С0);

2 вариант. Концентрация СО2 у датчика, соответствующая количеству людей, посчитанном из условия нормируемой площади на человека (Nчел/расч);

3 вариант. Концентрация СО2 принята по стандарту Ashrae 62-1989 равной величине 0,18 г/м3 (Nчел/С=0,18);

4 вариант. Предельно допустимая концентрация СО2, равная 27г/м3 (Nчел/ПДК).

Изменение концентрации СО2 на датчике при различном положении людей и их количестве в рассматриваемой зоне помещения определяется, как сумма всех источников СО2: .

Поскольку рассматривается постоянный объём тепловой подушки, то в припотолочной зоне, при конвективных потоках создаваемых несколькими людьми, будет выполняться уравнение:

(13)

Расположение людей в зоне определим на среднестатистическом расстоянии RД:

,(14)

Зная концентрацию СО2 в центре зоны в припотолочном пространстве от одного человека, определим концентрацию от нескольких человек.

Расчёт проведён из условия обеспечения у датчика величины концентрации СО2 равной одному из вариантов описанных выше. Результаты расчёта представлены в таблице 1.

Табл. 1

Нпом, м	3	4	5	6	7	8
F, м*м	2*2	4*4	6*6	8*8	10*10	12*12
С0, г/м3	0,33	0,22	0,17	0,14	0,11	0,1
С1средн, г/м3	0,142	0,068	0,047	0,036	0,027	0,024
Nчел/порог Средн	2	3	4	4	4	4
Nчел/расч	1	3	7	13	25	29
Nчел/С=0,18	2	3	4	5	7	8
Nчел/ПДК	191	399	575	744	1011	1137

Анализ результатов показал, что при высоте помещения от 3 до 6 метров регулирование целесообразно осуществлять по второму варианту, при высоте от 7 до 8 метров по первому. Полученная математическая модель распространения СО2 в помещении позволяет проводить расчёт концентрации СО2 в припотолочном пространстве в зависимости от количества людей в РЗ помещения.

5. Оценка экономической эффективности использования АСВ

Экономическое обоснование проведено с помощью сравнительного анализа использования адаптивной системы вентиляции по сравнению с системой вентиляции, работающей с постоянным расходом воздуха, на основе сравнения потребляемой мощности каждой из них.

Для примера расчёта помещения большого объёма торгового центра принято помещение высотой 5 метров и площадью - 2610м2.

Расчётное количество посетителей в помещении определено пропорционально нормируемой площади на человека и составляет 384 человека, количество персонала 18 человек.

Заполняемость помещения принята по графику суточной заполняемости для аналогичного помещения.



Рисунок 11. Суточный расход воздуха адаптивной и классической системами вентиляции

Удельный расход приточного воздуха принят для обоих случаев в количестве 20 м3/час на посетителя. Построенный с учётом этих данных график расхода воздуха представлен на рисунке 11. Здесь линия ВС обозначает расход воздуха, соответствующий расчётным значениям посещаемости ТЦ посетителями при работе СВ с постоянным расходом воздуха, кривая AD показывает переменное количество подаваемого воздуха.

Площадь под каждой кривой пропорциональна количеству энергии, необходимой для обработки воздуха в течении суток каждой системой. Соотношение полученных площадей позволяет оценить энергозатраты АСВ по сравнению с классической СВ (КСВ) следующим образом:

(15)

Полученный результат показывает, что затраты энергии при работе АСВ на 40% меньше, чем при работе СВ с постоянным расходом воздуха.

Сравнение проведено по приведённым затратам, которые определили по формуле:

(16)

где Ен - нормативный коэффициент окупаемости капитальных вложений для вентиляционных систем, соответствующий сроку 1 год;

Коб - капитальные затраты на вентиляционное оборудование, руб;

С - эксплуатационные расходы, руб/год.

По полученным результатам построен график зависимости изменения стоимости и эксплуатации вентиляционного оборудования от высоты помещения, представленный на рисунке 12.

Рисунок 12

Из графика видно, что экономически оправдано применение АСВ при высоте помещения более 8,2 метров. На графике область окупаемости заштрихована.

