Энергоэффективная вентиляция торгового центра в Сибири

А. С. Рубцов, генеральный директор ООО «Вент-Дизайн», as.rubcov@vent-design.ru

Интерес к теме вызван тем, что в Сибири длинный отопительный период – 230 суток, средняя температура зимой достаточно низкая – 8,7 °С, а расчетная температура зимой составляет – 39 °С. Это предъявляет определенные требования к системам отопления и вентиляции, ввиду огромной тепловой нагрузки строительных объектов, особенно больших.

Классический подход, реализуемый на подобных объектах, – прямоточные системы вентиляции. Как видно на рис. 1, большая часть тепла расходуется на теплоснабжение калориферов (62 % всего тепла), а не на отопление, как принято обычно думать. И это при том что кратность обмена воздуха для подобных объектов бывает не более 2 в час, а в нашем примере равна 1, что, в общем-то, минимально при 100 %-ном заполнении.

Рисунок 1. Структура энергопотребления ТЦ

Разумеется, чтобы построить такой объект, необходимо оплатить техническое присоединение к теплосетям, иначе говоря, нужны немалые средства, чтобы купить 3 Гкал/ч тепловой энергии. И 62 % этих средств инвестор потратит на тепло для будущих калориферов вентиляционного оборудования. Такая же раскладка ждет собственника здания при плате за потребленное тепло – эксплуатация. Собственно, мы наблюдаем в Сибири множество объектов, красивых снаружи, но с неработающими системами вентиляции внутри, вернее, с исправными системами, которые собственник здания сознательно не включает из-за высокой стоимости эксплуатации. Самое интересное то, что при строительстве, после оплаты технических условий, в дальнейшем инвестор может попытаться сэкономить и купить самое дешевое оборудование – например, радиальные вентиляторы и калориферы типа кСк – и недорогую автоматику. Однако цена покупки тепла для калориферов настолько велика, что для инвестора было бы выгоднее купить качественное оборудование и сэкономить на технологическом присоединении, как мы покажем дальше.

Итак, возвращаемся к энергоэффективным принципам. Если теплопотери через ограждающие конструкции можно существенно понизить за счет современных эффективных конструкций, то посмотрим, что можно сделать с теплоснабжением калориферов приточных систем.

Самое время вспомнить про роторные рекуператоры, достоинством которых является высокий КПД, в том числе по переносу явного тепла, что нам и нужно в первую очередь. Другим достоинством является их меньшая уязвимость с точки зрения обмерзания, но это в случае хорошей автоматики и надлежащего алгоритма работы. Поэтому можно сказать точнее – ротор имеет более широкие возможности по регулированию КПД, от 0 % до максимального значения, таким образом, возможно найти приемлемое значение точки росы на стороне отработанного воздуха. Так или иначе, при выборе надлежащего оборудования, автоматики, должной наладке мы получаем работающие системы в условиях климата Сибири. Следует отметить, что в большинстве случаев в общественных зданиях, торговых центрах и бизнес-центрах специально приточный воздух не увлажняется. Иначе говоря, в помещения подается воздух с низким влагосодержанием. Не беремся обсуждать, насколько это неправильно с точки зрения создания условий, необходимых для людей, но это почти всегда так. Непонятно, чем обусловлена такая практика – инвесторы ли решили экономить на качестве микроклимата, или проектировщики решили упростить работу, но факт остается фактом – в Сибири почти нет проектов с контролем относительной влажности в помещениях зимой. Значит, предварительный подогрев приточного воздуха перед ротором не требуется. Если бы стояла задача поддерживать относительную влажность на уровне, предположим, 30 %, то потребовался бы предварительный подогрев воздуха перед ротором. В нашем случае ТЦ относится к «сухим» объектам, поэтому предварительного нагрева нет, уличный воздух сразу после фильтрации поступает на ротор.

На рис. 2. приведена I-d диаграмма работы приточно-вытяжного агрегата с ротором. Торговый зал рассчитан на 1 500–2 000 посетителей, при воздухообмене 74 000 м³/ч, тип роторов – энтальпийные, влагосодержание вытяжного воздуха из торгового зала будет около 1,5 г/кг.

Рисунок 2. I-d диаграмма работы приточно-вытяжного агрегата с ротором

Стоит заметить, что это уже критичная величина с точки зрения обмерзания ротора, и если делать расчет на большее количество людей, в этом случае потребуется увеличенный воздухообмен. Поскольку торговый зал имеет высоту порядка 10 м, в верхнем уровне накапливаются теплоизбытки от освещения и людей, поэтому отработанный воздух забирается вверху торгового зала через переточные решетки в стенах технических помещений. При этом температура отработанного воздуха из торгового зала зимой составляет +23 °C. Температура приточного воздуха после ротора – +7 °C, относительная влажность 13 %. Остается лишь догреть приточный воздух до +16 °C. Расчетная тепловая мощность для торгового центра, построенного по такому принципу, приведена на рис. 3. Как мы видим, требуется не 3,00, а 1,44 Гкал/ч тепла.

Рисунок 3. Структура энергопотребления ТЦ с роторным рекуператором

По такому принципу построен торговый центр строительных материалов и инструментов на ул. Б. Хмельницкого в Новосибирске.

