VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Большинство физкультурно-спортивных сооружений было построено более 20 лет назад. Они не отвечают в полной мере современным требованиям и не соответствуют мировым стандартам. В них не всегда возможно создать необходимые комфортные условия для проведения тренировок и занятий. Имеющиеся спортивные залы в должной мере не приспособлены к проведению в них современных форм оздоровительных занятий [1]. Сейчас актуальным становится строительство оздоровительных комплексов, где люди занимаются спортом, особенно важны комфортные условия микроклимата. Для создания и поддержания комфортных условий окружающей среды в спортивном зале применяются системы вентиляции и кондиционирования. Человек, занимающийся спортом, выделяет большое количество тепла, одну треть в виде явного тепла (т.е. явное повышение температуры в зале), две трети в виде, так называемого скрытого тепла, через потоотделение (т.е. в зале повышается влажность). Выделяемое организмом тепло отводится в окружающую среду благодаря совокупности трех параметров: температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха. Требования к значению данных величин во многом зависит от категории помещений. Согласно ГОСТ [2] категории помещений характерных для спортивных сооружений приведены в таблице.

Таблица

Требуемые параметры микроклимата помещений физкультурно-оздоровительных

комплексов

Период года	Наименование помещения или категория	Назначение помещений	Параметры микроклимата
			Температура, 0С		Результирующая температура, °С		Относительная влажность, %			Скорость движения воздуха, м/с
Холодный		Тип помещений	Оптимальная	Допустимая	Оптимальная	Допустимая	Оптимальная	Допустимая	Оптимальная		Допустимая
	1	Зона отдыха	20-22	18-24	19-20	17-23	45-30	60	0,2		0,3
	1	Массажные	20-22	18-24	19-20	17-23	45-30	60	0,2		0,3
	1	Диагностика (помещения для врача)	20-22	18-24	19-20	17-23	45-30	60	0,2		0,3
		Душевые	24-26	18-28	23-25	17-27	Не норм.	Не норм.	0,15		0,2
	4	Помещения для игровых видов спорта	17-19	15-21	16-18	14-20	45-30	60	0,2		0,3
	4	Тренажерный зал: -силовые нагрузки; - кардиозал; - беговые дорожки	17-19	15-21	16-18	14-20	45-30	60	0,2		0,3
	5	Гардеробная верхней одежды	20-22	20-24	19-21	19-23	45-30	60	0,15		0,2
	6	Администрация	16-18	14-20	15-17	13-19	Не норм.	Не норм.	Не норм.		Не норм.
	6	Туалеты общего пользования	16-18	14-20	15-17	13-19	Не норм.	Не норм.	Не норм.		Не норм.
	6	Технические помещения	16-18	14-20	15-17	13-19	Не норм.	Не норм.	Не норм.		Не норм.

Примечание: Для теплого периода года температура воздуха не более чем на 3 ⁰С выше расчетной температуры наружного воздуха (но не более 28 ⁰С для общественных и административно-бытовых помещений с постоянным пребыванием людей не более 33 ⁰С для указанных зданий, расположенных в районах с температурой наружного воздуха (параметры А) 25 ⁰С и выше). Относительной влажностью воздуха не более 65 % и скоростью движения воздуха не более 0,5 м/с.

Анализ данных представленных в таблице показывает, что разность значений температур в смежных помещениях физкультурно-оздоровительных комплексов может достигать четырех и более градусов при оптимальных условиях и семи градусов при допустимых условиях. Более наглядно это представлено на рисунке 1, где рассмотрена возможная схема расположения помещений физкультурно-оздоровительного комплекса и представлены значения оптимальной (рис. 1а) и допустимой (рис. 1б) температур.

	а)
	б)

Рис. 1 - Схема расположения помещений физкультурно-оздоровительного комплекса

Из рис. 1 видно, что разность температур смежных помещений может достигать нескольких градусов, что при отсутствии ограждений между ними, влияет на характер распространения воздушных потоков, что в данный момент не учитывается. Таким образом, при проектировании систем вентиляции и кондиционирования воздуха помещений физкультурно-оздоровительных комплексов следует производить предварительный анализ влияния отличающихся параметров микроклимата смежных помещений на характер движения воздушных масс. Подобный анализ удобно проводить с помощью математического моделирования вентиляционных потоков в помещении. Далее будут рассмотрены существующие методы математического моделирования, применяемые к рассматриваемой задачи.

