Please use this identifier to cite or link to this item:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7919| Title: | Підвищення енергетичної ефективності систем вентиляції та кондиціювання громадських будівель |
| Authors: | Калейніков, Геннадій Євгенійович Ємець, Валентин Станіславович |
| Keywords: | вентиляція;енергоефективність |
| Issue Date: | 30-Jan-2024 |
| Abstract: | Об'єктом дослідження є системи вентиляції та кондиціювання громадських та адміністративних будівель з витратою повітря від 1000 м3/год та вище. Предмет дослідження – способи підвищення енергетичної ефективності систем вентиляції та кондиціювання. Методи дослідження включали узагальнення відомих наукових та технічних результатів, теоретичні розрахунки, лабораторні та досліднопромислові дослідження, обробка отриманих експериментальних даних. Метою роботи є розробка нових технічних рішень на основі теплофізичного дослідження та аналізу існуючих технологій, що дозволяє підвищити енергетичну та економічну ефективність систем вентиляції та кондиціонування будівель. Для досягнення поставленої мети у роботі вирішувалися такі задачі: - аналіз існуючих способів підвищення ефективності систем вентиляції та кондиціювання; - визначення впливу параметрів зовнішнього повітря, режиму роботи рекуператора на ефективність системи вентиляції з рекуперацією тепла; 6 - пропозиція нової схеми припливно-витяжної вентиляції, що дозволяє підвищити енергетичну та економічну ефективність систем вентиляції та кондиціювання повітря; - розробка методики, що дозволяє порівнювати способи підвищення ефективності систем вентиляції та кондиціювання повітря. |
| URI: | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7919 |
| Appears in Collections: | 144 Теплоенергетика (Теплоенергетика) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| ємець.pdf Restricted Access | 2.06 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Черкаський державний технологічний університет
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
Кафедра Енерготехнологій
„ЗАТВЕРДЖУЮ”
Завідувач кафедри Енерготехнологій
_______________ Геннадій КАЛЕЙНІКОВ
“___” ___ 2023 р.
МАГІСТЕРСЬКА КВАЛІФІКАЦІЙНА РОБОТА
на тему:
«ПІДВИЩЕННЯ ЕНЕРГЕТИЧНОЇ ЕФЕКТИВНОСТІ
СИСТЕМ ВЕНТИЛЯЦІЇ ТА КОНДИЦІЮВАННЯ
ГРОМАДСЬКИХ БУДІВЕЛЬ»
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
код роботи МКР 23.144.07 ПЗ
Спеціальність 144 - Теплоенергетика
Виконавець роботи:
_________________________Ємець Валентин Станіславович __________________
(підпис, дата)
Науковий керівник:
_________________Калейніков Г.Е., к.т.н., доц._______________________
(підпис, дата)
Рецензент:
________________________________________________________________
(підпис, дата)
Черкаси, 2023 р.
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Черкаський державний технологічний університет
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
Кафедра Енерготехнологій
„ЗАТВЕРДЖУЮ”
Завідувач кафедри Енерготехнологій
________________ Геннадій КАЛЕЙНІКОВ
“____” _____ 2023 р.
ЗАВДАННЯ
до магістерської кваліфікаційної роботи___Ємець Валентин Станіславович__________
(прізвище, ім’я та по-батькові студента)
1. Тема «Підвищення енергетичної ефективності систем вентиляції та
кондиціювання громадських будівель»
затверджена наказом ректора університету від “____”____. 2023 р., №__________
2. Термін здачі студентом завершеної роботи __10.12.2023__________________________
3. Вихідні дані: _система вентиляції громадської будівлі
4. Перелік питань, які повинні бути розроблені в роботі:
- постановка завдання дослідження
- математичне моделювання процесу теплообміну в регенеративному
повітропідігрівачі в середовищі ansys
- розробка гібридної системи вентиляції
- техніко-економічне обґрунтування гібридної системи вентиляції
5. Перелік графічного матеріалу
6. Консультанти з роботи з зазначенням розділів роботи, які їх стосуються
Підпис, дата
Розділ Консультант завдання видав завдання прийняв
Розділи 1-3 Калейніков Г.Е.
ОП та безпека в НС Цікановський В.Л.
Нормоконтроль
7. Дата видачі завдання “_____”______. 20____ р.
Керівник _____________________
Завдання прийняв до виконання _________________
2
ЗМІСТ
ВСТУП
1. ПОСТАНОВКА ЗАВДАННЯ ДОСЛІДЖЕННЯ
1.1. Структура тепловтрати в багатоповерхових будинках
1.2. Способи економії витрат систем вентиляції
1.3. Забезпечення роботи систем вентиляції при негативних
температурах зовнішнього повітря.
2. МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСУ
ТЕПЛООБМІНУ В РЕГЕНЕРАТИВНОМУ
ПОВІТРОПІДІГРІВАЧІ В СЕРЕДОВИЩІ ANSYS
2.1. Геометричний аналіз теплообмінника
2.2. Побудова моделі теплообмінника в Autodesk Revit
2.3. Вивчення роботи теплообмінника при низьких температурах
зовнішнього повітря
3. РОЗРОБКА ГІБРИДНОЇ СИСТЕМИ ВЕНТИЛЯЦІЇ
3.1. Аналіз роботи системи вентиляції з рециркуляцією повітря
3.2. Адаптація сучасних технологій знезараження повітря
для використання рециркуляційних установках
3.3. Розробка гібридної енергоефективної системи вентиляції з
одночасним забезпеченням якості повітря
4. ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНЕ ОБҐРУНТУВАННЯ ГІБРИДНОЇ
СИСТЕМИ ВЕНТИЛЯЦІЇ
4.1. Розробка заходів щодо економії теплової енергії
4.2. Розрахунок економічної привабливості варіантів систем
вентиляції
5. БЖД
ВИСНОВКИ
ЛІТЕРАТУРА
МКР 23.144.07 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Ємець В.С. Літ. Арк. Акрушів
Зміст
Перевір. Калейніков Г.Є.
Реценз. магістерської роботи
Н. Контр. ЧДТУ, МТЕ-88
3
Затверд. Калейніков Г.Є.
ВСТУП
Актуальність теми. У сучасних громадських та виробничих будинках
витрата тепла на вентиляцію нерідко становить 60-80 % від загальної
витрати тепла на всі інженерні системи. Зі зростанням вимог до тепловтрат
через огороджувальні конструкції, вимоги до тепловтрат, пов'язаних з
нагріванням припливного повітря, не посилюються, що призводить до
істотного перерозподілу структури теплоспоживання будівлі. Тому
пріоритетним напрямом підвищення енергетичної ефективності будівель і
споруд є заходи, пов'язані зі зниженням витрати енергії, що витрачається
на нагрівання припливного повітря, що особливо актуально для районів з
тривалим опалювальним періодом.
Тепло, що використовується на підігрів припливного повітря в
громадських та виробничих будинках, безповоротно губиться в
навколишнє середовище з витяжним повітрям.
Існуючі способи економії витрат на вентиляцію будівель та споруд
полягають у утилізації тепла витяжного повітря [1]. Найчастіше в сучасних
системах застосовують досить дорогі рекуперативні установки на базі
пластинчастих та роторних теплообмінників, які дозволяють
використовувати тепло витяжного повітря для нагрівання припливного.
Основний недолік застосування систем вентиляції з рекуперацією
тепла в умовах України – обмерзання пластин теплообмінної поверхні в
холодний період, що відбувається при негативних температурах
зовнішнього повітря. Це є причиною зниження їх ефективності і як
наслідок призводить до незадовільної роботи системи вентиляції та
збільшення витрат на її експлуатацію.
Одним з простих і дешевих способів підвищення енергетичної
ефективності сучасних систем вентиляції є використання способу
рециркуляції тепла повітря, що йде з одночасним контролем і управлінням
4
якості повітря в приміщенні, а також з знезараженням шкідливих домішок
за допомогою фільтра.
Зниження експлуатаційних витрат у запропонованому технічному
рішенні досягається за допомогою автоматизованої системи вентиляції, що
дозволяє регулювати кількість повітря, що підмішується і подається в
приміщення в міру необхідності, в той час як в установці з рекуперацією
тепла воно є постійним.
Пропонований спосіб підвищення енергетичної ефективності систем
вентиляції та кондиціювання повітря полягає у використанні як рекуперації
тепла, так і рециркуляції повітря. Дана схема дозволяє максимально
знизити витрати на експлуатацію систем вентиляції та кондиціювання
повітря.
Об'єктом дослідження є системи вентиляції та кондиціювання
громадських та адміністративних будівель з витратою повітря від 1000
м3/год та вище.
Предмет дослідження – способи підвищення енергетичної
ефективності систем вентиляції та кондиціювання.
Методи дослідження включали узагальнення відомих наукових та
технічних результатів, теоретичні розрахунки, лабораторні та дослідно-
промислові дослідження, обробка отриманих експериментальних даних.
Метою роботи є розробка нових технічних рішень на основі
теплофізичного дослідження та аналізу існуючих технологій, що дозволяє
підвищити енергетичну та економічну ефективність систем вентиляції та
кондиціонування будівель.
Для досягнення поставленої мети у роботі вирішувалися такі задачі:
- аналіз існуючих способів підвищення ефективності систем
вентиляції та кондиціювання;
- визначення впливу параметрів зовнішнього повітря, режиму роботи
рекуператора на ефективність системи вентиляції з рекуперацією тепла;
5
- пропозиція нової схеми припливно-витяжної вентиляції, що дозволяє
підвищити енергетичну та економічну ефективність систем вентиляції та
кондиціювання повітря;
- розробка методики, що дозволяє порівнювати способи підвищення
ефективності систем вентиляції та кондиціювання повітря.
6
РОЗДІЛ 1 ПОСТАНОВКА ЗАВДАННЯ
ДОСЛІДЖЕННЯ
МКР 23.144.07 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Ємець В.С. Літ. Арк. Акрушів
Постановка завдання
Перевір. Калейніков Г.Є.
Реценз. дослідження
Н. Контр. ЧДТУ, МТЕ-88
7
Затверд. Калейніков Г.Є.
РОЗДІЛ 1 ПОСТАНОВКА ЗАВДАННЯ ДОСЛІДЖЕННЯ
1.1. Структура тепловтрати в багатоповерхових будинках
В даний час система вентиляції є основним споживачем теплової
енергії у будівлі. Найбільш очевидним це є в громадських та
адміністративних будинках, де найчастіше використовується припливно-
витяжна система вентиляції (рис. 1.1).
Рисунок 1.1 – Структура розподілу навантажень з прикладу ТРЦ
Pioneer (м. Київ)
З 1995 року в нашій країні проводилися заходи, пов'язані зі зниженням
величини питомої річної витрати енергетичних ресурсів будівель, в
основному за рахунок підвищення теплозахисту та оптимізації
авторегулювання та обліку теплоспоживання на опалення як найменш
витратних на сьогодні енергозберігаючих заходів. З 2016 р. питома річна
витрата теплової енергії на опалення та вентиляцію багатоквартирного
будинку становить 70 кВт/м2 з наступним співвідношенням тепловтрат:
• тепловтрати через непрозорі огороджувальні конструкції – 25 %;
• тепловтрати через світлопрозорі огороджувальні конструкції – 17%;
8
• тепловтрати, пов'язані з нагріванням повітря – 58 %.
Як показує структура тепловтрат багатоповерхової будівлі (рис. 1.2)
пріоритетним напрямом скорочення витрати енергетичних ресурсів є
заходи, пов'язані зі зниженням витрати енергії, що витрачається на
нагрівання припливного повітря, що особливо актуально для районів із
тривалим опалювальним періодом (наприклад, для Київської області
кількість днів опалювального) періоду складає 176 [2]).
200
180
160
140
1
120
2
100
3
80
60
40
20
0
1994 рік 2000 рік 2016 рік
1 - тепловтрати, пов'язані з нагріванням припливного повітря, 2 - тепловтрати через
світлопрозорі огороджувальні конструкції, 3 - тепловтрати через непрозорі
огороджувальні конструкції.
Рисунок 1.2 – Структура тепловтрат багатоповерхового житлового
будинку
На рисунку 1.3 представлена принципова схема припливно-витяжної
системи вентиляції без заходів щодо енергетичної ефективності.
9
1 – припливний вентилятор, 2 – витяжний вентилятор, 3 – повітряний клапан, 4 – фільтр
грубого очищення, 5 – калорифер, 6 – датчик температури, 7 – шумоглушник.
