VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Под термином «адаптивная система» понимается подстраиваемость работы системы вентиляции в зависимости от изменения количества людей и их местоположения в помещении. При этом благодаря интеллектуальному управлению воздушным потоком достигается экономия электроэнергии в любое время, особенно когда необходимость в вентиляции низкая или отсутствует вовсе, что может составлять более половины всего времени. С другой стороны, любые действия, при выполнении которых происходит загрязнение воздуха в помещении, приводят к необходимости создания большего воздухообмена для быстрого удаления загрязненного воздуха. Поэтому каждую минуту адаптивная система вентиляции обеспечивает оптимизацию потребления тепловой энергии и качества воздуха внутри помещений в полностью автоматическом режиме.

Кроме высокого качества воздуха в помещении и экономии электроэнергии, адаптивная система вентиляции обладает многочисленными косвенными преимуществами, связанными с сокращением среднего расхода воздуха:

- сокращение среднего энергопотребления за счет оптимизации загрузки вентилятора. Благодаря снижению средней скорости воздухообмена, адаптивная система вентиляции позволяет вентилятору эффективно работать с расходом воздуха ниже его максимального значения, при этом потребляя значительно меньше электроэнергии;

- менее интенсивное загрязнение фильтров, воздуховодов и вентиляционных устройств. Статистическое сокращение потока воздуха, характерное для адаптивной системы вентиляции, приводит к уменьшению общего количества частиц, которые могут заблокировать компоненты, входящие в состав системы вентиляции, что прямо пропорционально общему объему воздуха, пропущенному через систему за определенный период времени. Таким образом, можно сократить объем работ по техническому обслуживанию системы воздуховодов, а также потребление электроэнергии вентиляторами (при наличии фильтров);

- увеличение срока службы вентиляторов. Благодаря уменьшению среднегодового потока воздуха, адаптивная система вентиляции позволяет сократить время работы вентиляторов, тем самым увеличивая их срок службы. Фактически, срок службы вентилятора зависит от мощности, с которой он работает, а эта мощность имеет прямое отношение к потребности в среднем расходе воздуха, проходящего через систему вентиляции;

- больший воздухообмен для вытяжных устройств. Регулирование расхода воздуха в системе воздуховодов позволяет избежать перегрузки в результате излишней скорости потока воздуха, которая может возникать в системах вентиляции с постоянным воздухообменом. Таким образом, расход воздуха в помещениях, для которых требуется меньший объем, перераспределяется в пользу помещений с более высокой потребностью в вентиляции;

- уменьшенный размер системы воздуховодов для уменьшения площади размещения. Регулирование потока воздуха позволяет уменьшить размер системы воздуховодов вентиляции, используя тот факт, что в коллективной системе вентиляции все вентиляционные устройства не работают одновременно на максимальном уровне. Система воздуховодов может быть подобрана по размеру с учетом общего расхода воздуха, величина которого меньше суммы величин максимального воздухообмена, и уменьшена по сравнению с системами вентиляции с постоянным расходом воздуха, размер которых соответствует точной сумме потоков воздуха. Уменьшение размера приводит к получению воздуховодов меньшего размера и, следовательно, к меньшей требуемой площади размещения.

Адаптивные системы вентиляции имеют различные параметры, влияющие на расчетный расход воздуха в вентиляционных устройствах. Эти параметры должны составлять основу для автоматического регулирования:

- влажность воздуха в помещении;

- количество человек (посетителей и рабочего персонала), находящихся в помещении;

- концентрация в воздухе помещения углекислого газа;

- концентрация в воздухе помещения летучих органических соединений.

Вышеперечисленные параметры позволяют регулировать скорость изменения воздухообмена с учетом фактической потребности, поэтому выбор параметров зависит от места установки, типа и назначения помещения (характер и уровень выделяемых загрязнений). Постановка данной задачи стала возможной благодаря современным достижениям в области счётно-измерительных приборов подсчёта числа посетителей. Такие виды приборов получили большое распространение в местах коллективного пользования, таких как торговые центры, выставочные залы и т. д.

