Оптимизация работы системы вентиляции в здании с «теплым чердаком»

hvac.jpg

 Аннотация.

В работе проанализировано функционирование системы вентиляции в существующем жилом здании с «теплым чердаком», выявлены недостатки её работы, предложены и рассчитаны новые технические решения по оптимизации её работы, ресурсо- и энергосбережении.

Вентиляция жилых зданий осуществляется естественным способом, без использования механического побуждения движения воздуха, за счет располагаемого гравитационного давления, которое существует благодаря разности температур наружного и внутреннего воздуха, а также под воздействием ветра.

Приток наружного воздуха происходит через специальные клапаны, которые установлены в стенах или оконных рамах, а удаление осуществляется через воздухоприемные устройства,  установленные в помещениях, и далее в систему каналов, в теплый чердак и вытяжную шахту (Рис. 1) [5].

Задачи, поставленные в работе:

1) Определить оптимальное сечение канала вытяжной шахты исходя из располагаемого гравитационного давления.

2) Решить «стандартные» проблемы зданий с «теплым чердаком» и интенсифицировать воздухообмен в здании.

Рис. 1. Схема системы естественной вентиляции с раздельными и общими сборными вытяжными каналами в жилом здании с «теплым чердаком».

Обозначения: ж. п. — жилое помещение; к -кухня; с/у — санузел; 1 — приточное устройство; 2 — вытяжное устройство; 3 — отопительный прибор; 4 — вытяжные каналы; 5 — сборный вытяжной канал; 6 — вытяжная шахта; 7 — вытяжной вентилятор (индивидуальный).

Технические решения:

1) Применяемые вытяжные каналы ГОСТ 17079-88 имеют большую площадь сечения. Аэродинамический расчёт показывает возможность уменьшения сечений канала, так как располагаемое гравитационное давление значительно превышает потери давления воздушного потока для большинства этажей многоэтажного жилого здания.

2) Воздух, удаляемый из помещений последних этажей здания с помощью бытовых вентиляторов и выбрасываемый в общий объём чердака, будет удаляться одним промышленным вентилятором, который так же вытягивает воздух из этих помещений, но подаёт его компактной струёй в вытяжную шахту. Струя эжектирует воздух, который удаляется естественной вентиляцией из общего объёма чердака, и поступает в выбросную шахту (Рис.2). Такая система позволяет с помощью струи с небольшим расходом эжектировать большое количество воздуха, которое может регулироваться изменением диаметра сопла создающего струю.

Рис. 2. Схема системы естественной вентиляции с эжектором.

а) Для правильной работы такой системы необходимо определить критические сечения, м, струи х1, х2 по формуле [3]:

(1)

где — относительное расстояние от воздухораспределителя до рассматриваемого сечения струи, , ;

— площадь поперечного сечения шахты, м2.

Расстояние от сопла до среза выбросной шахты должно быть не менее сечения х1 и не более х2.

б) Скоростной коэффициент  для компактной струи определяется по формуле [3]:

  (2)

где — угол между осью струи и линией, соединяющей центр начального сечения струи с точкой, в которой V = 0,5Vx, .

в) Определяем расход воздуха, м3/ч,  в сечении струи х1, х2 по формуле[3]:

(3)

где — площадь сечения воздухораспределителя, м2.

г) Расход эжектируемого воздуха, м3/ч, определяем по формуле[3]:

(4)

В масштабах массовой застройки оптимизация сечений канала вытяжной шахты и применение промышленного вентилятора с эжектирующей струёй позволяет:

  • Увеличить полезную площадь помещений;
  • Уменьшить количество материалов, которое необходимо для производства вентиляционных блоков (бетона и арматуры);
  • Снизить транспортные расходы на доставку железобетонных изделий;
  • Уменьшить трудозатраты на изготовление и монтаж данной конструкции;
  • Предотвратить нарушение работы естественной вентиляции при задувании ветра в выбросную шахту;
  • Уменьшить количество осадков, попадающих в «теплый чердак» через выбросную шахту, что уменьшает влажность воздуха в нём;
  • Экономить электроэнергию на работе вентиляционного оборудования;
  • Вентилятор, установленный в пространстве чердака, не создаёт сопротивление работе естественной вентиляции (в отличие от бытовых);
  • Работать естественной вентиляции в теплый период года, при отсутствии разности плотностей воздуха;
  • Увеличить располагаемого давления за счет эжекции воздуха;
  • Предотвратить «опрокидывания тяги» из-за ветрового давления;

Технологию с эжектирующей струёй можно применять не только в новом строительстве, но и при реконструкции построенных зданий, с минимальными капитальными затратами, которые окупаются при энергосбережении в работе вентиляционного оборудования (потребление меньше минимума в 3.5 раза, таб. №1).

Табл. №1

Сравнительная таблица энергопотребления вентиляционного оборудования

Тип вентилятора Квартир Кол. на 1 квартиру шт. Всего

шт.

Расход

м3

Мощность 1ед, Вт Суммарная мощность, Вт
Бытовой 4эт х 4кв 3 48 2560 8,8 422
Центробежный 1 120 120

*Бытовые и центробежный вентиляторы с минимальным энергопотреблением

 

Список использованных источников

  1. СП 60.13330.2012 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Актуализированная редакция СНиП 41-01-2003»
  2. ГOCT 17079-88. Блоки вентиляционные железобетонные. Технические условия – М.: Стандартинформ, 2005. 8с.
  3. Ш 96. Теоретические основы вентиляции. Аэродинамика: Учебное пособие. 2-е изд., перераб. и доп. / Р.Н. Шумилов. Екатеринбург: УГТУ, 2000, 92с.
  4. Рекомендации по проектированию железобетонных крыш с теплым чердаком для жилых зданий различной этажности. Утвер. прот. ОАО «ЦНИИЭП жилища» от 25 октября 1979г. №34. 13с.
  5. ТР АВОК-5.2-2012 «Технические рекомендации по организации воздухообмена в квартирах жилых зданий», 26с.

Александр Сухов

BIM-менеджер, сертифицированный специалист Autodesk