Рисунок 1.3 – Типова припливно-витяжна система вентиляції
будівель
Мета припливно-витяжної вентиляції у забезпеченні повітрообміну за
рахунок руху повітря у двох напрямках – надходження свіжого та витяжка
відпрацьованого повітря, яке здійснюється за рахунок припливного (1) та
витяжного (2) вентиляторів. Вимикається система вентиляції за допомогою
повітряних клапанів (3), встановлених на припливному та витяжному
повітроводах. Для запобігання потраплянню в систему пилу
використовується фільтр грубої очистки (4). При експлуатації вентиляції в
холодний період часу необхідно підігрівати холодне повітря припливу до
комфортної температури електричним або водяним калорифером (5),
потужність якого регулюється в залежності від температури повітря після
нього (6). Під час роботи вентилятора утворюється відчутний гул, який
пригнічується шумоглушниками (7).
У цій системі вентиляції все тепло, що використовується на підігрів
припливного повітря, безповоротно втрачається в навколишнє середовище з
витяжним повітрям, що є неефективним використанням теплової енергії та
економічно невигідно.
10
1.2. Способи економії витрат систем вентиляції
Існуючі способи економії витрат на вентиляцію будівель та споруд
полягають у утилізації тепла витяжного повітря [1]. Одним із
високотехнологічних агрегатів, що забезпечують енергозбереження, є
рекуперативні теплообмінники, які дозволяють використовувати тепло
витяжного повітря для припливного нагрівання (рис. 1.4). В даний час і в
найближчому майбутньому вони, ймовірно, залишаться предметом імпорту,
оскільки їх виготовлення на сучасному рівні вимагає впровадження дорогих
автоматизованих ліній, що реалізують замкнутий цикл комп'ютерного
проектування та виробництва.
1 – припливний вентилятор, 2 – витяжний вентилятор, 3 – повітряний клапан, 4 –
фільтр грубого очищення, 5 – калорифер, 6 – датчик температури, 7 – шумоглушник.
Рисунок 1.4 – Припливно-витяжна система вентиляції з рекуперацією
тепла
Крім використання у складі централізованих вентиляційних агрегатів,
великий практичний інтерес рекуперативні теплообмінники являють собою
як найбільш доступний засіб впровадження енергозберігаючих технологій
при реконструкції існуючих систем вентиляції шляхом здійснення обміну
теплом між припливом і витяжкою. Установка рекуперативного
11
теплообмінника при цьому можлива без заміни основних вузлів існуючої
системи.
Аналіз стану виробництва та застосування теплоутилізаційного
обладнання вказує на тенденцію переважного використання двох типів
утилізаторів теплоти витяжного повітря: пластинчастих рекуперативних
(рис. 1.5, а), регенеративних, що обертаються (рис. 1.5, б).
а – пластинчатий рекуперативний теплообмінник
б – регенеративний теплообмінник, що обертається
Рисунок 1.5 – Утилізатори теплоти витяжного повітря
12
Найбільш перспективними є регенеративні теплообмінники, що
обертаються, з наступних причин:
а) завдяки тому, що процес тепломасообміну здійснюється по великій
питомій поверхні насадки, що використовується, агрегат в цілому має
мінімальні габарити, що дозволяє економити площу приміщення для
розміщення обладнання;
б) регулювання швидкості обертання ротора дозволяє керувати
загальною ефективністю рекуператора;
в) наявність вологообміну між припливом та витяжкою.
На рис. 1.6 представлено конструктивне виконання роторного
теплообмінника.
1
2
4
3
Рисунок 1.6 – Конструктивне виконання роторного теплообмінника
13
Ротор забезпечений насадкою (1), що має високу теплоємність, яка при
використанні протиточної системи поперемінно нагрівається і
охолоджується тепловиділяючим і теплопоглинаючим повітряними
потоками. Теплоутилізуюча насадка утворена вузькими трикутними
каналами, виготовленими з тонкої фольги (2). Товщина насадки (у
напрямку повітряних потоків) зазвичай становить 200 мм, висота
повітряних каналів (рис. 1.7) – від 1,8 до 2,4 мм. При такому геометричному
співвідношенні в повітряних каналах утворюється ламінарний перебіг.
Товщина фольги зазвичай становить 0,06-0,2 мм (рис. 1.7). Приводиться у
обертання установка за допомогою електродвигуна (3) через редуктор та
ремінну передачу (4). Роторні теплообмінники можуть володіти
ефективністю від 60 до 85 % і мати втрату напору по припливу та витяжці
від 75 до 500 Па.
Рисунок 1.7 – Геометричні параметри повітряних каналів
Економічна обгрунтованість застосування рекуператорів більш ніж
очевидна за умов щодо українського клімату, оскільки вона безпосереднім
образів залежить від температурного розмаїття. Чим більша різниця
температур повітря зовні і всередині будівлі, тим більший економічний
ефект, що досягається. Єдиною видимою перешкодою до їх широкого
14
впровадження є небезпека обмерзання пластин теплообмінної поверхні за
температури зовнішнього повітря нижче 0 °С. Це є причиною зниження їх
ефективності і, як наслідок, призводить до незадовільної роботи системи
вентиляції та збільшення витрат на її експлуатацію (рис. 1.8).
70
60
50
40
30
20
10
0
-26 -19 -15 -10 -6 -3
Температура приточного повітря, °С
Рисунок 1.8 – Ефективність рекуперації тепла за різних значень
температури припливного повітря
У процесі рекуперації тепла припливне повітря нагрівається, а
віддалений охолоджується. При цьому відбувається збільшення відносної
вологості у витяжному повітрі до стану насичення, після чого починається
інтенсивна конденсація надлишкової вологи. В результаті відповідним
чином зменшується абсолютний вміст вологи. При подальшому
охолодженні нижче температури замерзання має місце кристалізація
конденсованої вологи. Це призводить з одного боку до суттєвого підвищення
ефективності теплообміну за рахунок прихованої теплоти випаровування, з
іншого боку може спостерігатися зниження теплопередачі за рахунок шару
рідини, що формується на поверхні пластин, а також зменшення живого
перерізу повітряних каналів, що, у свою чергу, призводить до збільшення
втрат статичного тиску. У випадках коли припливне повітря має досить
низьку температуру, конденсат, що накопичується всередині
15
теплообмінника, замерзає, закупорюючи частково або повністю повітряні
канали на стороні витяжки.
1.3. Забезпечення роботи систем вентиляції при негативних
температурах зовнішнього повітря.
Дослідження останніх років у галузі створення нових та вдосконалення
існуючих теплоутилізаційних установок систем вентиляції та
кондиціювання повітря вказують на виразну тенденцію необхідності
розробки нових конструктивних рішень рекуператорів, вирішальним
моментом при виборі яких є можливість забезпечення режимів ефективної
та безаварійної роботи установки в умовах конденсації вологи при
негативних температурах зовнішнього повітря [3].
Температура зовнішнього повітря, починаючи з якої спостерігається
утворення інею в каналах витяжного повітря, залежить від наступних
факторів: температури і вологості повітря, що віддаляється, відношення
витрат припливного і повітря, що видаляється, швидкості обертання
теплообмінника.
Для запобігання обмерзанню пластин теплообмінника в холодний
період використовуються наступні заходи:
а) попередній підігрів припливного повітря вище температури
промерзання додатковими електричними нагрівачами або калориферами,
що призводить до зниження ефективності установки в 1,5-2 рази [4].
б) регулювання масового відношення повітряних потоків на притоці та
витяжці. При зменшенні кількості холодного припливного повітря можна
досягти умов, за яких кількість тепла, що асимілюється, не призводить до
переохолодження порівняно великої кількості теплого повітря, що
видаляється, і, відповідно, до обмерзання теплообмінника. Однак, для
досягнення цього ефекту масове відношення повітряних потоків, як
16
правило, повинно не перевищувати 0,5, так як на витяжці повітря, що
видаляється, завжди значно холодніше у вихідному перерізі в порівнянні з
вхідним. Тим не менш, цей захід використовується досить часто, оскільки в
будь-якому випадку доцільним є встановлення байпасу, що дозволяє в літній
період регулювати параметри повітря на притоці. З огляду на це додаткові
витрати виявляються невеликі, будучи пов'язані лише з необхідністю
використання відповідних засобів автоматизованого контролю та органів
управління;
в) розморожування теплообмінників. Спосіб розморожування
теплообмінників передбачає можливість їх обмерзання з подальшим
розморожуванням шляхом відповідного перемикання режимів роботи.
Досягши певної міри обмерзання теплообмінника відбувається відключення
припливу. В результаті через теплообмінник проходить тільки тепло, що
видаляється, з боку витяжки, за рахунок чого теплообмінник
розморожується. Найкращим у разі є управління за величиною перепаду
статичного тиску за витяжки.
Слід зазначити, що ці технічні рішення неефективні з енергетичної
точки зору, а загальна ефективність рекуперації при їх використанні різко
падає.
В даний час залежності швидкості утворення снігу та його відтавання в
каналах теплообмінника від параметрів припливного та витяжного повітря
та режиму роботи установки глибоко не вивчені, що перешкоджає оцінці
реальної економічної вигоди від використання рекуператорів у системах
вентиляції та кондиціювання [5, 6, 7].
У зв'язку з цим завданням цього дослідження є:
- визначення впливу параметрів зовнішнього повітря, режиму роботи
рекуператора на ефективність системи вентиляції з рекуперацією тепла;
- пропозиція нової схеми припливно-витяжної вентиляції, що дозволяє
підвищити енергетичну та економічну ефективність систем вентиляції та
кондиціювання повітря;
17
- розробка методики, що дозволяє порівнювати способи підвищення
ефективності систем вентиляції та кондиціювання повітря.
18
РОЗДІЛ 2 МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ
ПРОЦЕСІВ ТЕПЛООБМІНУ В
РЕГЕНЕРАТИВНОМУ ПОВІТРОПІДІГРІВАЧІ В
СЕРЕДОВИЩІ ANSYS
МКР 23.144.07 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Ємець В.С. Математичне моделювання Літ. Арк. Акрушів
Перевір. Калейніков Г.Є.
процесів теплообміну в регене-
Реценз.
Н. Контр. ративному повітропідігрівачі ЧДТУ, МТЕ-88
Затверд. 19
Калейніков Г.Є.
РОЗДІЛ 2 МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСІВ
ТЕПЛООБМІНУ В РЕГЕНЕРАТИВНОМУ ПОВІТРОПІДІГРІВАЧІ В
СЕРЕДОВИЩІ ANSYS
2.1. Геометричний аналіз теплообмінника
З метою визначення реальної ефективності регенеративного
повітряно-повітряного теплообмінника в умовах України з низькими
температурами зовнішнього повітря в холодний період часу та складання
рекомендацій щодо його режиму роботи виконано чисельне моделювання
роторного регенератора в середовищі ANSYS. Очевидно завдання вирішити
неможливо через обмеженість обчислювальних потужностей на
сьогоднішній день, тому було виконано ряд спрощень реального
теплообмінника для можливості проведення його моделювання.
Перше спрощення полягає у використанні зменшеної копії реальних
геометричних розмірів теплообмінного апарату (рис. 2.1).
а – тривимірний вигляд теплообмінника
20
б – повздовжній розріз в центрі теплообмінника в – геометричні характеристики одного
повітряного каналу;
Рисунок 2.1 – Геометрія теплообмінника, використовувана для його
моделювання
Геометрія теплообмінника включає в себе кілька тіл: чотири
напівцилінда (1.1-1.4), насадку для передачі тепла від приточного повітря
витяжному (2). У напівциліндр 1.1 подається приточне повітря, проходить
через насадку (2) і вже нагрітий тепло витяжного повітря потрапляє в солід
1.2. Противотоком холодного повітря подається в теплообмінник (2) гаряче
повітря з приміщення через тіло 1.3, далі віддає своє тепло насадці і
виходить у півциліндр 1.4. Радіус півциліндрів становить 1,9 мм, що
відповідає рівному радіусу теплообмінника, а довжина 50 мм для
рівномірної подачі повітря в канали насадки і рівномірного перемішування
на виході з неї. Довжина насадки моделі обумовлена оптимальним
співвідношенням ефективності рекуператора до його аеродинамічному
співпротивленню і становить 200 мм, що відповідає найбільш розподіленій
довжині каналів більшості виробників подібного обладнання. Цей розмір
представлений оригінальним, так як у значній мірі впливає на ефективність
теплообмінника. Розміри каналів і товщина алюмінієвої стінки між ними
(рис. 2.1, в) відповідають середнім, оптимальним розмірам наявного
21
обладнання і не підтримуються змінами в моделі для збереження режиму
течії повітря і теплообміну між повітрям і алюмінієвими стінками насадки.