Заключение

1. В результате проведённого анализа существующих решений организации воздухообмена в помещении БО и результатов исследований распространения СО2 в помещениях сформулирован новый подход к построению системы вентиляции для таких помещений, основанный на регулировании режимов работы СВ в соответствии с заполняемостью помещения людьми.

2. Применение АСВ позволяет обеспечить требуемые параметры МК с наименьшими затратами по сравнению с другими системами.

3. В качестве индикатора качества воздушной среды в зоне принята концентрация СО2, обеспечивающая управление и регулирование работы АСВ. 4. В результате проведённых экспериментальных и теоретических исследований установлено, что перенос СО2 в верхнюю часть помещения происходит под действием конвективных потоков нагретого воздуха, создаваемых людьми.

5. Показана возможность определения зонального местоположения людей и их количества в элементарной зоне помещения путём зонального контроля изменения концентрации СО2 в припотолочном пространстве помещения.

6. Анализ результатов расчёта изменения концентрации СО2 в конвективном потоке и припотолочной зоне показал, что при высоте помещения от 3 до 6 метров регулирование АСВ целесообразно осуществлять по величине концентрации СО2, создаваемой расчётным количеством человек в элементарной зоне помещения, при высоте от 7 до 8 метров, по концентрации создаваемой одним человеком, находящимся под датчиком.

7. В результате проведённого математического моделирования показано, что применение АСВ даёт суточную экономию энергии до 40% по сравнению с системами, обеспечивающими помещение постоянным приточным воздухом в количестве санитарной нормы.

8. Сравнительный годовой технико-экономический анализ АСВ и СВ с постоянным расходом воздуха показал, что применение АСВ экономически выгоднее при высоте помещения выше 8,2 метров.

Литература

1. Сырых П.Ю., Рымаров А.Г. / Исследование изменения углекислого газа в помещении // Журнал Весник МГСУ, Спецвыпуск №2, -М: МГСУ, 2009г., - с.186-187.

2. Сырых П.Ю., Рымаров А.Г. / Особенности формирования газового микроклимата в помещениях жилых зданий // Научно-практическая конференция «Научно-техническое творчество молодёжи - путь к обществу, основанному на знаниях». Сборник научных докладов / Мос. гос. строит. ун-т - М: МГСУ, 2007г., - с.92-94.

3. Сырых П.Ю., Рымаров А.Г. / Мониторинг и управление в современных общественных зданиях (на примере газового состава воздуха) // Управление развитием крупномасштабных систем (MLSD 2007): Тезисы докладов Первой международной конференции (1-3 октября 2007г, Москва, Россия). - М: Институт проблем управления им В.А. Трапезникова РАН, 2007г., - с.225-227.

4. Сырых П.Ю., Рымаров А.Г. / Мониторинг качества воздуха в системе управления многофункциональными общественными комплексами // Управление развитием крупномасштабных систем (MLSD` 2007): Труды первой международной конференции (1-3 октября 2007г, Москва, Россия). М: Институт проблем управления им В.А. Трапезникова РАН, 2007г., с.301-306.

5. Сырых П.Ю., Парфентьева Н. А. / Диффузия частиц в конвективном потоке // Пятая традиционная научно-практическая конференция молодых учёных, аспирантов и докторантов «Строительство - формирование среды жизнедеятельности». 5-6 июня 2002г., с.41-44.

6. Сырых П.Ю. и др. О сходстве и различии решения задач теплопроводности, диффузии и фильтрации / Н.А. Парфентьева, А.Г. Рымаров. //Сборник докладов шестой научно-практической конференции и учебно-методической конференции «Фундаментальные науки в современном строительстве», М. 2008г., с.286-290.

7. Сырых П.Ю. / Строительство - формирование среды жизнедеятельности // научные труды Двенадцатой международной межвузовской научно-практической конференции молодых учёных, докторантов и аспирантов (15-22 апреля 2009г.), М.:-МГСУ, Издательство АСВ, 2009.- с.485-487.

Размещено на Allbest.ru

...