Учебное пособие 2033

Согласно современным отечественным нормативным документам, расход воздуха следует определять отдельно для теплого и холодного периодов года по основным вредностям в помещении (в офисном – тепло-, влагоизбытки, углекислый газ), принимая большую из величин.

Сразу отметим, что приняв за расчетный воздухообмен большую из величин (например, для ассимиляции избытков теплоты), мы не гарантируем разбавление (удаление) расчетным расходом воздуха (при данной схеме воздухораспределения) других вредностей в помещении (влагоизбытки, углекислый газ.)

Это очень важно, так как углекислый газ (СО2) считается индикатором качества воздушной среды в помещении. Известно, что СО2 примерно в 1,5 раза тяжелее воздуха, поэтому невозможно организовать комфортную воздушную среду в помещении посредством наиболее распространенной схемы организации воздухообмена (сверхувверх).

Решение задачи определения требуемого воздухообмена осложняется тем, что требуется выполнение двух условий:

1)нормируемый воздухообмен должен способствовать обеспечению санитарногигиенических условий и комфортного микроклимата;

2)необходимо соблюдать рекомендации по энергосбережению и стремиться к минимизации потребления энергоресурсов.

Требуемый расход приточного вентиляционного воздуха [1]:

–дыхание человека, Lдыхв = 5 м3/ч (с запасом 100 %);

–на ассимиляцию теплоизбытков от человека, Lохлв =56 м3/ч;

–разбавление углекислого газа (СО2), выделяемого человеком, LCOв 2 = 36,7 м3/ч

Определим отношения расходов воздуха:

Анализ данных показывает, что для дыхания человека требуется свежий воздух в гораздо меньшем количестве, чем количество воздуха, необходимого для ассимиляции теплоизбытков или разбавления вредностей.

Так какой же расход вентиляционного воздуха принять за расчетный? Совершенно понятно, что он должен зависеть от схемы организации воздухообмена в помещении, а соответственно от ее эффективности.

Зачастую в большинстве зданий организуется смешивающая вентиляция. Можно отметить два основных её недостатка:

1)человек дышит не чистым воздухом с низкой концентрацией углекислого газа, а смесью приточного воздуха с продуктами дыхания;

2)расход приточного воздуха в десятки и более раз больше, чем объем воздуха, необходимый человеку для дыхания.

Помимо этого, следует отметить огромные капитальные затраты (оборудование, воздуховоды и др.), значительные эксплуатационные расходы (тепловая и электрическая энергии, расходные материалы для технического обслуживания и т.д.) и площадь, занимаемую климатическим оборудованием.

Бесспорно, значительное сокращение расхода наружного воздуха, подающегося для обеспечения жизнедеятельности людей, приведет к значительному сокращению энергии на его обработку. Поэтому задача сокращения общего воздухообмена зданий весьма актуальна.

Доктор Оле Фангер отмечает, что применение персональной вентиляции является перспективным направлением развития вентиляционных систем [2]. Пример организации подачи приточного воздуха в зону дыхания представлен на рис. 2.

-61 -

Научный журнал ВГТУ. Жилищное хозяйство и коммунальная инфраструктура

Рис. 2 – Пример подачи ПВ из выходного отверстия вблизи персонального компьютера на рабочем месте в помещении умственного труда

До недавнего времени в отечественных нормативных документах отсутствовало понятие о системе персональной вентиляции. И лишь с выходом ГОСТ 30494-2011 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях» в разделе 5 «Качество воздуха» появилась поправка на необходимый расход наружного воздуха L , м3/ч, в системе вентиляции в зависимости от эффективности системы воздухораспределения. Его следует определять по формуле:

расчетом или принимаемый по таблице 1; L – расчетное минимальное количество

наружного воздуха, м3/ч.

Ориентировочные значения коэффициента эффективности приведены в табл. 1.

На наш взгляд, применительно к помещениям умственного труда с применением ПЭВМ, где рабочие места стационарны, необходимо подавать свежий чистый воздух непосредственно в зону дыхания каждого человека в количестве, необходимом для дыхания. Что же касается избытков теплоты и других вредностей, то их надо не ассимилировать и разбавлять до уровня ПДК рабочей зоны, а компенсировать холодом (фанкойлы, сплит-системы и т.д.) и абсорбировать в установках различного конструктивного исполнения.

Авторами предлагается следующая принципиальная схема создания и обеспечения комфортных параметров микроклимата в офисных помещениях, оборудованных постоянными рабочими местами с ПЭВМ (рис. 3).