Спрощення геометричної форми полягає в кількості каналів, зменшених на
216, і дозволяє проводити моделювання з використанням сучасної
комп’ютерної техніки. Такому кількості каналів відповідає відповідний
діаметр насадки 3,6 мм, в той час як діаметри існуючих теплообмінників
змінюються від 500 до 6000 мм з продуктивністю 100÷200000 м3/ч.
Спрощення геометричної насадки обґрунтовано тим, що в сучасному
обладнанні зі зміною продуктивності теплообмінника змінюється його
діаметр і кількість каналів, а довжина і габаритні розміри самих каналів
залишаються без змін.
2.2. Побудова моделі теплообмінника в Autodesk Revit
Побудова трьохвимірної моделі досліджуваного об'єкта створено в
програмному комплексі інформаційного моделювання Autodesk Revit, після
чого імпортовано в ANSYS Workbench для побудови сітки. Проект
Workbench складається з двох елементів, які використовуються для імпорту
та редагування геометричних елементів (Geometry) і створення сіток (Mesh)
(рис. 2.2).
Рисунок 2.2 – Проект Workbench
В елементі Geometry крім імпорту з Revit геометричні елементи
розділені на 5 інших елементів, які від іншого тел для подальшої можливості
моделювання нестаціонарної насадки з каналами зі стаціонарними
напівциліндрами, між якими повітря не повинно змішуватися. Елемент
22
Mesh необхідний для створення сітки, задання входів і виходів приточного і
витяжного повітря, а також матеріалу солідів. Параметри цього елемента
представлені на рисунку 2.3.
а - вікно Outline б – вікно Details of «Mesh» з налаштуванням сітки
Рисунок 2.3 – Вікна елемента Mesh з налаштуваннями
У вікні Outline у вітрі Geometry (рис. 2.3, а) відображається інформація
про соліди геометрій. Тіла поліциліндра 1.1-1.4 відповідають
напівциліндрам 1.11.4 для входу і виходу повітря з теплообмінника (рис.
2.2), тому в їх властивостях заданий матеріал Fluid. Кожній грані цих
чотирьох тіл присвоєно імена для подальшого їх використання при
моделюванні. Тіло насадки (позиція 2 на рис. 2.2) складається з 216 солідів,
відповідних повітряним каналам, яким заданий матеріал Fluid, і одного
23
соліда зі властивостями матеріалу Solid, що відповідає алюмінієвій фользі,
що відокремлює канали друг від друга.
У вікні налаштувань сітки Details of «Mesh» (рис. 2.3, б) у вкладці
Defaults для параметра Physics Preference вибрано режим CFD, так як
завдання відноситься до класу числової гідродинаміки. У якості розмірної
функції вибрано Adaptive, для параметра Relevance Center заданий режим
Fine для створення більш густої сітки. Інші параметри параметрів у вкладці
Деталі «Mesh» залишилися за замовчуванням. Для оптимізації сітки, а, слід,
і розрахунків, окремим граням геометрії задані різні розміри елементів сітки
(рис. 2.3, а): всім тілам по довжині присвоєно значення 3 мм, пертину
напівциліндрів і насадці 0,2 мм. Таким чином, загальне число елементів
сітки моделі склало 3 823 074 (рис. 2.3, б).
Друге спрощення полягає в моделюванні теплообмінного апарату в
кількох етапах. Першим етапом є моделювання теплообміну установки без
урахування вологості повітря і обмеження каналів, граничними умовами, в
яких є швидкість обертання ротора і температура зовнішнього повітря.
Результатом стане визначення оптимальних оборотів насадки і залежності
температури витяжного і приточного повітря на виході з теплообмінника, а
також алюмінієвої насадки від температури приточного повітря на вході в
нього. Другий етап – моделювання обмежування умовних каналів за
температурою стінки за насадженням, граничними умовами, в якому
виконується графік зміни температури алюмінієвої стінки, отриманої на
попередньому етапі, і температури витяжного повітря. Ціль цього кроку є
визначення залежності замерзання конденсованої вологи з гарячого повітря
від температури зовнішнього холодного повітря та вологості повітря в
приміщенні, а також встановлення часу освітлення льоду в каналі та його
відведення для складання рекомендацій щодо режиму роботи теплообмінної
установки.
Перший етап моделювання починається з імпортування раніше
створеної та підготовленої сітки в програмний комплекс CFD ANSYS Fluent.
24
Задача нестаціонарна, тому у вкладці Setup, General в параметрі Time
прапорець встановлено в режимі Transient. Моделі, які використовуються у
Fluent, складаються з Energy для розрахунку теплопередачі та Standart k-e
для моделювання турбулентного потоку повітря в каналах. Хоча в каналах
насадки режиму течії повітря ламінарний, при обертанні ротора
теплообмінника деякі з них потрапляють на межу розділу напівциліндрів і
одночасно знаходяться як на витяжній стороні, так і навпроти, внаслідок
чого в них виникає турбулентний потік повітря, що впливає на загальну
теплообмінну установку. У дереві параметрів у гілці Setup, Cell Zone
Conditions усім тілам повітряних каналів (nasadka-air.1-216) і алюмінієвої
стінки між ними (nasadka-al) для їх обертання параметрів навколо своєї осі
включено Mesh Motion, а в рядку Speed (rad /s) встановлено значення
швидкості (рис. 2.4).
Граничними умовами при моделюванні теплообміну в насадці
рекуператора є швидкість обертання повітря в каналі і температура
зовнішнього повітря, які задаються в гілці Setup, Boundary Conditions (рис.
2.5).
25
Рисунок 2.4 – Завдання швидкості обертання ротора теплообмінника
Рисунок 2.5 – Завдання граничних умов
Зони a_cold_1, a_hot_1 є входами холодного та гарячого повітря
відповідно і мають тип velocity-inlet. Швидкість цим зонам задана однакова
2.3 м/с і відповідає швидкості повітря в каналі 3 м/с, тобто моделювання
проводиться при однакових витратах припливного та витяжного повітря.
Швидкість у каналі 3 м/с є оптимальною з точки зору балансу ефективності
установки, яка збільшується зі збільшенням швидкості, аеродинамічного
опору, що має зворотну залежність. Температура гарячого витяжного
повітря є постійною величиною і дорівнює 24 °С, оскільки визначається
найбільш комфортною для перебування людей в приміщенні. Температура
холодного повітря визначається в діапазоні від -37 °С до +8 °С, що
відповідає мінімальній та максимальній температурам за опалювальний
період у м. Красноярську [8]. Зони a_cold_4, a_hot_4 є виходами повітря з
теплообмінника, тому їм надано тип pressure-outlet.
Всі інтерфейси між тілами, створені автоматично при імпорті сітки в
Fluent, видалені, і створено два нових, що поєднують повітряні канали з
26
напівциліндрами з обох боків теплообмінника. Так як при автоматичному
створенні інтерфейсів сітки створюються зони між тілами, потрібно
змінити тип цих зон на wall, що належать до віддалених інтерфейсів.
У гілці налаштувань програми Run Calculation розмір тимчасового
кроку визначається в діапазоні 0,1÷0,03 залежно від частоти обертання
ротора. Чим більша кількість обертів насадки, тим менший тимчасовий
крок. Кількість ітерацій в одному часовому інтервалі вибрано 7.
Досвідченим шляхом встановлено оптимальну кількість ітерацій при
моделюванні – 3 000÷4 000, дві третини з яких необхідні для виходу
теплообмінника, що обертається, на номінальний режим роботи, а остання
одна третина ітерацій моделювання проводилася в усередненому режимі
Коректніших результатів. Графік збіжності однієї з розрахунків
представлений на рисунку 2.6.
Рисунок 2.6 – Графік збіжності моделювання теплообміну насадки, що
обертається.
На рисунку 2.7 представлено середнє за часом обертання ротора поле
швидкостей, на якому швидкість повітря в каналі змінюється від 0 до 4,67
27
м/с від периферії до центру каналу і відповідає заданій середньої швидкості
потоку в перерізі каналу 3 м/с.
Рисунок 2.7 – Поле швидкостей у перпендикулярному перерізі ротора
З поля температур у перпендикулярному перерізі ротора в ділянці
виходячи витяжного повітря з теплообмінника видно, що температура
повітря у верхній половині насадки, що відповідає гарячому повітрі,
змінюється за перерізом у межах 14 °С (рис. 2.8). Виходячи з цього, для
моделювання зледеніння повітряних каналів в теплообміннику має сенс
розділити перетин гарячого повітря на дві частини. Область 1 (рис. 2.8)
відповідає входу алюмінієвої фольги із зони холодного повітря в зону
теплого повітря. У цій галузі насадка має мінімальну температуру, тому
саме в зоні 1 найбільш висока ймовірність утворення льоду з вологи, що
міститься у витяжному повітрі. При обертанні ротора і проходження
насадки області 1 алюмінієва фольга нагрівається теплим повітрям на 7 ° С
28
і потрапляє в область 2, тому ймовірність утворення льоду в повітряних
каналах в зоні 2 менше, ніж в зоні 1.
Рисунок 2.8 – Поле температур у перпендикулярному перерізі ротора
В результаті моделювання відомі температури гарячого та холодного
повітря на виході з теплообмінника, знаючи які можна вважати
ефективність рекуперації тепла при різній швидкості обертання ротора:
, (1)
де х1 – температура холодного повітря на вході в теплообмінник, °С;
х2 – температура холодного повітря на виході з теплообмінника,
°С; г1 – температура гарячого повітря на вході в теплообмінник,
°С; г2 – температура гарячого повітря на виході з
теплообмінника, °С.
29
85
82
79
76
73
70
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Частота обертання ротора, об/хв
Рисунок 2.7 - Залежність ефективності рекуперації від швидкості
обертання ротора
З рисунка 2.7 можна дійти невтішного висновку, що оптимальним
значенням швидкості обертання ротора є 6 об/хв, після якого приріст
ефективності рекуперації незначний. Підтвердженням правильності
застосованих спрощень та працездатності дослідження повітря-
повітряного теплообмінника за допомогою моделювання є високий ступінь
збіжності одержаних результатів з експериментальними [9].
2.3. Вивчення роботи теплообмінника при низьких температурах
зовнішнього повітря
Після визначення оптимальної швидкості обертання ротора
теплообмінника виконано ряд розрахунків установки із завданням
температур холодного повітря на вході в нього в діапазоні від -37 до +8 °С
для отримання графіка зміни температури алюмінієвої насадки по довжині
30
ротора, необхідного для моделювання конденсації вологи витяжного
повітря у каналах установки (рис. 2.8). Початок ротора (0 мм) відповідає
входу холодного повітря, а кінець (200 мм) – входу теплого.
30 30
20 20
10 10
0 0
-10 -10
-20 -20
-30 -30
-40 -40
0 50 100 150 200 0 50 100 150 200
Довжина ротора, мм Довжина ротора, мм
-37 °C -20 °C 0 °C 8 °C -37 °C -20 °C 0 °C 8 °C
а – зміна температура алюмінієвій б – зміна температури алюмінієвій
насадці в зоні 1 насадці в зоні 2
Рисунок 2.8 – Залежність температури насадки від температури холодного
повітря на вході в теплообмінник
З метою визначення температури холодного повітря, при якій
починається конденсація з наступним зледеніння вологи витяжного повітря
в каналах теплообмінника, виконано моделювання установки з її спрощеною
геометрією до одного каналу. Граничними умовами, за яких проводилися
розрахунки, є діапазон температур алюмінієвої стінки, що змінюється по
довжині каналу в залежності від температури холодного повітря на вході в
теплообмінник, і вологість витяжного повітря з приміщення. Значення
відносної вологості регламентується нормативними документами та
становить 30÷45 % у холодний період року для всіх типів приміщень [10],
31
але насправді цей параметр у приміщеннях може перебувати на рівні 20%,
тому моделювання проводиться за умови зміни відносної вологості повітря
у приміщенні в діапазоні 20÷45%.
Створено геометрію одного трикутного каналу висотою 2 мм,
довжиною 200 мм у програмі Autodesk Revit, після чого імпортовано в
ANSYS Workbench для побудови сітки. Далі готова сітка завантажена в
ANSYS Fluent для моделювання зледеніння вологи.
