2015-08-18

Фактор энергоэффективности при выборе параметров системы вентиляции автостоянки закрытого типа

Доля затрат энергии на кондиционирование и вентиляцию в энергетическом балансе производственных и общественных зданий может достигать в зависимости от назначения и времени года весьма существенных значений от 25% до 50% [1] . Для закрытых подземных и крытых автостоянок эта цифра может быть даже выше и достигать значений 60%. Последнее объясняется значительными объемами приточного воздуха, необходимого для ассимиляции выхлопных газов. В зависимости от назначения и технических параметров автостоянки удельных расход воздуха, необходимого для ассимиляции выхлопных газов может составить от 6 до 16 м³/м²час.

Свердлов А.В. Генеральный директор FläktGroup Russia 
Волков А.П. канд. техн. наук, эксперт по системам вентиляции подземных сооружений

 

Одним из резервов повышения энергоэффективности систем вентиляции и кондиционирования является использование рекуперации и рециркуляции воздушных потоков [1]. Однако, в настоящее время рекуперация в вентиляционных системах автостоянок закрытого типа практически не применяется. Токсичность выхлопных газов является препятствием к использованию рециркуляции в системах воздушного отопления. В рамках данной статьи рассматривается выбор схемы вентиляции без учета рекуперации и рециркуляции с точки зрения энергоэффективности схемы воздухораспределения внутри помещения автостоянки.

 

В настоящее время существует две схемы вентиляции (воздухораспределения) в крытых и подземных автостоянках, а именно:

 

  • Традиционная канальная схема вентиляции и дымоудаления, представленная на Рис.1, предполагающая организацию воздухообмена с использованием развитой сети воздуховодов приточной, вытяжной и противодымной вентиляции;
  • Струйная схема вентиляции и дымоудаления, представленная на Рис.2, предполагает создание принудительного потока воздуха в помещении автостоянки без воздуховодов, за счет установленных на потолочном перекрытии струйных (осевых или центробежных) вентиляторов.

 

Рис. 1. Канальная схема вентиляции и дымоудаления.

 

Рис. 2. Струйная схема вентиляции и дымоудаления.

 

Факторами, влияющими на энергопотребление системы вентиляции автостоянки, является уровень эмиссии окиси углерода (СО) [2] от работающих двигателей автомашин. Воздухообмен (м³/час), необходимый для ассимиляции (СО), определяется по формуле [2]:

 

 

где Gco — эмиссия СО, (г/час);

 

[СОоб] — предельная допустимая концентрация (ПДК) СО (мг²/м³);

 

СОоб пр.возд. — значение объёмной концентрации СО в приточном воздухе за пределами автостоянки (мг/м³); в жилых районах с малым движением транспорта эта величина пренебрежимо мала и обычно принимается равной нулю; на сильно загруженных дорогах достигает COоб пр.возд. = 4 мг/м³;

 

kG — коэффициент, учитывающий неравномерность вентиляции помещения автостоянки; обычно находится в диапазоне от 1,25 до1,50, если данные отсутствуют принимается значение 1,25.

 

Как следует из (1) одним из резервов снижения производительности вентиляторов притока и вытяжки, а следовательно и энергопотребление на 6 – 8% является организация притока не загазованного чистого воздуха при COоб пр.возд. = 0.

 

Расчет эмиссии и воздухообмена не зависит от типа системы вентиляции, а определяется количеством парковочных мест и интенсивностью движения транспорта или частотой транспортного трафика [2].

 

Струйные системы вентиляции применяются в больших автостоянках при высоте потолочного перекрытия от 2,5 – 3,0 м [3]. Низкие потолки и большие площади пожарных отсеков характерны для современных многоярусных подземных автостоянок.

 

Для сравнения рассмотрим энергоэффективность вентиляции автостоянки при традиционной канальной (Рис.3) и струйной схеме (Рис.4) воздухораспределения.

 

Рис.3. Схема канальной вентиляции автостоянки
(с воздуховодами приточной и вытяжной вентиляции).

 

 

Рис.4. Схема струйной вентиляции
(с использованием струйных вентиляторов)

 

На Рис. 3 и 4 показаны схемы традиционной (канальной) и струйной вентиляции в помещении автостоянки габаритами 50 х 80 м площадью 4000 м² с высотой потолочных перекрытий 3 м.