На самом деле стоимость покупки энергоэффективного вентиляционного оборудования сопоставима с разницей в цене покупки технических условий стандартного и эффективного вариантов. Также есть разница в стоимости при строительстве автономной котельной: если на участке есть газ, то необходимо согласование лимита его потребления и капитальные затраты на строительство котельной. Иными словами, разница в 1,6 Гкал/ч может перекрыть стоимость всего оборудования для общеобменной вентиляции, и в этом случае не придется ждать, когда оборудование окупится, – оно окупится сразу. Поэтому очень важно обладать необходимыми компетенциями, чтобы при расчете тепловых нагрузок на стадии предпроектной проработки учесть все возможные варианты и технологии построения инженерных систем для выбора оптимального соотношения капитальных затрат для конкретного объекта. В конце концов, инвестору необходимо получить хорошее качество объекта при возможно меньших суммарных затратах средств. Ну и разумеется, если энергоемкость объекта будет существенно ниже, чем у аналогичных по назначению и масштабу, привлекательность такого объекта и его коммерческая стоимость, безусловно, будут выше.

На данном объекте имеются две вентиляционные камеры, первая находится на втором этаже АБК, вдоль фасада (рис. 4), вторая – на втором этаже тыльной стороны, где расположено помещение разгрузки и фасовки товара. В каждом техническом помещении находятся по три приточно-вытяжных агрегата с роторным рекуператором, производительностью 18 500 м³/ч каждый. Из шести агрегатов четыре обслуживают торговый зал, остальные используются для вентиляции зоны разгрузки, АБК, кафе, бутиков на первом этаже.

Рисунок 4. Вентиляционная камера

Для повышения эффективности воздухообмена часть приточного воздуха поступает в нижнюю зону, например, в зоне разгрузки товара весь приточный воздух раздается на высоте ниже 2 м от пола, и полноценная вытесняющая вентиляция органи-зована в кафе. Отработанный воздух в кафе забирается переточными решетками, размещенными в подвесном потолке. Зонты местных отсосов выполнены с притоком для увеличения эффективности локализации запахов. Основная масса приточного воздуха в торговый зал подается через сопловые воздухораспределители (рис. 5) – это единственный способ гарантированно подать воздух в нижнюю зону, где невозможно опустить воздуховоды из-за стеллажей с товаром.

Рисунок 5. Основная масса приточного воздуха в торговый зал подается через сопловые воздухораспределители

Для раздачи воздуха в офисной части объекта применены воздухораспределители вихревого типа. Это наилучший способ снизить сквозняки и подвижность воздушных масс на рабочих местах в случае подачи охлажденного воздуха летом.

Из технических средств, позволяющих экономить энергоресурсы на эксплуатацию систем вентиляции, на данном объекте применены активные датчики контроля СО₂, некоторых других газовых агентов и пыли. Эти датчики основываются на комплексе загрязняющих веществ, не только двуокиси углерода или пыли. Ведь бывают сильнопахнущие строительные материалы, краски и прочие товары, и судить о необходимом воздухообмене только по количеству людей было бы ошибочно. Датчики имеют выходные сигналы 4–20 мА (или 0…10 В) и подключены к контроллерам системы автоматизации. Таким образом, существует возможность автоматически управлять количеством приточного и вытяжного воздуха в зависимости от качества отработанного воздуха. Попробуем обосновать целесообразность такого решения. Потребляемая мощность вентиляторов первого приточно-вытяжного агрегата составляет 20 кВт, режим работы ТЦ – 12 ч ежедневно, значит, при 100 %-ной загрузке оборудования расход средств на оплату электроэнергии составит 20 x 12 x 365 x 2,6 = 227 760 руб./год. Эти затраты можно снизить примерно на 40 %, и при цене датчика 500 евро мы видим эффективность такого метода.

Фильтрация приточного воздуха выполнена двухступенчатой – фильтры панельного типа G4 и карманные фильтры тонкой очистки F7. Есть как минимум две причины применения фильтров класса F7. Первая причина – законодательного характера: есть ГОСТ Р ЕН 13 779 «Вентиляция в нежилых зданиях. Технические требования к системам вентиляции и кондиционирования». К сожалению, мало кто знает про его существование, а между тем этот стандарт очень полезен и содержит много разумной информации. Что касается фильтрации, то для таких крупных городов, как Новосибирск, воздух на улице характеризуется как «очень загрязненный», и для его удовлетворительной очистки класс F7 – это минимум. Поразительно, но существует много административных объектов уровня А с фильтрами G3 или G4. Вторая причина, по которой стоит задуматься над надлежащей очисткой воздуха, имеет более практический характер. Дело в том, что пыль довольно быстро загрязняет сети вентиляции изнутри и разрушает узлы и элементы вентиляционного оборудования, в частности рабочие колеса вентиляторов, валы, подшипники и т. д. Экономически выгоднее вовремя менять фильтры и не использовать дешевые неэффективные фильтры, чем раз в три года производить капитальный ремонт оборудования. Есть еще один аспект – низкокачественные фильтры вызывают повышенное сопротивление, их быстрый выход из строя и рост перепада давления приводят к повышенному расходу электроэнергии на привод двигателей вентиляторов. Стоит вспомнить о размере платы за электроэнергию всего лишь для одного агрегата, приведенной выше, и о том факте, что от 40 до 60 % мощности вентиляторов расходуется на преодоление сопротивления фильтров. И эта доля еще увеличивается в случае центральных кондиционеров с фильтрами класса H10 и выше для медицинских задач и чистых комнат. Поэтому имеет смысл посмотреть на затраты в комплексе – т. е. суммировать цену фильтров и стоимость энергетических затрат за период эксплуатации.

Показатели, достигнутые на данном торговом комплексе:

• снижение расчетной тепловой мощности зимой на 1,6 Гкал/ч;
• сокращение расходов на эксплуатацию на 4,7 млн руб. ежегодно;
• гибкая система автоматизации с регулированием по реальной потребности.

Литература

1. Рубцов А. С. Повышение энергоэффективности инженерных систем торгово-развлекательных центров // АВОК. – 2012. – № 8.
2. Тарабанов М. Г., Прокофьев П. С. Роторный утилизатор теплоты: результаты экспериментальных исследований // АВОК. – 2011. – № 7.