Моделі, що використовуються у Fluent, складаються з Energy для
розрахунку теплопередачі, Laminar для моделювання ламінарного перебігу
повітря в каналі та Species Transport, необхідної для врахування вологості
витяжного повітря. У налаштуваннях останньої моделі задані компоненти
суміші повітря та води, що проходить у каналі (рис. 2.9).
Рисунок 2.9 – Завдання компонентів суміші у моделі Species Transport
У гілці налаштувань Boundary Conditions задан тип velocity-inlet зоні,
що відповідає входу суміші в канал, а також такі граничні умови для неї, як
температура витяжного повітря (24 °С), швидкість перебігу суміші в каналі
(3 м/с), абсолютна вологість повітря. У програмі Fluent немає можливості
встановити функцію зміни температури тіла, тому написаний скрипт з
32
функцією, що описує зміну температури алюмінієвої стінки від довжини
ротора від 0 до 200 мм, який представлений нижче.
#include "udf.h"
DEFINE_ADJUST(adjust_gradient,domain)
{real
x[ND_ND
]; Thread
*t; cell_t
c;
face_t f;
domain=Get_Domain(1);
thread_loop_c(t,domain)
{begin_c_loop(c,t)
{C_CENTROID(x,c,t);
if((C_T(c,t)<273.
15))
{C_UDMI(c,t,0)
=0;
C_UDMI(c,t,1)=
1; } else
{C_UDMI(c,t,0)=C_YI(c,t,0);
C_UDMI(c,t,1)=0; }}
end_c_loop(c,t)}}
DEFINE_SOURCE(Vx_source,c,t,dS,eqn)
{real source;
source = -C_UDMI(c,t,1)*C_U(c,t)*1e3;
dS[eqn]=0;
return source;}
DEFINE_SOURCE(Vy_source,c,t,dS,eqn)
{real source;
source =-C_UDMI(c,t,1)*C_V(c,t)*1e3;
dS[eqn]=0;
return source;}
33
DEFINE_SOURCE(Vz_source,c,t,dS,eqn)
{real source;
source = -C_UDMI(c,t,1)*C_W(c,t)*1e3;
dS[eqn]=0;
return source;}
DEFINE_SOURCE(T_source,c,t,dS,eqn)
{real source;
source = C_UDMI(c,t,1)*0.5*3e5;
dS[eqn]=0;
return source;}
DEFINE_PROFILE(inlet_TEMP, thread, position)
{real x[ND_ND]; /* this will hold the position
vector */ real y, h; face_t f;
h = 0.016; /* inlet height in m */
begin_f_loop(f,thread)
{F_CENTROID(x, f, thread);
F_PROFILE(f, thread, position) = 273.15+205*x[0]+-27;}
end_f_loop(f, thread)}
У рядку F_PROFILE(f, thread, position) = 273.15+205*x[0]+-27;
визначається функція, що описує зміну температури алюмінієвої стінки по
довжині ротора. Значення її змінних змінюються залежно від діапазону
зміни температури алюмінію, яка залежить від температури зовнішнього
холодного повітря на вході в теплообмінник.
Інші налаштування у програмі Fluent залишилися за замовчуванням.
Графік збіжності представлений рисунку 2.10.
34
Рисунок 2.10 – Графік збіжності моделювання зледеніння одного каналу
В результаті моделювання встановлено, що вологість повітря на
процес зледеніння вологи в каналі впливає незначно, оскільки розмір
довжини каналу більший за його переріз у 100 разів, тобто за рахунок
високої теплопровідності алюмінієвої стінки, великої поверхні
теплообміну по довжині каналу та малої площі живого перерізу волога , що
міститься в повітряній суміші, при низьких температурах зовнішнього
повітря незмінно призводити до утворення льоду в повітряному каналі з
наступним перекриттям перерізу для проходу повітря. Таким чином, при
складанні рекомендацій щодо режиму роботи теплообмінного апарату в
припливно-витяжній системі вентиляції вологістю витяжного повітря
можна знехтувати.
Для визначення температури холодного повітря, при якому повітряний
канал буде заповнений льодом і теплообмінник перестане функціонувати
за призначенням, виконано моделювання з різними температурами
алюмінієвої стінки. На рисунку 2.11 представлені поля повітряної
35
суміші/льоду витяжного гарячого повітря з однаковою вологістю за різних
температур холодного припливного повітря на вході в насадку.
а – т емпература приточного повітря -3 7 °С
б – т емпература приточного повітря -3 0 °С
в – т емпература приточного повітря -2 5 °С
г – т емпература приточного повітря -2 0 °С
д – т емпература приточного повітря -1 5 °С
е – т емпература приточного повітря -1 0 °С
Рисунок 2.11 – Поля вологого повітря/льоду за різних температур
холодного припливного повітря
Таким чином, в результаті моделювання зледеніння каналу в
стаціонарному режимі при різних температурах холодного повітря на вході
в теплообмінник встановлено, що при температурі зовнішнього повітря -5
°С зледеніє половина повітряних каналів теплообмінника, а при
температурі -10 °С вже по всьому перерізу насадки не буде можливості для
проходу повітря та його енергетична ефективність виявиться рівною 0.
При моделюванні зледеніння одного повітряного каналу в
нестаціонарному режимі час утворення льоду та заповнення ним перерізу
для проходу повітря склало 25 секунд. Це пояснюється високою
теплопровідністю алюмінієвої стінки і великою площею поверхні, тому
враховувати час зледеніння та відтавання каналів немає сенсу.
36
Висновки з моделювання обертового теплообмінника в
приточновитяжній системі вентиляції можна зробити наступні:
а) встановлена залежність ефективності рекуперації тепла від
швидкості обертання барабана;
б) вологість витяжного повітря з приміщення в процесі зледеніння
повітряних каналів теплообмінника не має значення, тому при
складанні рекомендацій щодо режимів роботи установки їй можна
знехтувати;
в) зледеніння повітряних каналів за низьких температур холодного
повітря на вході в теплообмінник відбувається за короткий проміжок часу,
тому змінювати режим роботи установки при температурах зовнішнього
повітря, починаючи з яких відбувається заповнення льодом каналів
насадки, не обґрунтовано;
г) встановлена температура зовнішнього холодного повітря на вході в
теплообмінник, нижче за яку повітряні канали теплообмінника
перекриватимуть перетин для проходу повітря, внаслідок чого установка
для підвищення ефективності системи вентиляції перестане
функціонувати.
37
РОЗДІЛ 3. РОЗРОБКА ГІБРИДНОЇ
СИСТЕМИ ВЕНТИЛЯЦІЇ
МКР 23.144.07 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Ємець В.С. Розробка гібридної системи Літ. Арк. Акрушів
Перевір. Калейніков Г.Є.
Реценз. вентиляції
Н. Контр. ЧДТУ, МТЕ-88
38
Затверд. Калейніков Г.Є.
РОЗДІЛ 3. РОЗРОБКА ГІБРИДНОЇ СИСТЕМИ ВЕНТИЛЯЦІЇ
3.1. Аналіз роботи системи вентиляції з рециркуляцією повітря
На сьогоднішній день найбільш поширеним способом економії витрат
на вентиляцію будівель і споруд є утилізація тепла витяжного повітря, яка
полягає у використанні тепла нагрітого відпрацьованого повітря на підігрів
холодного припливного. Для цього в сучасних системах вентиляції
використовують досить дорогі рекуперативні установки. Основний недолік
подібного обладнання полягає в зледеніння повітряних каналів при низькій
температурі зовнішнього повітря, що призводить до зниження їх
енергетичної ефективності аж до повного припинення теплообміну. Цей
факт є стимулом для пошуку нових рішень задля економії витрат за
експлуатацію системи вентиляції.
Одним з простих і дешевих способів підвищення енергетичної
ефективності сучасних систем вентиляції є використання способу
рециркуляції тепла повітря, що йде з одночасним контролем і управлінням
якості повітря в приміщенні, а також з знезараженням шкідливих домішок
за допомогою сучасних фільтруючих установок (рис. 3.1).
Для підтримки необхідного мікроклімату в приміщення подається
свіже повітря припливним вентилятором (1), попередньо нагріте водяним
або електричним калорифером (5). Відпрацьоване брудне повітря
видаляється з приміщення витяжним вентилятором (2) та викидається на
вулицю. З метою підтримки необхідної якості повітря в приміщенні на
витяжному повітроводі перед вентилятором встановлені датчики, що
дозволяють відслідковувати показання відносної вологості (Н2О),
концентрацію вуглекислого газу (СО2), концентрацію летких органічних
речовин (VOC) у відпрацьованому повітрі (8). В залежності від їх показань
змінюється положення повітряного клапана на лінії рециркуляції (10), який
дозволяє підмішувати частину або все витяжне повітря до припливного.
39
Також на лінії рециркуляції встановлено фільтр (11), що очищає забруднене
повітря від пилу, вірусів, бактерій, запахів, промислових викидів та диму.
Внаслідок зміни частки повторно використовуваного витяжного повітря,
що проходить через фільтр, опір такої системи вентиляції є постійним,
тому припливний вентилятор оснащений перетворювачем частоти (9).
1 – припливний вентилятор, 2 – витяжний вентилятор, 3 – повітряний клапан, 4 – фільтр
грубого очищення, 5 – калорифер, 6 – датчик температури, 7 – шумоглушник, 8 – датчики
якості повітря, 9 – перетворювач частоти. рециркуляції, 11 - фільтр, що дезінфікує
повітря.
Рисунок 3.1 – Припливно-витяжна система вентиляції з рециркуляцією
повітря
Зниження експлуатаційних витрат на вентиляцію з рециркуляцією
повітря досягається за рахунок безперервної роботи системи автоматизації,
що дозволяє відстежувати якість повітря в приміщенні, в залежності від
якого змінюється положення повітряного клапана лінії рециркуляції. Цей
клапан визначає витрату нагрітого витяжного повітря з приміщення,
очищеного фільтром, який повторно використовується разом з припливним
повітрям в системі вентиляції. Таким чином, знижується кількість свіжого
повітря з вулиці, що призводить до прямопропорційного зменшення
теплового навантаження на калорифер.
40
При використанні в системі вентиляції рециркуляції повітря всі
присутні у ньому забруднювачі потраплять назад у приміщення, що з часом
призведе до несприятливих умов перебування у ньому людей.
Джерелами забруднення повітря закритих приміщень є атмосферне
повітря, що проникає в приміщення через віконні отвори та нещільності
будівельних конструкцій, будівельні та оздоблювальні полімерні матеріали,
що виділяють у повітря різноманітні, токсичні для людини речовини,
багато з яких є високонебезпечними (бензол, толуол, циклогексан, ксилол,
ацетон, бутанол, фенол, формальдегід, ацетальдегід, етиленгліколь,
хлороформ), продукти життєдіяльності людини та її побутових занять
(антропотоксини: чадний газ, аміак, ацетон, вуглеводні, сірководень,
альдегіди, органічні кислоти) [11]. Основне джерело мікробіологічного
забруднення повітря – люди, які перебувають у приміщенні.
У середньому одна людина виділяє в навколишнє повітря 2000÷6000
мікроорганізмів на годину (при розмові – 800 частинок за хвилину, при
чханні – до 40000) [12]. Виділяються мікроорганізми в повітрі знаходяться
у вигляді аерозолю - колоїдної системи, що складається з повітря і дрібних
крапель рідини з укладеними в них мікроорганізмами.
Більшість виділених людиною аерозолів (крапельна, або великоядерна
фаза) складається з частинок діаметром близько 0,1 мм і більше. Такі
частки осідають досить швидко: тривалість перебування у повітрі не
перевищує хвилини.
Дрібноядерна фаза частково виділяється людиною та утворюється при
висиханні частинок першої фази. У цій фазі частинки мають найменші
розміри, легко переміщаються потоками повітря, тривалий час
перебувають у ньому зваженому стані. Це найбільш стійка фаза, оскільки
діаметр більшості частинок вбирається у 0,05 мм, а швидкість осідання
частинок становить середньому 0,013 див/с. Саме вона є найбільшою
епідеміологічною небезпекою, і основним завданням запобігання
41
поширенню інфекційних захворювань є недопущення поширення
дрібноядерної фази на великі відстані.
Крім того, повітря, що видихається людьми в порівнянні з
атмосферним, містить менше кисню (до 15,1÷16 %), у 100 разів більше
вуглекислого газу (до 3,4÷4,7 %) [11]. Тому в приміщеннях з перебуванням
людей відбувається постійне зниження вмісту кисню та збільшення
вуглекислого газу.
Вплив різних чинників на людини всередині приміщення може
спричинити порушення стану здоров'я, тобто. «Захворювання, пов'язані з
будинком».