 

Рассмотрим среднесуточное энергопотребление системами вентиляции автостоянки в основных режимах работы:

 

  • Непрерывная круглосуточная вентиляция с перерывом на 7 часов ночью;
  • Включение и выключение вентиляции по таймеру в заданные временные интервалы максимальной концентрации СО;
  • Автоматическое включение и выключение вытяжной и струйной вентиляции по сигналу от датчиков контроля концентрации СО, приточная вентиляция работает постоянно;
  • Автоматическое включение и выключение приточной, вытяжной и струйной вентиляции по сигналу от датчиков контроля концентрации СО (без постоянной работы приточной вентиляции).

 

В Таблице 1 приведены данные по среднесуточному энергопотреблению систем канальной и струйной вентиляции автостоянок, представленных на Рис.3 и 4.

 

Таблица 1

 

 

 

Удельные энергозатраты, отнесенные к 1 м2 площади автостоянки, представлены на Рис.5 для всех представленных в Таблице 1 режимов работы системы вентиляции.

 

 

Рис.5. График удельных среднесуточных энергозатрат канальной и струйной вентиляции, работающей в режимах, перечисленных в Таблице 1

 

Сравнительная оценка вариантов проектных решений свидетельствует, что струйная вентиляция превосходит традиционную канальную вентиляцию по энергоэффективности во всех рассмотренных режимах работы примерно на 15%. Преимущество струйной вентиляции в части энергоэффективности объясняется отсутствием аэродинамических потерь и утечек воздуха, характерных для традиционной канальной вентиляции, возникающих при движении воздуха по воздуховодам. 

 

Наряду с энергоэффективностью, струйные системы вентиляции автостоянок обладают целым рядом преимуществ [3].

 

Компактные струйные вентиляторы заменяют сеть воздуховодов приточной, вытяжной и противодымной вентиляции, что позволяет разгрузить подпотолочное пространство, уменьшить высоту потолочных перекрытий и снизить расходы на строительство.

 

Продольная система дымоудаления позволяет защитить большую часть автостоянки от распространения дыма. В этом случае низкие потолки не являются фактором риска при пожаре [4].

 

Струйные вентиляционные системы стали стандартным техническим решением для крытых и подземных автостоянок в Германии [5] и других странах Европы, в Китае, Японии и Корее.

 

Далее проанализируем влияние параметров собственно струйных вентиляторов на энергоэффективность вентиляционной системы автостоянки. 

 

В зависимости от архитектурно-планировочного решения, в автостоянках могут применяться как однонаправленные, так и реверсивные струйные вентиляторы. Однако внутренний КПД проточной части реверсивного вентилятора несколько ниже, чем у однонаправленного (обычного) осевого вентилятора. 

 

Зависимости реактивной тяги струйных вентиляторов от мощности электропривода представлены на Рис. 6.

 

Рис. 6. График зависимости реактивной тяги струйных вентиляторов от номинальной мощности электропривода

 

Несмотря на то, что энергопотребление реверсивного вентилятора выше чем у аналогичной модели традиционного (однонаправленного) типа примерно на 10%, они широко применяются в больших автостоянках площадью от 2500 до 10000 м², когда требуется минимизировать площадь локального загрязнения воздуха или задымления автостоянки при различных сценариях пожара [6].

 

Другим важным вопросом является выбор типоразмера вентилятора. На основе технических характеристик, позволяющих определить площадь, проветриваемую одним струйным вентилятором [7], были определены усредненные значения удельных мощностей электроприводов струйных вентиляторов, отнесенные к 1 м² проветриваемой площади. Данная характеристика представлена на Рис. 7.

 

Рис.7. График зависимости удельной мощности электропривода струйного вентилятора, отнесенной к 1 м² проветриваемой площади, в зависимости от его реактивной тяги

 

Учитывая данные (Рис.7), использование крупных струйных вентиляторов, имеющих реактивную тягу 50 – 150 позволяет повысить энергоэффективность системы струйной вентиляции. Однако, сложная конфигурация ограждающих конструкций (ломаный профиль стен и выступающие потолочные балки), низкие потолки не позволяют использовать крупные струйные вентиляторы. На практике в современных автостоянках чаще используют струйные вентиляторы меньших типоразмеров с реактивной тягой около 20 – 40 Н.

 

Компания FläktGroup, являющаяся крупнейшим мировым производителем вентиляционного оборудования, предлагает ряд новых технических решений, позволяющих улучшить эксплуатационные характеристики и в том числе энергоэффективность струйных вентиляционных систем автостоянок:

 

1. Плоский центробежный (роторный) струйный вентилятор, допускающий монтаж в помещениях с высотой потолочного перекрытия до 2,2 м, обладающий увеличенной реактивной тягой до 100 Н. Общий вид вентилятора представлен на Рис. 8.

