Вентиляция с переменным расходом воздуха для офисных зданий

А. Л. Наумов, вице-президент НП «АВОК», генеральный директор ООО «НПО ТЕРМЭК»

Д. В. Капко, ОАО «ЦНИИПромзданий», otvet@abok.ru

Традиционные системы вентиляции и кондиционирования воздуха являются основными потребителями электроэнергии в системах инженерного обеспечения административных и офисных зданий. Для снижения энергетических затрат на вентиляцию и кондиционирование целесообразно применять системы локальной вентиляции. Такие системы вентиляции и кондиционирования воздуха обеспечивают комфортные параметры микроклимата на постоянных рабочих местах, в переговорных комнатах и конференц-залах в зависимости от фактической заполняемости помещений людьми. Их также называют системами «по потребности» или адаптивными системами.

Алгоритм работы

На постоянные рабочие места в общих офисных комнатах подводится свежий приточный воздух и рециркуляционный воздух от фэнкойлов. Свежий приточный воздух (рис. 1) подается через настольный регулируемый воздухораспределитель в зону дыхания сотрудника. Рециркуляционный воздух подается в зону под рабочим столом, образуя на рабочем месте комфортный «оазис». По приходе сотрудника на рабочее место по сигналу датчика присутствия воздушные клапаны открывают подачу приточного и рециркуляционного воздуха. Когда сотрудник покидает рабочее место, клапаны снижают подачу воздуха. За пределами рабочих мест в помещении поддерживаются допустимые условия.

Рисунок 1. Общий вид системы на рабочем месте: 1 – рабочий стол; 2 – фальшпол; 3 – компьютерный блок; 4 – монитор компьютера; 5 – лампа; 6 – патрубок приточного воздуха; 7 – патрубок рециркуляционного воздуха; 8 – приточный воздухораспределитель; 9 – рециркуляционный воздухораспределитель; 10 – датчик СО2; 11 – датчик присутствия; 12 – регулятор постоянного расхода воздуха

Модификацией такой системы может быть отдельная локальная вентиляция с подачей воздуха в зону дыхания сотрудника, а общий температурный режим в помещении поддерживается на оптимальном уровне теми же фэнкойлами или охлаждающими (нагревающими) балками.

Для переговорных комнат и конференц-залов регулирование воздухообмена осуществляется по концентрации углекислого газа по сигналу датчика, устанавливаемого в вытяжном воздуховоде.

Расход приточного воздуха в системе локального кондиционирования обеспечивает оптимальное или допустимое качество воздуха на рабочем месте.

Расходы воздуха систем вентиляции, принимаемые для обеспечения качества воздуха, независимы от времени года. Воздухообмены зависят от количества людей в помещении, их деятельности, технологических процессов (выделений загрязняющих веществ от бытовой и оргтехники, строительных материалов, мебели и др.). В ходе проектирования и эксплуатации основные источники загрязнения следует идентифицировать и устранять или снижать их воздействие. Остаточное загрязнение следует устранять общеобменной вентиляцией.

Определяющим загрязняющим веществом воздуха помещений общественных зданий является углекислый газ (СО₂), выделяемый людьми. Мониторинг уровня СО₂ может осуществляться при помощи датчика, расположенного в зоне, в которой находятся люди, или в потоке вытяжного воздуха.

Проектом новой редакции ГОСТ «Параметры микроклимата помещений. Здания жилые и общественные» предусмотрена величина концентрации углекислого газа в воздухе помещений, соответствующая оптимальным условиям качества воздуха – не более 600 ррm; допустимая концентрация углекислого газа – не более 1000 ppm.

Количество наружного воздуха, подаваемого в помещение системой вентиляции в расчете на одного человека для обеспечения оптимального или допустимого качества воздуха, зависит от степени физической активности человека, концентрации углекислого газа в наружном воздухе и эффективности воздухораспределения в помещении.

Основными параметрами, определяющими воздушно-тепловой режим на локальном рабочем месте, являются:

• температура воздуха и ее распределение по объему рассматриваемой зоны;
• скорость движения воздуха и ее распределение.