Симптоми захворювання зберігаються довго, навіть після усунення
джерела шкідливого впливу. «Синдром хворої будівлі» проявляється у
вигляді гострих порушень стану здоров'я та дискомфорту (головного болю,
подразнення очей, носа та органів дихання, сухого кашлю, сухості та
свербіння шкіри, слабкості, нудоті, підвищеної стомлюваності,
сприйнятливості до запахів), що виникають у конкретних приміщеннях та
майже повністю зникаючих при виході з нього. Розвиток цього синдрому
пов'язується з комбінованими та поєднаними діями хімічних, фізичних
(температура, вологість) та біологічних (бактерії, невідомі віруси та ін.)
факторів. Його причинами найчастіше є недостатня природна та штучна
вентиляція приміщень, будівельні та оздоблювальні полімерні матеріали,
що виділяють у повітря різноманітні токсичні для людини речовини,
нерегулярне прибирання приміщень. Хімічне та біологічне забруднення
повітря сприяє розвитку синдрому хронічної втоми (синдрому імунної
дисфункції), тобто. відчуття вираженої втоми, що відзначається протягом
не менше 6 місяців і поєднується з порушенням короткочасної пам'яті,
дезорієнтацією, порушенням мови та утрудненням при виконанні
рахункових операцій. Синдром множинної хімічної чутливості, що
характеризується порушенням процесів адаптації організму до дії різних
факторів на тлі спадкової або набутої чутливості до хімічних речовин,
42
найчастіше розвивається у людей, які мали гострі отруєння хімічними
речовинами (органічними розчинниками, пестицидами і дратівливими
речовинами).
Зміна фізико-хімічних властивостей повітря несприятливо
позначається на самопочутті людини та її працездатності. На рисунку 3.2
представлена залежність продуктивності праці людини від якості повітря,
що відтворюється в приміщенні, виражена у відсотках незадоволених
людей якістю повітря або в дециполях [13].
100
98
96
94
92
90
0 3 6 9 12 15
Сприймаєма якість повітря, дециполі
Рисунок 3.2 – Залежність продуктивності праці від сприймається людиною
якості повітря у приміщенні
Присутність у повітрі житлових і громадських приміщень величезної
кількості біологічно активних хімічних речовин у різних концентраціях і
комбінаціях, що постійно змінюються, що погіршують властивості повітря,
унеможливлює визначення кожного з них окремо і змушує
використовувати інтегральний показник забруднення повітря. Якість
повітряного середовища прийнято оцінювати опосередковано за
інтегральним санітарним показником чистоти повітря – вмістом
43
вуглекислого газу (показником Петтенкоферу), а з метою оцінки гранично
допустимого нормативу (ГДК) використовувати його концентрацію у
приміщеннях – 0,8÷1,2 ‰ або 0,08÷ 0,12% (800÷1200 см3 в 1 м3) [10].
Вуглекислий газ постійно виділяється повітря закритих приміщень при
диханні, найбільш доступний простому визначенню і має достовірну пряму
кореляцію з сумарним забрудненням повітря. Показник Петтенкофера не
гранично допустимої концентрацією самого діоксиду вуглецю, а
показником шкідливості концентрацій численних метаболітів людини,
накопичених у повітрі паралельно з діоксидом вуглецю. Більш високий
вміст СО2 (>1,0 ‰) супроводжується сумарною зміною хімічного складу і
фізичною властивістю повітря в приміщенні, які несприятливо впливають
на стан людей, що знаходяться в ньому, хоча сам по собі діоксид вуглецю і
в значно більш високих концентраціях не виявляє токсичні для людини
властивості.
Крім оцінки якості повітря в приміщенні за загальноприйнятим та
нормованим рівнем вуглекислого газу в системі вентиляції з рециркуляцією
повітря пропонується використовувати сучасні датчики [14], здатні
визначати рівень летких органічних сполук (VOC), які є основними
розповсюджувачами вірусів та бактерій у повітрі.
Для запобігання роботі системи вентиляції з рециркуляцією повітря як
розповсюджувач інфекції, повторно використовуване витяжне повітря з
приміщення необхідно знезаражувати. З цією метою на лінії рециркуляції
передбачено фільтр, здатний очищати повітря від пилу, вірусів, бактерій,
запахів, промислових викидів та диму.
3.2. Адаптація сучасних технологій знезараження повітря для
використання рециркуляційних установках
До сучасних технологій знезараження повітря відносяться:
НЕРАфільтрація, вплив електричних полів, електрофільтрація з
44
подальшою інактивацією мікроорганізмів за допомогою озону або
фотокаталізу, низькотемпературна плазма, ультрафіолетове бактерицидне
опромінення з НЕРА-фільтрацією, ультразвукові ванни та ін. поєднання їх
з хімічними методами (аерозольна дезінфекція, іонізація, озонація,
фотокаталіз) в одному пристрої. В даний час на ринку представлено
обладнання для очищення повітря наступних виробників:
а) "Потік" (Україна), "Plasmair" (Франція). У цьому обладнанні
використовується технологія знезараження повітря «Потік», яка
ґрунтується на явищі електропорації мембрани клітини. Електропорація –
створення пор у мембрані клітини під впливом електричного поля. При
впливі технології «Потік» процес електропорації має незворотний
характер, у результаті відбувається інактивація будь-яких мікроорганізмів,
що у оброблюваному повітрі.
Процес інактивації здійснюється шляхом на мікробну клітину
постійних електричних полів заданої орієнтації і напруженості, що
призводить до її руйнації. При цьому величина впливу розрахована так,
щоб знищувати будь-які мікроорганізми та віруси незалежно від їх видової
приналежності. Крім того, в установці закладено функцію автоматичного
контролю та регулювання параметрів, що гарантують стовідсоткову
ефективність інактивації вірусів та мікроорганізмів.
Суть технології полягає в тому, що при використанні високопористих
електродів забезпечується багаторазове перезаряджання мікроорганізмів, і в
результаті такого впливу відбувається їх повне руйнування та загибель.
Після обробки установкою інфікованого повітря на виході йде стерильне
повітря без небезпечних мікробів, бактерій та вірусів. При цьому немає
накопичення живих мікроорганізмів всередині установки, і немає
потенційної небезпеки залпового викиду мікробів після її вимикання і
повторного включення. Знезараження повітряного потоку здійснюється у
два етапи (рис. 3.3).
45
Рисунок 3.3 – Принцип очистки повітря на базі електропорації
Перший етап: в зоні інактивації виробляється комбіноване
багаторазове вплив на мікроорганізми постійних електричних полів та іонів
протилежних знаків, що різко змінюються за величиною напруженості і
градієнту, що призводить до незворотного пошкодження або повного
руйнування мікробних клітин.
Другий етап: в зоні тонкої фільтрації відбувається уловлювання
уламків зруйнованих клітин і частинок, що знаходяться в оброблюваному
повітряному потоці, на високопористих наноелектродах електростатичного
осадника, що володіє великою пилоємністю. Ефективність фільтрації
відповідає фільтрам класу Н11-H14.
б) Обладнання виробників «Аеролайф» (Україна), «Daikin» (Корея)
засноване на технології фотокаталітичного окислення мікроорганізмів та
молекулярних летких сполук, що знаходяться у повітрі. В основі технології
лежить окислення на поверхні фотокаталізатора (діоксиду титану) під
впливом м'якого ультрафіолету хімічних забруднювачів та хвороботворних
мікроорганізмів. При цьому всі хімічні та біологічні забруднювачі
руйнуються до найпростіших складових, переважно до вуглекислого газу,
води та атмосферного азоту. Якісне очищення повітря досягається у кілька
етапів (рис. 3.4).
46
1 – попередній фільтр, 2 – блок зарядки аерозолів, 3 – НЕРА-фільтр, 4 –
фотокаталітичний фільтр, 5 – ультрафіолетовий випромінювач, 6 – адсорбційно-
каталітичний фільтр, 7 – блок управління, автоматики та сигналізації, 8 – вентилятор.
Рисунок 3.4 – Схема очищення повітря на основі фотокаталізу
Попередній фільтр (1) уловлює великі частинки пилу та вуличного
сміття та захищає наступні фільтруючі елементи від передчасного
забруднення великими частинками. Конструкція блоку зарядки аерозолів
(2) забезпечує симеричне електростатичне поле всередині елемента та
ефективність зарядки аерозолів розмірами 0,1 мкм÷100 мкм. Блок
виконаний у вигляді циліндричних елементів з нержавіючої сталі, з
розташованим по центру елемента вольфрамовим електродом діаметром
17 мкм. На електроди подається висока напруга, внаслідок чого в
заряднику виникає електричне поле, яке заряджає всі частинки забруднень,
що знаходяться у потоці повітря. У процесі електростатичного блоку
генерується озон, який інактивує будь-які типи мікроорганізмів, окислює
хімічні речовини, затримані наступними фільтрами. Надалі озон
окислюється на фотокаталітичному блоці і не виходить за межі установки
очищення. Бар'єрний електростатичний НЕРА-фільтр (3) затримує
аерозолі, дими та частинки пилу від 0,1 мкм, на яких можуть бути
адсорбовані неприємні запахи, токсичні хімічні речовини та небезпечні
47
мікроорганізми. Поляризований пиловий НЕРА-фільтр використовується
як осадник заряджених частинок. Ефективність захоплення твердих,
рідких та біологічних аерозолів становить 99 %. Інактивація
мікроорганізмів та знезараження фільтра відбувається за допомогою озону,
який виробляється в блоці зарядки аерозолів. У фотокаталітичних фільтрах
(4) при фотокаталізі всі газофазні забруднювачі повітря (неприємні запахи,
токсичні гази, алергени, віруси, бактерії тощо) адсорбуються на поверхні
фотокаталізатора і під дією м'якого ультрафіолетового випромінювання, що
створюється УФ-А випромінювачами (5) мінералізуються та
розкладаються до найпростіших, нешкідливих складових (вуглекислий газ,
вода та атмосферний азот). У процесі роботи забруднювачі не
накопичуються на фільтрі, а повністю розкладаються, таким чином
фотокаталітичний фільтр саморегенерується при використанні.
Адсорбційно-каталітичний фільтр (6) запобігає проскоку шкідливих
речовин при залпових викидах, адсорбуючи їх на поверхні каталітично
активного сорбенту. Блок керування, автоматики та сигналізації (7)
дозволяє контролювати роботу установки очищення повітря, а вентилятор
(8) забезпечує подолання повітрям опору, створюваного фільтруючою
установкою.
в) Технологія очищення повітря виробників «Тіон» (Україна),
«StrionAir» (США) заснована на електрофільтрації з подальшою
інактивацією мікроорганізмів за допомогою озону (рис. 3.5).
Рисунок 3.5 – Принцип очищення повітря на основі електрофільтрації
48
Передфільтр (1) затримує великий пил і запобігає попаданню
всередину великих частинок забруднення. Далі повітря проходить через
електростатичний блок (2), де механічні забруднювачі та біоаерозолі
набувають електростатичного заряду та ефективно осаджуються на
об'ємному HEPA-фільтрі (3). За рахунок озону, що продукується з кисню,
електростатичним блоком у бактерицидних концентраціях забезпечується
інактивація (знищення) вірусів, бактерій, а також суперечка пліснявих
грибів. Завдяки інактивації об'ємний HEPA-фільтр постійно стерильний під
час експлуатації, а його заміна не потребує спеціальних методів утилізації.
Таким чином забезпечується повна мікробіологічна безпека системи
фільтрації. Озон повністю розкладається у кисень, проходячи через
адсорбційно-каталітичний фільтр (4), одночасно прискорюючи реакції
руйнування молекулярних хімічних сполук. Адсорбційно-каталітичний
фільтр призначений для фільтрації шкідливих речовин у газовій фазі та
запахів. Концентрації озону на виході з пристрою гарантовано не
перевищують ГДК весь термін експлуатації, тому пристрій може
цілодобово експлуатуватися в присутності людей.
Ефективність знезараження розглянутих фільтрів за даними
виробників перебуває на рівні 99÷99,9 %. Порівняння експлуатаційних
характеристик та економічних показників різних виробників
знезаражувального обладнання зведено в таблицю 1 [15, 16, 17].
Виходячи з показників, наведених у таблиці 1, пріоритетним
обладнанням для знезараження повітря є установки компанії Tion, що
фільтрують, на основі електрофільтрації з подальшою інактивацією
мікроорганізмів за допомогою озону.