 

Рис.8. Центробежный струйный вентилятор

 

2. Центробежный струйный вентилятор серии TRIX, имеющий 2, 3 или 4 выхлопных патрубка. Многофункциональный тип струйного вентилятора. Имея небольшое количество таких вентиляторов можно обеспечить режим вентиляции и дымоудаления в автостоянке сложной конфигурации. Так же как и модель (Рис.8) может монтироваться в помещениях с низким потолком. На Рис.9 показан общий вид струйного вентилятора TRIX – Т, имеющий 3 выхлопных патрубка.

 

 

Рис.9. Центробежный струйный вентилятор TRIX – Т с тремя выхлопными патрубками

 

В качестве примера на Рис.10 приведена схема расположения вентиляторов TRIX в помещении со сложной конфигурацией ограждающих конструкций.

 

Рис.10. Принципиальная схема струйной вентиляции автостоянки, оснащенной центробежными вентиляторами TRIX – I с двумя выхлопными патрубками и TRIX – Т с тремя выхлопными патрубками при различных сценариях пожара

 

На Рис.10 показаны 3 различных сценария развития пожара в помещении автостоянки. В зависимости от месторасположения очага возгорания или локального загрязнения воздуха система управления включает соответствующие комбинации струйных вентиляторов и управляет включением соответствующего режима работы. Реверс воздушного потока предполагает использование реверсивных вентиляторов дымоудаления.

 

Режим дымоудаления при пожаре не имеет прямого отношения к оценке энергоэффективности системы вентиляции. Однако, данный режим работы является определяющим при выборе типоразмеров и количества струйных вентиляторов как режим максимальной нагрузки на вентиляционную систему. В штатном режиме вентиляции струйные вентиляторы обычно работают на 25% максимальной мощности.

 

КПД роторного вентилятора не зависит от направления воздушного потока. Модель TRIX – Х имеет 4 выхлопных патрубка и позволяет менять направление воздушного потока на 360° с шагом 90°.

 

Выводы

  1. Струйная вентиляция превосходит традиционную канальную вентиляцию по энергоэффективности примерно на 15%.
  2. Осевые струйные вентиляторы в реверсивном исполнении уступают по энергоэффективности однонаправленным примерно на 10%.
  3. Использование крупных струйных вентиляторов, имеющих реактивную тягу 50 – 150 Н, позволяет повысить энергоэффективность системы струйной вентиляции. Однако, сложная конфигурация ограждающих конструкций (ломаный профиль стен и выступающие потолочные балки), низкие потолки не позволяют использовать крупные осевые струйные вентиляторы. На практике в современных автостоянках чаще используют осевые струйные вентиляторы меньших типоразмеров с реактивной тягой около 20 – 40 Н.
  4. Плоские центробежные (роторные) струйные вентиляторы с увеличенной реактивной тягой до 100 Н допускается монтировать в помещениях с высотой потолочного перекрытия до 2,2 м.
  5. Реверс или разворот воздушной струи плоского центробежного вентилятора достигается без дополнительных потерь и снижения энергоэффективности.

 

Литература

  1. Вишневский Е.П. Рекуперация тепловой энергии в системах вентиляции и кондиционирования воздуха// С.О.К. Сантехника, отопление, кондиционирование. – 2004. №11. С 90 – 101.
  2. Волков А.П., Свердлов А.В., Рыков С.В. Экология и расчет воздухообмена подземных автостоянок// Научный журнал НИУ ИТМО. Серия:
    Холодильная техника и кондиционирование. 2014. № 3. С. 9-16.
  3. Волков А.П. Продольная система дымоудаления в подземных сооружениях, оснащенных струйными вентиляционными системами // С.О.К. Сантехника, отопление, кондиционирование. – 2013, № 8, С.82 – 88.
  4. Вишневский Е.П., Волков А.П. Противодымная защита крытых и подземных автопарковок, оборудованные струйной (импульсной) вентиляцией // Мир строительства и недвижимости. – 2012, № 44, с. 54 -56 c.
  5. Йос Виссник, Карлос Вогет. Вентиляция в подземных гаражах. Опыт Германии // Мир строительства и недвижимости. – 2012, № 43, с. 58.
  6. Волков А.П., Свердлов А.В. Реверс воздушного потока при продольной вентиляции и дымоудалении подземных и крытых автостоянок//АВОК Вентиляция. Отопление. Кондиционирование. – 2015. №1, С. 34 – 38.
  7. Волков А.П., Гримитлин А.М., Рыков С.В. Методика расчета вентиляционной системы парковки закрытого типа // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия:
    Холодильная техника и кондиционирование. 2014. № 2 (15). С. 45-57.