- 62 -

Рис. 3 – Принципиальная схема создания и обеспечения комфортных параметров микроклимата на постоянных рабочих местах в офисных помещениях, оборудованных ПЭВМ: 1 – абсорбирующее устройство (например, UniqFresh); 2 – двухступенчатый воздухоочиститель (например, аэролайф); 3 (3а, 3б) – воздухоохладитель (например, сплит-система, фанкойл и т.д.); Qчел – теплопоступления от человека, Вт; Wчел – влагопоступления от человека, кг/ч; CO2чел – углекислый газ, выделяемый человеком, л/ч; Qс.р. – теплопоступления от солнечной радиации, Вт; Wизб – влагоизбытки в помещении, кг/ч; СО2 – углекислый газ, выделяемый в помещении (от людей, строительных материалов и т.д.);

–приточный воздуховод;

–вытяжной воздуховод;

ГКПМ – генератор комфортных параметров микроклимата.

В качестве ГКПМ, используемого в предложенной схеме обеспече6ия комфортных параметров микроклимата, принято устройство [3]. Схема представлена на рис. 4.

Устройство для создания комфортных параметров микроклимата на постоянном рабочем месте (ГКПМ) состоит из следующих элементов:

1 – корпус; 2 – гибкий трубопровод (воздуховод) приточного воздуха;

3 – приточный трубопровод (воздуховод);

4 – воздушный фильтр тонкой очистки;

5 – регулятор расхода приточного воздуха (РРПВ); 6, 7 – воздушные заслонки на приточных воздуховодах с электрическим приводом; 8 – рекуператор типа «труба в трубе»; 9 – приточный вентилятор;

10 – генератор биполярных ионов (ГБИ);

11 – гибкий воздуховод из шумопоглощающего материала; 12 – распределитель приточного воздуха с регулируемой площадью живого сечения;

13 – блок регулирования параметров микроклимата (температура, подвижность), включая систему автоматики;

14 – воздухоприемный зонт-козырек вытяжного воздуха;

15 – вытяжной трубопровод (воздуховод);

16 – воздушный фильтр грубой очистки;

17 – воздушный фильтр тонкой очистки;

- 63 -

Научный журнал ВГТУ. Жилищное хозяйство и коммунальная инфраструктура

18 – воздушная заслонка с электрическим приводом (регулирует степень догрева приточного воздуха в рекуператоре относительно начальных параметров центральной приточной вентиляционной установки);

19, 21, 22 – воздушные заслонки на вытяжных воздуховодах с электрическим приводом.

20 – вытяжной вентилятор;

23 – угольный фильтр; 24 – гибкий трубопровод (воздуховод) вытяжного воздуха;

25 – регулирующая арматура.

26 – запорная арматура.

Рис. 4 – Устройство для создания комфортных параметров микроклимата на постоянном рабочем месте

Технический результат ГКПМ заключается в следующем:

–устройство производит подачу приточного воздуха непосредственно в зону дыхания работающих (персональная вентиляция), следствием чего являются низкие эксплуатационные расходы на тепловую и электрическую энергии;

–увеличивается КПД системного блока ПЭВМ и срок его службы (за счет эффективного теплосъема с рабочих элементов);

–параметры приточного воздуха регулируются в зависимости от индивидуальных потребностей работающих;

–улучшается качество воздуха в локальном объеме помещения, значит повышается работоспособность людей.

При работе устройства для создания комфортных параметров микроклимата на постоянном рабочем месте возможны различные режимы работы.

Первый режим – приток воздуха с параметрами центральной вентиляционной установки. Центральная приточная вентиляционная установка (на рис. не показана) предназначена для первичной обработки наружного воздуха, включающая:

-64 -

–очистку;

–нагрев (до максимальных значений оптимальных параметров по температуре);

–охлаждение (до минимальных значений оптимальных параметров по температуре). Приточный воздух с параметрами центральной вентиляционной установки по

трубопроводу (воздуховоду) 2 поступает в корпус 1. Затем по трубопроводу (воздуховоду) 3 проходит через фильтр тонкой очистки 4 и в зависимости от потребности (регулятор расхода воздуха 5, который изначально открыт на 50 %) приточным вентилятором 9 через генератор биполярных ионов (ГБИ) 10 подается по трубопроводу (воздуховоду) 11 в распределитель приточного воздуха 12.

Вытяжной нагретый воздух от системного блока ПЭВМ через зонт-козырек 14 проходит через фильтры 16, 17 и по трубопроводу (воздуховоду) 15 вытяжным вентилятором 20 удаляется в трубопровод (воздуховод) 24 к центральной вытяжной установке (на рис. не показана). При этом воздушные заслонки 18, 6, 22 – закрыты, 7, 19, 21– открыты.

Второй режим – приток воздуха с увеличенной температурой (относительно температуры воздуха после центральной приточной вентиляционной установки).