49
Таблиця 1 – Характеристики дезинфікованого обладнання
Електрофільтри Фотокаталіз Комплексні
Характеристики/технологія
(Поток-150-М) (Аеролайф- технологій
очистки
Л L-20048) (Tion А150)
1 Частота сервісного Заміна фільтра
обслуговування при 3 рази в рік, Заміна
УФ-
безперервній роботі приладу Не потрібно фільтра 1
ламп и блока
ФК кожні 2 раз в рік
роки
2 Спеціальна утилізація В УФ лампах
Не потрібно Не потрібно
змінних елементів присутня ртуть
3 Регламентовані
Нет Нет Нет
профілактичні роботи
4 Енергоспоживання, Вт 40 100 45
5 Гарантійний строк, лет 1 1 2
6 Строк служби, лет 3 3 5
7 Середня ринкова ціна, в
перерахунку на продук- 125 000 40 500 49 700
тивність 150 м3/год, грн.
8 Середня вартість експлуа-
тації в рік, в перерахунку на
1 335 5 190 1 826
продуктивність 150 м3/год,
грн.
9 Середня вартість
експлуатації, за 3 роки (інфл.
10%), в перерахунку на 4 406 17 127 6 026
продуктивність 150 м3/год,
грн.
10 Вартість експлуатації за 3
роки в розрахунку на 150 129 406 57 627 55 726
м3/год
50
3.3. Розробка гібридної енергоефективної системи вентиляції з
одночасним забезпеченням якості повітря
Таким чином, застосування в системі вентиляції рециркуляції
повітря спільно з обладнанням для дезінфекції витяжного повітря з
приміщення дозволяє підвищити енергетичну ефективність, а також
забезпечити якість мікроклімату на високому рівні. Але постійна
рециркуляція одного і того ж повітря в будівлі неможлива, тому що в такому
разі не буде забезпечена необхідна концентрація кисню для перебування в
ньому людей, а в періоди часу з активним забрудненням повітря в
приміщенні (наприклад, проведення планерок, конференцій в
адміністративних приміщеннях) , підвищена відвідуваність торгових
центрів, ресторанів) знадобиться великий обсяг свіжого повітря з вулиці, що
призведе до роботи системи вентиляції в неекономічному режимі. Для
зниження витрат на підігрів холодного повітря пропонується до системи
вентиляції з рециркуляцією повітря додати теплообмінник, що дозволяє
використовувати тепло витяжного повітря на нагрівання припливного (рис.
3.6).
1 – припливний вентилятор, 2 – витяжний вентилятор, 3 – повітряний клапан, 4 –
фільтр грубого очищення, 5 – калорифер, 6 – датчик температури, 7 – шумоглушник, 8
– датчики якості повітря, 9 – перетворювач частоти. рециркуляції, 11 - фільтр, що
дезінфікує повітря.
Рисунок 3.6 – Гібридна припливно-витяжна система вентиляції з
рециркуляцією повітря та рекуперацією тепла
51
Максимальної енергетичної ефективності гібридної системи
вентиляції можна досягти за рахунок використання автоматизації її роботи,
яка передбачає такі режими роботи:
а) 100% рециркуляції. У періоди часу з відсутністю людей у
приміщенні (ніч, вихідні в адміністративних будинках, школах) клапан на
лінії рециркуляції буде повністю відкритий, що дозволить не витрачати
теплову енергію на нагрівання холодного повітря;
б) рециркуляція повітря разом із рекуперацією тепла. Номінальний
режим роботи системи вентиляції, в якому витрата холодного повітря в
приміщення буде подаватися в міру необхідності, яка визначається
показниками датчиком якості відпрацьованого повітря, а відкриття клапана
на лінії рециркуляції в такому режимі складе 70÷100% [12]. У цьому режимі
ефективність системи вентиляції забезпечуватиметься як рециркуляцією
повітря, так і рекуперацією тепла;
в) "пікові" режими. Періоди часу із максимальним забрудненням
повітря в приміщенні – обідні перерви в офісах, максимальна
завантаженість ресторанів, торгових центрів, конференції. У цьому режимі
клапан на лінії рециркуляції буде відкритий в діапазоні 0÷70 % залежно від
ступеня забруднення, а повітря припливу забезпечуватиметься холодним
повітрям з вулиці, що призведе до максимального навантаження на
теплообмінник. При температурах зовнішнього повітря нижче 0 °С існує
загроза обмерзання пластин теплообмінної поверхні рекуператора, проте в
гібридній системі вентиляції є можливість подавати холодне повітря
періодично, що створить умови для розморожування теплообмінника
шляхом продування через нього нагрітого повітря з приміщення.
Енергетичні та економічні витрати на експлуатацію гібридної
припливно-витяжної системи вентиляції офісної будівлі у м. Красноярську з
витратою повітря 4000 м3/год представлені на рисунку 3.7. Пунктирна лінія,
що означає відкриття клапана 70%, відокремлює номінальний режим роботи
від «пікового».
52
80 90
70 80
60 70
60
50
50
40
40
30
30
20
20
10 10
0 Ступінь відкриття клапана на лінії рециркуляції, % 0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Рисунок 3.7 – Енергетичні та економічні витрати на експлуатацію гібридної
припливно-витяжної системи вентиляції
Таким чином, гібридна система вентиляції дозволяє максимально
скоротити витрати на експлуатацію за рахунок використання двох способів
підвищення енергетичної ефективності – рециркуляції повітря та
рекуперації тепла, а також забезпечити підтримання якості повітря
всередині приміщення на високому рівні.
53
РОЗДІЛ 4 ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНЕ
ОБҐРУНТУВАННЯ ГІБРИДНОЇ СИСТЕМИ
ВЕНТИЛЯЦІЇ
МКР 23.144.07 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Ємець В.С. Техніко-економічне Літ. Арк. Акрушів
Перевір. Калейніков Г.Є.
Реценз. обґрунтування гібридної
Н. Контр. си5с4те ми вентиляції ЧДТУ, МТЕ-88
Затверд. Калейніков Г.Є.
РОЗДІЛ 4 ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНЕ ОБҐРУНТУВАННЯ
ГІБРИДНОЇ СИСТЕМИ ВЕНТИЛЯЦІЇ
4.1. Розробка заходів щодо економії теплової енергії
Кількість теплової енергії, що використовується для нагрівання
холодного повітря, безпосередньо залежить від варіанту виконання
припливно-витяжної системи вентиляції. На прикладі типового поверху з
кількістю осіб 28 та площею 1600 м2 торгово-офісної будівлі в м. Київ
(рис. 4.1) порівнюються три системи вентиляції, що включають різні
заходи щодо економії теплової енергії на нагрівання припливного повітря
[18]:
а) припливно-витяжна із рекуперацією тепла;
б) припливно-витяжна з рециркуляцією повітря;
в) припливно-витяжна з рекуперацією тепла та рециркуляцією
повітря.
55
а – загальний вигляд торгівельного центру б – план типового
будинку
Рисунок 4.1 – Бізнес-центр
Підхід, використаний при порівнянні енергетичної та економічної
ефективності припливно-витяжних систем вентиляції, представлений на
рисунку 4.2.
56
Рисунок 4.2 – Схема порівняння енергетичної та економічної ефективності
варіантів систем вентиляції
4.2. Розрахунок економічної привабливості варіантів систем
вентиляції
Економічна привабливість варіантів визначається капітальними
вкладеннями та терміном окупності. Капітальні вкладення включають
вартість обладнання та технічних умов. Термін окупності враховує витрати
на електричну енергію, обслуговування системи вентиляції, а також
енергетичну ефективність, тобто кількість тепла, витраченого на підігрів
зовнішнього повітря припливу протягом року. Так як кожна з чотирьох
систем має різну енергетичну ефективність, то вартість технічних умов
буде різною.
Енергетична ефективність всіх варіантів систем вентиляції
визначається з урахуванням температур зовнішнього повітря, що тривають
період τi протягом року [8]. Загальна формула визначення витрат теплоти
на нагрівання зовнішнього повітря, кВт·год має такий вид:
57
, (2)
где – витрати холодного припливного повітря, м3/год;
– густина повітря, кг/м3;
– питома теплоємність повітря, кДж/(кг·К);
пр – температура нагрітого припливного повітря (приймається в
розрахунках 20 °С);
н – температура зовнішнього повітря, °С [8];
– ефективність вентиляційної установки с рекуперацією тепла;
– тривалість півторюваності температури зовнішнього повітря н
протягом року, год [8].
Річні витрати тепла, кВт·год/рік:
= ∑ . (3)
Відмінність енергетичного ефекту різних варіантів систем вентиляції
обумовлена наявністю або відсутністю рекуперації тепла, що враховується
у формулі коефіцієнтом , та витратою холодного припливного повітря ,
яке може бути визначено двома способами [10]:
а) на основі питомих норм повітрообміну;
б) на основі розрахунку повітрообміну, необхідного для забезпечення
допустимих концентрацій забруднюючих речовин.
Для варіанта припливно-витяжних систем вентиляції тільки з
рекуперацією тепла витрата повітря припливу розраховується на основі
питомих норм повітрообміну. У разі застосування рециркуляції повітря та
автоматизації системи вентиляції кількість холодного припливного повітря
визначається за умови підтримки необхідного рівня чистоти витяжного
повітря. Основним критерієм якості повітря є концентрація СО2.
Необхідна витрата свіжого повітря, м3/год [19]:
, (4)
58
де ч– шкідливі виділення у приміщенні від людей (приймається у
розрахунках 24 л/год) [19];
ч – кількість осіб у приміщенні;
ПДКСО2 – гранично допустима концентрація СО2, що відповідає
середній якості повітря в приміщенні (1000 ppm) [10];
Спр – концентрація СО2 у припливному (зовнішньому) повітрі (в
результаті вимірів склала 500 ppm);
бит – витрата повітря для вентиляції побутових приміщень (на
типовому поверсі в офісній будівлі 540 м3/год).
300
250
200
150
100
50
0
а б в г
а – припливно-витяжна система вентиляції без заходів щодо підвищення
енергетичної ефективності; б – припливно-витяжна система вентиляції з рекуперацією
тепла; в – припливно-витяжна система вентиляції з рециркуляцією повітря;
Рисунок 4.3 – Зіставлення річних витрат тепла на вентиляцію
Найбільшу енергетичну ефективність має варіант системи вентиляції
з використанням рекуперації тепла та рециркуляції повітря за рахунок
використання тепла витяжного з приміщення повітря та автоматизації, що
дозволяє регулювати кількість холодного повітря в міру необхідності.
59
Розрахунок терміну окупності аналізованих варіантів оцінюється за
формулою, років:
Ток= (Еву-∆Ету)/(∆Q*Ете-N*Еее), (5)
где Еву – вартість вентиляційної установки (1,0 млн. грн з
рекуперацією тепла, 0,5 млн. грн – с рециркуляцією повітря);
∆Ету – різниця в вартості технічних умов, млн. грн (вартість технічних
умов складає 8,3 млн. грн./Гкал);
∆Q – кількість зекономленої теплової енергії, кВт·год;
Ете – вартість теплової енергії (прийнято в розрахунках 1300
грн⁄Гкал) [20];
N – потужність приводу ротора теплообмінника вентиляційної.
установки (за даними виробника становить 1,6 кВт і враховується лише у
системах з використанням рекуперації тепла);
Еее – вартість електричної енергії (складає 5,26 грн⁄кВт ∙год) [21].
8
7
6
5
4
3
2
1
0
а б в
а – припливно-витяжна система вентиляції з рекуперацією тепла; б – припливно-
витяжна система вентиляції з рециркуляцією повітря; в – гібридна припливно-витяжна
система вентиляції з рекуперацією тепла та рециркуляцією повітря.
Рисунок 4.4 – Аналіз термінів окупності різних варіантів системи
вентиляції
60
Термін окупності показує, що використовувати рекуперацію тепла для
економії витрат на експлуатацію системи вентиляції не доцільно через
високий термін окупності. Економічна привабливість рециркуляції повітря
значно вища, а найменший термін окупності має система вентиляції з
використанням як рекуперації тепла, так і рециркуляції повітря, що
дозволяє зробити висновок про життєздатність гібридної системи
вентиляції, а так само про її перевагу в порівнянні з енергетичною і з точки
зору енергетичної економічної ефективності.
61
РОЗДІЛ 5 ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА
В НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ
МКР 23.144.07 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Ємець В.С. Охорона праці та безпека в Літ. Арк. Акрушів
Перевір. Цікановський
Реценз. надзвичайних ситуаціях
Н. Контр. ЧДТУ, МТЕ-88
62
Затверд. Калейніков Г.Є.