В настоящее время, для расчета скоростных полей потоков воздуха используется метод числового моделирования на основе системы уравнений Навье-Стокса [3-5], основанный на решении уравнений:

- неразрывности:

, (1)

где ρ – плотность воздуха, кг/м³; x_i– i-я пространственная координата, м; u_i – i-компонента скорости воздуха, м/с.

- Навье-Стокса, осредненное по Рейнольдсу [4]:

, (2)

где p– давление, Па; – коэффициент диффузии для переменной u, кг/м·с; k - кинетическая энергия турбулентности, м²/с²; g – ускорение свободного падения, м/с².

Данный метод подробно рассматривался в работе [4] на примере помещения с перегородками, в результате делается вывод о том, что при увеличении высоты перегородок, скорость перемещения воздушных потоков возрастает, в то же время, высота перегородок практически не влияет на подвижность воздуха в огороженном пространстве. С помощью представленной модели [4] можно осуществить построение скоростных и температурных полей в исследуемом помещении, однако в работах [5-8] указывалось, что из-за большого количества трудоемких вычислений, данный метод определения линий тока является уязвимым с точки зрения математической строгости, а, следовательно, достоверности. В связи с этим целесообразно применение более точных методов расчета основанных на конформных отображения плоских областей.

Принцип метода конформных отображений применительно к рассматриваемой задачи был представлен в статьях [5-8], в которых рассматривается задача об определении полей скоростей и линий тока при установившемся режиме вентиляции помещений. Большой объем вычислений, связанных с пространственными задачами уменьшается за счет перехода к двумерной модели, а естественными двумерными моделями помещений являются прямоугольники с перегородками. Основной принцип конформных отображений опирается на свойство эллиптического интеграла первого рода, представленного в формуле 3 и обратной к нему функции.

(3)

Результаты применения подобного метода к моделированию воздушных потоков в помещениях можно считать близкими к реальным, а компьютерные вычисления, проведенные с помощью этого метода, используют лишь одну функцию и потому являются, по сути, аналитическими, что упрощает написание алгоритма программы расчета.

Главным минусом метода конформных отображений является возрастание погрешности расчета при увеличении вихреобразования свыше допустимых величин, определяемых для каждого конкретного случая. В связи с этим, наиболее рациональным применением метода конформных отображений является вытесняющая вентиляция, которая характеризуется низкими скоростями и не значительным вихреобразованием.

Самостоятельные системы приточной и вытяжной вентиляции предусматриваются для:

- спортивных залов и залов крытых катков;

- душевых, раздевален для занимающихся и массажных;

- служебных помещений для административного и инженерно-технического персонала, инструкторско-тренерского состава, бытовых помещений для рабочих;

- технических помещений (бойлерных и др.).

Удаление воздуха из спортивных залов и зальных помещений крытых катков, как правило, предусматривается вытяжными системами с естественным побуждением.

Компенсация вытяжки из помещений душевых осуществляется за счет дополнительного притока воздуха из помещений раздевален, куда предусматривается организованная подача воздуха в пятикратном объеме душевых, но не менее двухкратного объема раздевален. Удаление воздуха из раздевален предусматривается в двухкратном объеме через помещения душевых. В случаях, когда количество воздуха, удаляемого из душевых (с учетом помещений раздевален), превышает 10-кратный воздухообмен, разница объемов воздуха удаляется непосредственно из помещения раздевален [9,10,11].

В спортивных залах, где предусматриваются естественная приточно-вытяжная вентиляция и снижение температуры в нерабочее время, систему отопления рекомендуется устраивать из двух раздельных групп нагревательных приборов: основной, рассчитанной на постоянное поддержание температуры внутреннего воздуха +5 °С, и дополнительной, обеспечивающей доведение внутренней температуры до расчетной.

Удаление воздуха из спортивных залов и зальных помещений крытых катков с искусственным льдом, предусматриваемое вытяжными системами с естественным побуждением, рекомендуется осуществлять, используя обычные вентиляционные шахты, устанавливаемые непосредственно на кровле зала. Вытяжные шахты оборудуются утепленными клапанами с электроподогревом и дистанционным управлением, а также поддонами для сбора и удаления конденсата. К клапанам и поддонам обеспечивается удобный доступ обслуживающего персонала. Размеры внутреннего сечения шахт определяются по расчету с учетом гравитационного и ветрового напора и давления, создаваемого приточной вентиляцией [11].

Неорганизованную подачу наружного воздуха в спортивные залы при проектировании естественной приточно-вытяжной вентиляции рекомендуется осуществлять, используя в качестве приточных устройств открывающиеся фрамуги в нижней и верхней частях витражей.