Приточный воздух с параметрами центральной вентиляционной установки по трубопроводу (воздуховоду) 2 поступает в корпус 1. Затем по трубопроводу (воздуховоду) 3 проходит через фильтр тонкой очистки 4 и в зависимости от потребности (регулятор расхода воздуха 5, который изначально открыт на 50 %) поступает в воздухо-воздушный рекуператор типа «труба в трубе» 8, в котором за счет температуры удаляемого воздуха от системного блока ПЭВМ приточный воздух догревается до заданной температуры и приточным вентилятором 9 через генератор биполярных ионов (ГБИ) 10 подается по трубопроводу (воздуховоду) 11 в распределитель приточного воздуха 12. Вытяжной воздух через зонт-козырек 14 проходит через фильтры 16, 17 и по трубопроводу (воздуховоду) 15 поступает в воздухо-воздушный рекуператор 8, где догревает приточный воздух и вытяжным вентилятором 20 удаляется в трубопровод (воздуховод) 24. При этом воздушные заслонки 7, 19, 22 – закрыты, 6, 21 – открыты, заслонка 18 открыта в зависимости от необходимой степени догрева приточного воздуха.

Третий режим – приток воздуха с регулируемой скоростью на выходе из воздухораспределителя 12.

Возможны следующие варианты изменения скорости движения воздуха на выходе из воздухораспределителя 12:

–изменяется положение заслонки регулятора расхода воздуха 5. При этом объем приточного воздуха будет величиной переменной, а площадь живого сечения воздухораспределителя – постоянная;

–изменяется живое сечение воздухораспределителя. При этом объем приточного воздуха остается величиной постоянной, а площадь живого сечения воздухораспределителя

–переменной.

Данный режим работы установки совместим как с режимом 1, так и с режимом 2. Также возможна настройка изменяющихся во времени температуры и скорости приточного воздуха и создание динамического микроклимата.

Четвертый режим – рециркуляция.

Вытяжной воздух через зонт-козырек 14 проходит через фильтры 16, 17 и по трубопроводу (воздуховоду) 15 вытяжным вентилятором 20 подается к угольному фильтру 23. Затем очищенный воздух приточным вентилятором 9 через генератор биполярных ионов (ГБИ) 10 подается по трубопроводу (воздуховоду) 11 в воздухораспределитель 12.

При этом воздушные заслонки 18, 6, 7, 21 – закрыты, 19, 22 – открыты. Предлагаемое устройство позволяет обеспечить различные комбинации режимов

работы.

- 65 -

Научный журнал ВГТУ. Жилищное хозяйство и коммунальная инфраструктура

В помещении для улучшения качества внутреннего воздуха возможна установка ионизирующих и озонирующих устройств.

Итак, первоначальное графическое изображение (см. рис. 1) потребности в расходе приточного вентиляционного воздуха, с учетом вышеизложенного, преобразуется в следующую схему (рис. 5):

Рис. 5 – Схема определения потребности в вентиляционном воздухе для обеспечения комфортных параметров микроклимата в «индивидуальных рабочих зонах» офисного помещения

В предлагаемой схеме (см. рис. 5) создания и обеспечения комфортных параметров микроклимата в помещениях умственного труда с применением ПЭВМ (офисные помещения), приточный воздух в количестве, необходимом для дыхания человека, при помощи центральной вентиляционной установки подается в ГКПМ, где приводится в соответствие с индивидуальными предпочтениями пользователей ПЭВМ, приобретая заданные параметры. Далее приточный воздух подается непосредственно в зону дыхания человека. Удаление вытяжного воздуха осуществляется непосредственно от рабочего места пользователя ПЭВМ. Все вредности, поступающие и образующиеся в помещении, утилизируются.

У данной схемы имеются свои достоинства и недостатки. К достоинствам можно отнести следующее:

–качество вдыхаемого человеком воздуха выше, так как он не перемешан в объеме помещения, значит работоспособность людей повысится (уменьшится количество ошибок);

–при реализации данной схемы, мы одновременно «боремся» с основными вредностями, выделяющимися в помещении;

–персональная вентиляция позволит регулировать параметры приточного воздуха на постоянных рабочих местах в зависимости от индивидуальных потребностей пользователя ПЭВМ;

–значительно снизятся эксплуатационные затраты.

К недостаткам относятся:

–тщательной подготовке должен подвергаться приточный вентиляционный воздух, требуемый для дыхания человека и подаваемый в «индивидуальную рабочую зону». Необходимо использование высококачественных и эффективных фильтров;

–необходимость выполнения регенерации установок, утилизирующих вредности;

–данная схема создания и обеспечения комфортных параметров микроклимата в офисных помещениях мало изучена.

-66 -

В настоящее время на кафедре жилищно-коммунального хозяйства ВГТУ проводятся научные исследования и разработка различных видов воздухораспределительных устройств для персональной вентиляции, варианты которых показаны на рис. 6, 7.

Рис. 6 – Воздухораспределительное устройство на гибком поворотном воздуховоде

Рис. 7 – Воздухораспределительное устройство, встроенное в «индивидуальную рабочую зону»

Воздухораспределительное устройство на гибком поворотном воздуховоде (рис. 6) имеет более широкую область применения вследствие возможности быстрого монтажадемонтажа. Устройство подачи воздуха (см. рис. 7) способно «охватывать» большую площадь, занимаемую работником, и обеспечивать равномерное распределение параметров воздушной среды в локальном объеме рабочего пространства.

- 67 -