Розділ 5 Охорона праці та безпека в надзвичайних ситуаціях
5.1 Параметри внутрішнього та зовнішнього повітря в
громадських та адміністративних будівлях
Згідно з ДБН В.2.5-67:2013 «Опалення, вентиляція та кондиціювання»
параметри мікроклімату при опаленні та вентиляції приміщень слід
приймати відповідно до додатків Д та Е, положень ДСТУ Б EN 15251, ДСТУ
Б EN ISO 7730 (окрім приміщень, для яких параметри мікроклімату
встановлені іншими нормативними документами), вимог ГОСТ 12.1.005, а
також згідно з санітарними нормами до мікроклімату виробничих
приміщень згідно з ДСН 3.3.6.042 і санітарно-епідеміологічними вимогами
до внутрішнього повітря громадських та адміністративних будівель, а саме:
а) у холодний період року в зоні обслуговування громадських та
адміністративно-побутових приміщень температуру та швидкість руху
повітря приймають у межах оптимальних (підвищених оптимальних для
відповідних приміщень) норм; допускається приймати температуру та
швидкість руху повітря в межах допустимих норм у зоні обслуговування
громадських та адміністративно-побутових приміщень з відсутніми
місцями постійного перебування людей та в приміщеннях загального
користування;
б) у холодний період у робочій зоні виробничих приміщень
температуру та швидкість руху повітря приймають у межах оптимальних
норм; на робочих місцях допускається приймати температуру та швидкість
руху повітря в межах допустимих норм за неможливості забезпечення
оптимальних норм через технологічні вимоги виробництва;
в) у теплий період року в зоні обслуговування та в робочій зоні
громадських, адміністративно-побутових та виробничих приміщень
швидкість руху повітря та температуру повітря приймають у межах
допустимих норм за неможливості забезпечення оптимальних параметрів
мікроклімату за технологічними вимогами виробництва, технічною
63
недосяжністю та економічно обґрунтованою недоцільністю; у виробничих
приміщеннях з надлишками теплоти допускається приймати температуру
повітря, яка дорівнює розрахунковій температурі зовнішнього повітря у
теплий період року для найжаркішої доби забезпеченістю 0,95 згідно з
ДСТУ-Н Б В.1.1-27, збільшеної не більше ніж на 4°С та не більше
максимально допустимої норми внутрішньої температури повітря. У теплий
період року параметри мікроклімату не нормуються для приміщень
громадських, адміністративно-побутових та виробничих будівель у періоди,
коли їх не використовують, і у неробочий час за відсутності технологічних
вимог до температурного режиму
г) відносну вологість повітря допускається приймати у межах
допустимих норм (за відсутністю спеціальних вимог); допускається
приймати відносну вологість повітря до 75% включно у кліматичних
районах (природних зонах) з відносною вологістю зовнішнього повітря у
липні, яка дорівнює або перевищує 75% згідно з ДСТУ-Н Б В.1.1-27 (за
відсутності вимог інших норм).
У теплий період року в приміщеннях з вентиляторами (загальними для
приміщення або індивідуальними) та за можливості місцевого регулювання
ними допускається збільшувати максимальну результуючу температуру
повітря за рахунок підвищення швидкості руху повітря згідно з рисунком
Д.5 (ДБН В.2.5-67:2013).
Якщо у теплий період року в робочій зоні або в зоні обслуговування
неможливо забезпечити нормовану температуру через виробничі, технічні
або економічні умови, то на постійних робочих місцях і місцях постійного
перебування людей у приміщенні слід передбачати душування зовнішнім
повітрям або застосовувати кондиціонування з охолодженням повітря.
Параметри мікроклимату згідно з ДБН В.2.5-67:2013 п. 5.1,в), 5.1,г)
рекомендується приймати у межах оптимальних норм замість допустимих.
Параметри мікроклімату приміщень при кондиціонуванні та
охолодженні повітря (крім приміщень, для яких параметри мікроклімату
64
встановлені іншими нормативними документами) слід приймати в межах
оптимальних норм (підвищених оптимальних для відповідних приміщень)
згідно з ДБН В.2.5-67:2013 додатком Д, положеннями ДСТУ Б EN 15251 та
ДСТУ Б EN ISO 7730 і санітарно-епідеміологічними вимогами у зоні
обслуговування громадських та адміністративно-побутових приміщень і в
межах оптимальних норм згідно з додатком Е і санітарними нормами до
мікроклімату виробничих приміщень в робочій зоні виробничих приміщень,
а також на робочих місцях виробничих приміщень, де виконуються роботи
операторського типу, що зв'язані з нервово-емоційним напруженням
(відносяться до категорії робіт Іа), згідно з ДСН 3.3.6.042 і ГОСТ 12.1.005.;
Відносну вологість повітря в робочій зоні або в зоні обслуговування
для теплого періоду року допускається передбачати за допустимими
нормами замість оптимальних (за відсутності вимог інших норм) з
урахуванням економічної доцільності та технічної можливості системи
кондиціонування та охолодження повітря. За неможливості забезпечення
нормованої відносної вологості повітря слід проектувати систему осушення
або зволоження повітря.
У холодний період року в опалюваних приміщеннях (крім приміщень,
для яких параметри повітря встановлені іншими нормативними
документами) упродовж періоду їх невикористання у громадських,
адміністративно-побутових та виробничих будівлях слід приймати
температуру повітря нижчою не більше ніж на 4°С від нормованої
температури, але не нижче ніж 12°С у громадських та адміністративно-
побутових будівлях і не нижче ніж 5 °С у виробничих приміщеннях.
Відновлення нормованої температури слід забезпечувати до початку
використання приміщення або до початку роботи.
Для виробничих приміщень із повністю автоматизованим
технологічним обладнанням, що функціонує без присутності людей (крім
чергового персоналу, який перебуває в спеціальному приміщенні та
періодично виходить у виробниче приміщення для огляду та налагодження
65
обладнання не більше ніж на дві години безперервно), за відсутності
технологічних вимог до температурного режиму приміщення слід
приймати:
а) у холодний період року та для перехідних умов за відсутності
надлишків теплоти - температуру повітря в приміщенні 10°С, а за наявності
надлишків теплоти - економічно доцільну та технічно можливу
температуру;
б) у теплий період року за відсутності надлишків теплоти - температуру
повітря в приміщенні, яка дорівнює температурі зовнішнього повітря, а за
наявності надлишків теплоти - на 4°С вище за температуру зовнішнього
повітря для найжаркішої п'ятиденки забезпеченістю 0,99 відповідно до
ДСТУ-Н Б В.1.1-27, але не нижче ніж 29 °С, якщо при цьому не
потребується підігрів повітря.
Відносна вологість та швидкість руху повітря у виробничих
приміщеннях з повністю автоматизованим технологічним обладнанням за
відсутності спеціальних вимог не нормуються.
У місцях проведення ремонтних (крім аварійних) робіт (тривалістю дві
години та більше безперервно) треба передбачати підвищення температури
повітря до 16°С у холодний період року та зниження температури повітря
до 25°С у І-ІІІ та до 28°С у IV та V кліматичних районах згідно з ДСТУ-Н Б
В.1.1-27 у теплий період року за допомогою пересувних установок.
У струмені припливного повітря на його вході в робочу зону або в зону
обслуговування приміщення слід приймати:
а) максимальну швидкість руху повітря vп, м/с, за формулою:
vп = Kп vн ;
б) максимальну температуру tп, °С, при компенсації втрат теплоти у
приміщенні за формулою:
tп = tн + t1 ;
в) мінімальну температуру t´п, °C, при асиміляції (поглинанні)
надлишків теплоти у приміщенні за формулою:
66
tп = tн − t2 .
У формулах:
vn, tn − відповідно нормована швидкість руху повітря, м/с, та нормована
температура повітря, °С, на робочих місцях у робочій зоні або в зоні
обслуговування приміщення;
Кn − коефіцієнт переходу від нормованої швидкості руху повітря в
приміщенні до максимальної швидкості у струмені припливного повітря,
що визначається згідно з додатком Ж;
Δt1, Δt2 − допустимі відхилення температури повітря, °С, у струмені
припливного повітря від нормованої температури повітря в зоні
обслуговування або в робочій зоні, які визначаються згідно з додатком И.
При розташуванні повітророзподільників у межах робочої зони або
зони обслуговування приміщення швидкість руху та температура повітря не
нормуються на відстані 1 м від повітророзподільника.
У приміщеннях при променевому опаленні та нагріванні (у тому числі
з газовими та електричними інфрачервоними випромінювачами) або
охолодженні постійних робочих місць або місць постійного перебування
людей температуру повітря слід приймати за розрахунком із забезпеченням
температурних умов (результуючої температури), що еквівалентні
нормованій температурі повітря в робочій зоні або в зоні обслуговування
приміщення.
За наявності джерел з інтенсивністю 35 Вт/м2 і більше результуюча
температура на постійних робочих місцях або місцях постійного
перебування людей не повинна перевищувати верхньої межі оптимальних
норм, що встановлені для теплого періоду року, на непостійних робочих
місцях – верхньої межі допустимих норм, що встановлені для постійних
робочих місць у теплий період року, на місцях тимчасового перебування
людей – верхньої межі допустимих норм, що встановлені для теплого
періоду року в приміщенні.
67
У виробничих приміщеннях, де неможливо забезпечити на робочих
місцях нормовану інтенсивність теплового опромінення працюючих до
140 Вт/м2 через технологічні вимоги, технічну недосяжність або економічно
обґрунтовану недоцільність, слід застосовувати душування робочих місць
зовнішнім або охолодженим повітрям; температуру та швидкість руху
повітря на робочому місці при повітряному душуванні слід приймати згідно
з додатком К.
У приміщеннях для відпочинку робітників гарячих цехів слід приймати
температуру повітря 20 °С у холодний період року і 23 °С - у теплий.
Концентрацію шкідливих речовин у повітрі робочої зони на робочих
місцях у виробничих приміщеннях при розрахунку систем променевого
опалення та нагрівання, систем вентиляції та кондиціонування слід
приймати такою, що дорівнює гранично-допустимій концентрації (ГДК) у
повітрі робочої зони відповідно до ГОСТ 12.1.005, а також згідно з
нормативними документами органу санітарно-епідеміологічного нагляду.
Концентрацію шкідливих речовин у припливному повітрі на виході з
повітророзподільних пристроїв слід приймати за розрахунком з
урахуванням фонових концентрацій цих речовин у місцях розташування
таких пристроїв, але не більше:
а) 30 % від ГДК у повітрі робочої зони - для виробничих та
адміністративно-побутових приміщень, визначеного згідно з ГОСТ
12.1.005;
б) ГДК в атмосферному повітрі населених пунктів згідно з ДСП 201 -
при подачі його до житлових та громадських приміщень.
Параметри мікроклімату при кондиціонуванні повітря чистих
приміщень слід передбачати для забезпечення в робочій зоні або в зоні
обслуговування:
- чистоти повітря відповідного класу, прийнятого згідно із завданням
на проектування;
- параметрів повітря в межах оптимальних норм.
68
Температуру зовнішнього повітря у відповідних районах будівництва
згідно з ДСТУ-Н Б В.1.1-27 слід приймати для забезпечення нормованих
параметрів мікроклімату в приміщеннях громадських, адміністративно-
побутових та виробничих будівель:
− системами опалення, вентиляції та кондиціонування повітря у
холодний період року - температуру зовнішнього повітря для
найхолоднішої п'ятиденки забезпеченістю 0,92;
− системами вентиляції та повітряного душування в теплий період
року - температуру зовнішнього повітря для найжаркішої п'ятиденки
забезпеченістю 0,99;
− системами кондиціонування та охолодження повітря в теплий
період року – температуру зовнішнього повітря для найжаркішої доби
забезпеченістю 0,95.
При проектуванні систем кондиціонування та охолодження повітря
приміщень будівель у сільській місцевості допускається (згідно із завданням
на проектування) приймати розрахункову температуру зовнішнього повітря
в теплий період року для найжаркішої п'ятиденки забезпеченістю 0,99
згідно з ДСТУ-Н Б В.1.1-27.
Кліматичні характеристики вітру та відносної вологості зовнішнього
повітря слід приймати відповідно до ДСТУ-Н Б В.1.1-27.