В случае если раздевалки для занимающихся (с душевыми при них) объединены с другими помещениями общей системой приточной вентиляции с расчетной температурой приточного воздуха ниже +25 °С, то для них предусматривается зональный подогреватель. Если же температура приточного воздуха в системе равна +25 °С (т.е. расчетной для раздевален), то на воздуховоде в раздевальне зональный подогреватель не предусматривается, а для остальных помещений, требующих более низкой расчетной температуры воздуха в холодный период года, расчетную величину теплопотерь на отопление этих помещений уменьшают на величину перегрева приточного воздуха [11,12,13].

Систему вытяжной вентиляции из санитарных узлов и курительных допускается объединять с системой вытяжной вентиляции из душевых.

Анализ данных представленных в таблице показывает, что разность значений температур в смежных помещениях физкультурно-оздоровительных комплексов может достигать четырех и более градусов при оптимальных условиях и семи градусов при допустимых условия, что затрудняет прогнозирование развития вентиляционных потоков в смежных помещениях. В связи с этим становится актуальным разработка новых математических моделей развития воздушных потоков в помещениях различного назначения.

Библиографический список

1. Холзер, А.Н. Технология формирования условий проведения занятий и повышение их оздоровительной эффективности в крытых физкультурно-спортивных сооружениях : автореф. дис. … д-р пед. наук : 13.00.04, 14.00.51: защищена 30.06.09 / Анна Николаевна Холзер. – М., 2009. – 49 с.

2. ГОСТ 30494-2011. Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях. – Введ. 2013-01-01. – М.: Издательство стандартов, 2013. – 28 с.

3. Мелькумов, В.Н. Динамика формирования воздушных потоков и полей температур в помещении / В.Н. Мелькумов, С.Н. Кузнецов // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. - 2008. - №4. – С. 172-178.

4. Скляров, К.А. Двухмерное стационарное движение воздушного потока в помещениях с перегородками / К.А. Скляров, А.В. Черемисин, С.П. Павлюков // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. – 2008. – №1(9). – С. 118 – 123.

5. Лобода, А.В. Использование метода конформных отображений для определения полей скоростей воздушных потоков в задачах вентиляции/ А.В. Лобода, С.Н. Кузнецов // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. – 2011. - №1(21). – С. 15 – 21.

6. Лобода, А.В. Определение скоростных полей воздушных потоков в вентилируемых помещениях с помощью конформных отображений / А.В. Лобода, С.В. Чуйкин // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. – 2012. – №4(28). – С. 23-31.

7. Чуйкин, С.В. Применение конформных отображений при решении задач вытесняющей вентиляции / С.В. Чуйкин, Р.А. Люльков // Научный журнал. Инженерные системы и сооружения. – 2013. – №1(10). – С. 29-36.

8. Мелькумов, В.Н. Организация воздухораспределения крытых многофункциональных ледовых арен / В.Н. Мелькумов, С.В. Чуйкин // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. – 2012. - №3(27). – С. 29-36.

9. Колосов, А.И. Математическое моделирование процесса реструктуризации городских систем газоснабжения низкой ступени давления / А.И. Колосов, М.Я. Панов // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. – 2013. - №2(30). – С. 34-41.

10. Chuykin, S.V. Determination of velocity fields of air streams in ventilated rooms with conformal mappings / S.V. Chuykin, A.V. Loboda // Scientific Herald of the Voronezh State University of Architecture and Civil Engineering. Construction and Architecture. - 2013. - №3. - Pp.39-51.

11. Melkumov, V.N. Organization of air distribution of covered multipurpose ice rinks / V.N. Melkumov, S.V. Chuykin // Scientific Herald of the Voronezh State University of Architecture and Civil Engineering. ConstructionandArchitecture. - 2013. - №3. - Pp. 17-28.

12. Плаксина, Е.В. Анализ методов организации микроклимата в спортивно-оздоровительных помещениях / Е.В. Плаксина, О.С. Замерина, Е.М. Бобрешов, А.А. Шевцов // Научный журнал. Инженерные системы и сооружения. – 2013. - №3 (12). – С. 70-78.

13. Справочное пособие к СНиП 2.08.02-89. Проектирование спортивных залов, помещений для физкультурно-оздоровительных занятий и крытых катков с искусственным льдом. – М.: ЦНИИЭП им. Мезенцева, 1991. – 119 с.

Код для цитирования: Скопировать