К дополнительным могут быть отнесены следующие параметры:

• относительная влажность воздуха;
• радиационная и результирующая температура

Величина базового количества наружного воздуха в расчете на 1 человека приведена в табл. 1.

Таблица 1 Базовое минимальное количество наружного воздуха для обеспечения оптимальных (числитель) и допустимых (знаменатель) условий качества воздуха в помещении, м3/ч·чел

Концентрация углекислого газа в наружном воздухе, ppm СО2 Уровень физической активности Покой Легкая работа Высокая физическая активность 300 49/23 75/35 375/175 400 65/25 100,0/37,5 500/187 500 130/26 200/40 1 000/200

Базовое значение воздухообмена соответствует традиционной модели перемешивающей вентиляции (mixing ventilation).

В зависимости от эффективности системы воздухораспределения необходимый расход наружного воздуха в системе вентиляции определяется по формуле (1) и табл. 2:

L = η L_δ,(1)

где: η – коэффициент эффективности системы воздухораспределения, определяемый расчетом;
L_δ– базовое минимальное количество наружного воздуха, м³/ч·чел.

Ориентировочные значения коэффициента эффективности системы воздухораспределения приведены в табл. 2.

Таблица 2 Коэффициенты эффективности систем воздухораспределения

Системы воздухораспределения η Системы естественной вентиляции с периодическим проветриванием 1,0 Системы механической авторегулируемой вытяжной вентиляции с приточными клапанами в наружных ограждениях 0,9 Системы приточной вентиляции с подачей воздуха в обслуживаемую зону, в том числе системы вытесняющей вентиляции 0,6–0,8 Системы персональной вентиляции с подачей приточного воздуха в зону дыхания 0,3–0,5

Для особо ответственных административных зданий следует принимать оптимальные показатели качества воздуха.

Для большинства общественных зданий следует принимать, как правило, допустимые показатели качества воздуха; оптимальные показатели воздуха для указанных зданий допускается принимать по заданию на проектирование.

Величина воздухообмена по наружному воздуху может контролироваться автоматически по показаниям датчика концентрации углекислого газа. Для общественных зданий с постоянным пребыванием людей датчики могут устанавливаться непосредственно в рабочей зоне. В переговорных комнатах, конференц-залах, учебных классах и аудиториях наиболее удобно размещение датчиков концентрации углекислого газа в вытяжных воздуховодах. По сигналу датчиков, настроенных на оптимальные либо допустимые значения концентрации углекислого газа, расход воздуха и в приточных, и в вытяжных вентиляционных системах сбалансированно меняется.

Выбор расчетных внутренних условий

Для постоянных рабочих мест, переговорных комнат, конференц-залов следует предусматривать и в теплый, и в холодный периоды года оптимальные параметры микроклимата. В офисных комнатах и кабинетах за пределами постоянных рабочих мест уровень комфортности может быть понижен до допустимого.

Необходимый расход приточного воздуха, подаваемого на постоянное рабочее место, следует определять расчетом по формуле (1). При отсутствии достоверных данных о концентрации углекислого газа в наружном воздухе, величина расхода воздуха, подаваемого в зону дыхания, может быть принята в размере 25–30 м³/ч.

В переговорных комнатах и конференц-залах следует ориентироваться на допустимые концентрации углекислого газа, так как эти рабочие места относятся к категории непостоянных, если иное не предусмотрено техническим заданием на проектирование.

Выбор характеристик систем локальной вентиляции и кондиционирования воздуха

В зоне дыхания скорость движения воздуха не должна превышать 0,1 м/с. Для обеспечения этого условия скорость выхода воздуха из настольного воздухораспределителя не должна превышать 1 м/с, а его конструкция должна обеспечивать быстрое затухание осевой скорости (веерные, конические воздухораспределители).