В случае адаптивной системы вентиляции контролируемым параметром является качество микроклимата, которое достигается с учетом генерируемого в помещении торгового центра (ТЦ) выделения углекислого газа посетителями и обслуживающим персоналом. Прототипом такой системы регулирования может быть система с переменным расходом воздуха, критерием работы которой является температура.

На основе маркетинговых исследований получается график заполнения помещения посетителями в течение каждого часа рабочего дня, недели, месяца, года. Данные результаты можно использовать для учёта при работе адаптивной системы вентиляции, ниже будет приведена связь результатов подсчёта людей и работы адаптивной системы вентиляции.

На рисунке представлен график, полученный в результате статистического анализа проведённого в одном из ТЦ города Воронежа. Аналогичный график может быть составлен для любого торгового центра. Кривые на графике будут зависеть от различных факторов, таких как: положение ТЦ относительно магистралей; численность людей в районе его местоположения; местоположение в городе и другое.

На графике показана заполняемость помещения людьми в течение каждого из рабочих дней недели. Заполняемость для каждого рабочего дня выделена своим цветом. За расчетное количество людей принимаем максимальное количество людей в текущий момент времени (недельные статистические данные).

Анализируя график, изображённый на рисунке, видим, что количество людей в начале работы ТЦ медленно растёт. Пик посещаемости приходится на обеденные часы, и чуть меньший пик – в конце рабочего дня (17-18 часов). В дальнейшем количество посетителей ТЦ медленно убывает.

Определим расчётный расход воздуха системы вентиляции, требуемый для данного помещения. Для этого с помощью представленного графика определим временной интервал и численное значение превышения количества посетителей над расчётным значением. В частности, для торговых залов «промтовары» нормируемая площадь на человека составляет 6 м². Расчётное количество человек для такого помещения будет определено по формуле:

.

Рисунок - Распределение по часам фактических значений посещаемости

торгового центра по дням недели

График, показанный на рисунке, был составлен для торгового зала магазина, площадь которого составляет F = 2200 m². Тогда для этого помещения расчётное количество человек составит посетителей.

На приведённом графике показана горизонтальная линия, выделенная жирным цветом, соответствующая 370 посетителям. По графику видно, что реальная заполняемость помещения в течение недели в определённые моменты времени превышает это значение в диапазоне времени с 12 до 15 часов. При этом большую часть рабочего времени заполняемость помещения составляет меньше расчётного значения, и кривые на графике находятся ниже расчетного значения. Это означает, что в определённые часы расход подаваемого воздуха будет избыточным, а в другие часы расхода воздуха не будет хватать для обеспечения санитарной нормы для посетителей.

Полученные результаты показывают, что при использовании традиционной системы вентиляции большую часть рабочего времени в помещении будет происходить завышенная подача воздуха. Приток лишнего воздуха влечёт за собой лишний расход теплоты или холода в разные периоды года, а так же перерасход электроэнергии двигателями вентиляционных установок.

Чтобы избежать лишних затрат, получаемых в таких системах, более обоснованно будет использовать систему адаптивной вентиляции. Производительность системы будет пропорциональна количеству посетителей и обслуживающего персонала, а расход воздуха в системе будет изменяться в соответствии с санитарно-гигиеническими нормами, дифференцировано по объёму помещения большой высоты.

Библиографический список

1. Баркалов, Б. В. Кондиционирование воздуха в промышленных, общественных и жилых зданиях / Б.В. Баркалов, Е.Е. Карпис. - Стройиздат, 1971.- 267с.

2. Баркалов, Б. В. Внутренние санитарно-технические устройства / под редакцией Павлова Н. Н. и Шиллера Ю. И. В. 3 ч. 3, Вентиляция и кондиционирование воздуха, Кн. 2 - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1992. - 416с.

3. Гримитлин, М. И. Выбор параметров систем воздухораспределения. - В кн. Исследование различных способов воздухообмена в производственныхпомещениях. М., 1975. - с.26-43.

4. Кувшинов, Ю. Я. Теоретические основы обеспечения микроклимата помещения -М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2007. - 96 с.

Код для цитирования: Скопировать