Проектирование систем вентиляции административных зданий и помещений

Сегодня вентиляция административных помещений – необходимость для нормальной работы людей, которые в них находятся. Существуют установленные нормы микроклимата, которые должны строго соблюдаться, не зависимо от планировки и даты постройки здания. Для современных административных зданий речь идет не только о тепловом комфорте и концентрации углекислого газа во внутренних помещениях. Не менее важно контролировать в них влажность, устранять запахи и удалять такие загрязнители, как пыль, и даже бактерии и вирусы, которые могут стать источниками заболеваний. Поддержание надлежащего качества воздуха в помещении критически важно для улучшения самочувствия работающего в нем персонала и повышения производительности его труда.

Энергетические характеристики различных систем вентиляции и кондиционирования воздуха могут существенно различаться, однако в первую очередь они зависят от характеристик здания. Выбор подходящей системы ВиК для конкретного здания на ранних этапах проектирования представляет собой серьезную задачу для инженеров.

Энергетические характеристики системы вентиляции определяются ее конструкцией и применимостью для компенсации тепловых нагрузок здания и обеспечения качества воздуха в помещениях. Некоторые широко применяемые типы систем вентиляции, например, централизованные системы с переменным расходом воздуха (VAV) или системы с постоянным расходом воздуха (CAV) во многих случаях оказываются весьма неэффективными.

Как показывает практика, система, основанная на использования комбинации централизованной системы обработки свежего воздуха и зональных доводчиков будет лучшим решением в большинстве ситуаций. Однако реализация такой системы намного сложнее и дороже.

Несмотря на присущие им недостатки, централизованным вентиляционным системам по-прежнему отдают предпочтение. Энергоэффективность этих систем во многом зависит от тепловых характеристик здания, или, иными словами баланса тепловых нагрузок на отопление и охлаждение и потребности в свежем воздухе.

Система VAV - это вентиляционная система, в которой изменяется расход приточного воздуха, при этом температура приточного воздуха сохраняется постоянной. Это нужно для того, чтобы компенсировать количество теплоты, передаваемой в пространство помещения при неполной тепловой нагрузки в нем. Таким образом происходит поддержание заданного параметра пространства, обычно температуры внутреннего воздуха. Кроме этого, при пониженном объемном расходе воздуха экономится мощность вентилятора. Основные теплообменники нагрева и охлаждения контролируются датчиком температуры, расположенным в потоке приточного воздуха. Эта температура имеет большое влияние на энергопотребление всей системы. Секция нагрева воздуха состоит из заслонки и калорифера на горячей воде. Оба элемента работают по сигналу от зонального датчика температуры. Это означает, что в режиме отопления агрегат запускается при минимальном расходе воздуха и минимальном расходе горячей воды. С увеличением нагрузки расход горячей воды увеличивается до тех пор, пока не достигнет максимального значения, затем воздушная заслонка начинает открываться, чтобы соответствовать требуемой тепловой нагрузке.

В отличие от системы VAV, система CAV поддерживает постоянный объемный расход воздуха, а температуру приточного воздуха меняет в соответствии с потребностями в нагреве самой холодной зоны или потребности в охлаждении самой теплой зоны. Эта стратегия, по сравнению с системой VAV с постоянной температурой приточного воздуха, сводит к минимуму энергию, подводимую к калориферу нагрева или охлаждения.

Количество наружного воздуха для обеих систем регулируется путем смешивания свежего воздуха с воздухом из помещения (рециркуляция). Существует две различные стратегии управления данным процессом. Первая стратегия управления обеспечивает такое количество наружного воздуха, которое необходимое для удовлетворения потребностей в свежем воздухе. Вторая стратегия, когда это возможно, увеличивает количество свежего воздуха, чтобы полезно использовать естественное охлаждение. Это достигается за счет использования воздушного экономайзера, которым оснащаются обе эти системы, и который подает наружный воздух для смешивания его в определенных пропорциях с рециркулирующим воздухом для соответствия заданным значениям температуры воздуха, подаваемого в помещение.

Термодинамический анализ этих систем показывает, что потребление тепловой энергии системами CAV немного ниже, чем у систем VAV. Эта происходит из-за разного количества воздуха, которое эти системы обрабатывают в режиме отопления. Система VAV работает с минимальным количеством воздуха, а система CAV работает с постоянным максимальным расходом воздуха. При этом воздух нагревается примерно на 1 °C за счет поглощения энергии, рассеиваемой приводом вентилятора. Больший объем воздуха, проходящий через вентилятор, поглощает больше теплоты, что приводит в итоге к снижению потребности в нагреве для всей системы.

Если проводить сравнение потребления энергии, системами VAV и CAV, то в целом, энергоэффективность системы VAV выше, чем системы CAV. Системы, оборудованные воздушным экономайзером, который регулирует количество наружного воздуха в соответствии с потребностями в отоплении и охлаждении и температурой окружающей среды, показали значительные преимущества по сравнению с системами с фиксированной подачей наружного воздуха. Экономия энергии объясняется снижением потребности в охлаждении воздуха за счет реализации процесса естественного охлаждения.

С точки зрения годового энергопотребления при проектировании нового здания наилучшим вариантом является сочетание строительных конструкций с наиболее передовыми показателями теплоизоляции ограждающих конструкций с системой VAV с воздушным экономайзером и максимально высоким общим объемом воздуха.