Температура воздуха на постоянных рабочих местах не должна отличаться более чем на 2 °C. Для обеспечения такого перепада температура воздуха на выходе из приточного и рециркуляционных воздухораспределителей не должна отличаться более чем на 5 °C от оптимальной и для режима нагрева (холодный период года), и для режима охлаждения (теплый период года).

Расход рециркуляционного воздуха на постоянное рабочее место следует принимать в диапазоне 60–120 м³/ч.

Выбор оборудования

Вентиляционная установка должна иметь частотный привод с глубиной регулирования 20–100%. На всех ответвлениях вентиляционной сети должны быть установлены регуляторы постоянства расхода воздуха, а на подводах к воздухораспределителям – запорные клапаны, управляемые по сигналам либо датчиков присутствия, либо датчиков концентрации углекислого газа.

В нерабочее время следует предусматривать фоновый воздухообмен, как правило, 0,1 крат для удаления вредных выделений от строительных отделочных материалов, мебели, оргтехники.

Общее управление системой должно осуществляться контроллерами, запрограммированными под конкретную конфигурацию системы.

В качестве иллюстрации приведены проектные решения локальной системы вентиляции и кондиционирования небольшого банковского офиса, состоящего из общей комнаты на 6 рабочих мест, 3 кабинетов и клиентского помещения (рис. 2 и 3).

Рисунок 2 (подробнее) План размещения системы

Рисунок 3 (подробнее) Схема системы

Расчетные параметры внутреннего воздуха, поддерживаемые на рабочем месте системами отопления и локального кондиционирования, приняты:

• холодный период – температура +21±1 °C;
• теплый период – температура +23±1 °C.

В банковском офисе проектом предусматривается устройство локальной системы кондиционирования воздуха на рабочем месте. Непосредственно на рабочем месте с постоянным пребыванием людей создаются оптимальные условия микроклимата, а в зоне посетителей – допустимые. В зону дыхания работника подается 30 м³/ч от приточно-вытяжной системы, под стол подается 120 м³/ч от рециркуляционной установки (канального фэнкойла).

В качестве основной вентиляционной установки применена приточно-вытяжная установка с роторным регенератором. Для обеспечения нормальной работы установки при расчетных параметрах наружного воздуха в холодный период года предусмотрено снижение объема приточного воздуха при недостатке мощности калорифера. Расход воздуха варьируется от 100 до 430 м³/ч в зависимости от заполненности банковского офиса (на рабочих местах установлены датчика присутствия). Также предусмотрена подача воздуха в зону посетителей в размере до 160 м³/ч по сигналу датчика СО₂. Для поддержания оптимальных условий на рабочем месте предусмотрена рециркуляционная установка (канальный водяной фэнкойл), производительность которой варьируется в зависимости от заполненности офиса (по сигналу датчиков присутствия) от 0 до 1080 м³/ч.

Разработка пилотного проекта локальной системы вентиляции и кондиционирования банковского офиса была предусмотрена в ходе выполнения работ по государственному контракту по разделу энергосбережения в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007–2013 годы».

Литература

1. Наумов А.А. Выбор энергоэффективных систем кондиционирования воздуха офисных зданий // АВОК – 2005.– № 5.
2. Кувшинов Ю.Я., Ткаченко Н.В. Прерывистый режим работы систем вентиляции и кондиционирования воздуха // АВОК. – 2011.– № 5.
3. Lawrence T. Системы вентиляции, регулируемые по уровню потребности // АВОК. – –№ 5.
4. Warden D. Регулирование расхода приточного воздуха по концентрации СО₂ // АВОК. – 2005.– № 2.
5. McDonell G. Распределение воздуха под полом и вытесняющая вентиляция // АВОК. – 2003.– № 7.
6. Системы адаптивной вентиляции // АВОК. – 2011.– № 7.
7. Наумов А.Л., Капко Д.В. Локальные системы кондиционирования воздуха в офисных зданиях // АВОК. – 2012.– № 2.
8. Шепелев И.А. Аэродинамика воздушных потоков в помещении. М. : Стройиздат, 1978.