Температуру зовнішнього повітря для перехідних умов року слід
приймати не менше ніж 8°С згідно з ДСТУ-Н Б В.1.1-27 (але не вище ніж
14°С) або таку температуру зовнішнього повітря, за якої для підтримання
нормованої температури повітря в приміщеннях будівлі не треба
використовувати обладнання, що споживає теплоту або холод, відповідно
до положень ДБН В.2.5-67:2013 та згідно з вимогами будівельних норм за
окремими типами будівель і споруд.
Відповідно до завдання на проектування допускається передбачати
параметри зовнішнього повітря більш низькі у холодний період року та
69
більш високі у теплий період року ніж розрахункові параметри зовнішнього
повітря.
При проектуванні систем вентиляції, кондиціонування та охолодження
повітря будівель у містах з населенням більше 100 тисяч, а також при
розташуванні приймальних пристроїв зовнішнього повітря на південно-
східному, південному або південно-західному фасадах будівлі
рекомендується приймати температуру зовнішнього повітря в теплий період
року до 3 °С більшою за розрахункову.
Системами опалення при температурі зовнішнього повітря нижче, а
системами кодиціонування та охолодження повітря – вище розрахункового
значення, допускається забезпечувати температуру внутрішнього повітря в
межах допустимих норм, рекомендується – у межах оптимальних норм.
Вибухопожежобезпечні концентрації речовин у повітрі приміщень
необхідно визначати при параметрах зовнішнього повітря, які встановлені
для розрахунку систем вентиляції та кондиціонування.
При визначенні параметрів мікроклімату для проектування систем
опалення, вентиляції, кондиціонування та охолодження повітря разом з
цими будівельними нормами слід також керуватися положеннями
відповідних санітарно-епідеміологічних нормативів та будівельних норм з
проектування окремих типів будівель (у тому числі спеціального
призначення), якщо вони не погіршують вимоги цих будівельних норм.
5.2 Вентиляція, повітряне опалення, кондиціонування та
охолодження повітря
Вентиляцію з механічним спонуканням (далі – механічна вентиляція)
необхідно передбачати:
а) якщо метеорологічні умови та чистота повітря не можуть бути
забезпечені вентиляцією з природним спонуканням (далі − природна
вентиляція);
70
б) для приміщень та зон без природного провітрювання.
Допускається проектувати змішану вентиляцію з частковим
застосуванням систем природної вентиляції (ежекційну систему вентиляції
і використання стато-динамічних дефлекторів як систем природної і
комбінованої вентиляції ) для подачі або видалення повітря.
У приміщеннях з природним освітленням відповідно до ДБН В.2.5-28
крізь світлові прорізи у зовнішніх огороджувальних конструкціях і з
об’ємом на кожного працюючого не менше ніж 40 м3 або 30 м3 (для
громадських або виробничих приміщень відповідно) допускається, за умови
обґрунтування, застосовувати періодичне провітрювання через фрамуги,
кватирки.
Природну витяжну вентиляцію для громадських, адміністративних та
побутових приміщень треба розраховувати на різницю густини зовнішнього
повітря з температурою 5 °С та внутрішнього повітря з температурою для
холодного періоду року згідно з 5.1. Надходження зовнішнього повітря у
приміщення слід передбачати через спеціальні припливні пристрої у
зовнішніх стінах або у вікнах. Для приміщень, в яких при температурі
зовнішнього повітря 5оС не забезпечується видалення нормованих витрат
повітря, необхідно передбачати механічну витяжну вентиляцію.
Природну вентиляцію для виробничих приміщень слід розраховувати:
а) на різницю густини зовнішнього та внутрішнього повітря при
розрахункових параметрах перехідного періоду року для усіх опалюваних
приміщень, а для приміщень з надлишками теплоти – за розрахунковими
параметрами теплого періоду року;
б) на дію вітру при швидкості 1 м/с у теплий період року – для
приміщень без надлишків теплоти.
При нагріванні повітря у припливних і рециркуляційних установках
температуру теплоносія (вода, пара тощо) для повітронагрівачів, а також
температуру тепловіддавальних поверхонь електроповітронагрівачів та
газових повітронагрівачів слід приймати згідно з додатком А.
71
Очищення повітря від пилу в системах механічної вентиляції та
кондиціонування повинно забезпечувати вміст пилу в повітрі, що подається,
не більше ніж:
а) ГДК в атмосферному повітрі населених пунктів – при подачі його до
приміщень громадських будівель;
б) 30 % від ГДК у повітрі робочої зони – при подачі його до приміщень
виробничих та адміністративно-побутових будівель;
в) 30 % від ГДК у повітрі робочої зони з частинками пилу розміром не
більше ніж 10 мкм – при подачі його до пультів керування, зону дихання
робітників, а також при повітряному душуванні;
г) допустимих концентрацій за технічними умовами на вентиляційне
обладнання та повітроводи.
У місцевих вентиляційних відсмоктувачах концентрація видаляємих
горючих газів, пари, аерозолів і пилу в повітрі не повинна перевищувати
50 % від НКМП (0,5•СНКМП) при максимально допустимій температурі
суміші, що видаляється.
Системи повітряного опалення та системи припливної вентиляції, які
суміщені з повітряним опаленням, слід передбачати:
- з резервними циркуляційними насосами повітронагрівачів та з
резервними вентиляторами або з резервними електродвигунами
вентиляторів (за винятком вентиляторів з робочим колесом, яке встановлено
на валу електродвигуна, та вентиляторів типу “мотор-колесо” з
електродвигунами із зовнішним ротором);
- не менше двох опалювальних агрегатів (або двох систем); у разі
виходу з ладу вентилятора одного з двох агрегатів (систем) допускається
зниження температури повітря у приміщенні впродовж періоду ремонтних
робіт нижче за нормовану, але не нижче допустимої температури повітря в
неробочий час.
Системи кондиціонування повітря та загальнообмінної вентиляції для
виробничих, адміністративно-побутових та громадських приміщень без
72
природного провітрювання із постійним перебуванням людей слід
передбачати не менше ніж з двома припливними та двома витяжними
вентиляторами, кожний продуктивністю не менше ніж 50 % потрібного
повітрообміну приміщень. Допускається передбачати одну припливну та
одну витяжну системи з резервними вентиляторами або резервними
електродвигунами.
Системи кондиціонування повітря, а також системи припливної
загальнообмінної вентиляції, які призначені для цілодобового і цілорічного
забезпечення необхідних параметрів повітря в громадських та виробничих
приміщеннях, слід передбачати не менше ніж з двома установками. У разі
виходу з ладу однієї з установок необхідно забезпечити не менше ніж 50 %
потрібного повітрообміну та задану температуру (але не менше 12°С) у
холодний період року. При наявності технологічних вимог або згідно із
завданням на проектування допускається передбачати встановлення
резервних кондиціонерів або вентиляторів, електродвигунів, насосів тощо
для підтримки необхідних параметрів повітря.
Системи місцевих вентиляційних відсмоктувачів шкідливих речовин 1
і 2 класів небезпеки слід передбачати з одним резервним вентилятором (для
кожної системи або для двох систем), який буде забезпечувати витрату
повітря, необхідну для підтримання у приміщенні концентрації шкідливих
речовин нижче ГДК, якщо в разі зупинки вентилятора не може бути
зупинено технологічне обладнання або концентрація шкідливих речовин у
приміщенні буде перевищувати ГДК упродовж робочої зміни.
Резервний вентилятор допускається не передбачати, якщо зниження
концентрації шкідливих речовин до ГДК може бути досягнуто передбаченою
аварійною вентиляцією, що вмикається автоматично.
Системи вентиляції, кондиціонування та повітряного опалення (далі –
вентиляції) слід передбачати окремими для різних протипожежних відсіків
та допускається передбачати спільними для груп приміщень, розташованих
у межах одного протипожежного відсіку.
73
Системи місцевих відсмоктувачів шкідливих речовин або вибухо-
пожежонебезпечних сумішей необхідно передбачати окремими від системи
загальнообмінної вентиляції.
До цілодобовопрацюючої системи загальнообмінної витяжної
вентиляції, що обладнана резервним вентилятором, допускається
приєднувати місцеві відсмоктувачі шкідливих речовин, від яких не потрібно
очищати повітря.
У системах механічної загальнообмінної припливно-витяжної
вентиляції та системах кондиціонування повітря слід застосовувати
обладнання для утилізації теплоти/холоду відповідного класу ефективності.
При проектуванні забору зовнішнього повітря та викиду назовні
витяжного повітря слід передбачати наступне:
− забір зовнішнього повітря слід здійснювати із зон з якомога чистим,
не вологим і прохолодним (у теплий період року) повітрям;
− викид назовні витяжного повітря слід здійснювати так, щоб
унеможливити загрозу для здоров’я людей чи шкоду для будівлі або
навколишньому середовищу.
Місце забору зовнішнього повітря не допускається розташовувати на
відстані ближче, ніж 8м по горизонталі від сміттєзбірника, зони паркінгу
автомобілів (для трьох або більшої кількості), проїздів, зон вантаження,
вентиляційних отворів каналізації, верхівок димових труб та інших
подібних джерел забруднення та утворення неприємного запаху.
Повітрозабірник не допускається розміщувати на фасаді, що виходить на
жваву вулицю. Якщо це не можливо, то приймальний отвір
повітрозабірника повинен бути якомога вище від землі.
Не слід розташовувати пристрій для забору зовнішнього повітря там, де
можливий зворотний потік викидного повітря або вплив іншого
забруднюючого фактора або повітря з неприємним запахом. У верхній
частині будівлі або у випадках, коли якість зовнішнього повітря з обох сторін
74
будівлі однакова, повітрозабірник слід розташовувати з навітряної сторони
будівлі.
Низ отвору приймального пристрою зовнішнього повітря слід
розташовувати на висоті не менше ніж 1 м від рівня стійкого снігового
покрову, який визначають згідно з даними гідрометеостанцій або за
розрахунком, та не нижче 2 м від рівня землі. Низ отвору приймального
пристрою зовнішнього повітря розташованого на даху або покритті будівлі,
повинен бути на висоті в 1,5 рази більшій від максимально можливої висоти
снігового покрову. Ця висота може бути зменшена, якщо застосовані засоби
захисту від снігового покрову, наприклад, заслін від снігу.
Якщо існує ризик попадання в систему вентиляції води в будь-якій
формі (сніг, дощ тощо) або пилу (включаючи листя тощо), розміри
незахищеного отвору приймального пристрою зовнішнього повітря
визначають за розрахунком відповідно до ДСТУ EN 13030.
При розташуванні місць викиду повітря слід враховувати
характеристики (якість) витяжного повітря, що залежать від типу
приміщення та умов його використання. Викид повітря назовні здійснюють,
як правило, у найвищому місці даху вертикально вгору.
Висоту вентиляційної труби системи витяжної природної вентиляції,
що розташована, на відстані, рівній або більшій за висоту суцільної
конструкції, яка виступає над покрівлею, слід приймати:
- не менше ніж 0,5 м над плоскою покрівлею;
- не менше ніж 0,5 м над гребенем даху або парапетом – при
розташуванні вентиляційного каналу на відстані до 1,5 м від гребеня або
парапету;
- не нижче гребеня даху або парапету – при розташуванні
вентиляційного каналу на відстані від 1,5 до 3 м від гребеня або парапету;
- не нижче за лінію, що проведена від гребеня донизу під кутом 10° до
горизонту – при розташуванні вентиляційного каналу від гребеня на
відстані більше 3 м.
75
Вентиляційну трубу системи витяжної природної вентиляції слід
виводити вище покрівлі найбільш високої будівлі, до якої прибудована
будівля з природною системою вентиляції.
Вентиляційну трубу системи витяжної природної вентиляції слід
виводити не нижче лінії, що проведена під кутом 10° до горизонту і є
дотичною до контуру найвищої будівлі, що розташована поруч з будівлею з
природною системою вентиляції.
Висоту вентиляційної труби, розташованої поруч з димовою трубою,
треба приймати рівною висоті цієї труби.
Для систем механічної вентиляції допускається викид витяжного
повітря назовні через пристрій розташований у стіні будівлі з приміщень, де
головними джерелами забруднення є матеріали конструкції будівлі, меблі
тощо, а також люди (окрім туалету, курильні тощо), за таких умов:
- відстань між пристроєм для викиду витяжного повітря та сусідньою
будівлею не менше ніж 8 м;
- відстань між пристроєм для викиду витяжного повітря та пристроєм
для забору зовнішнього повітря на одній стіні не менше ніж 2 м (як правило,
пристрій для викиду витяжного повітря слід розташовувати вище
повітрозабірника);
- витрата викидного повітря не більше ніж 0,5 м3/с;
- швидкість повітря в пристрої для викиду витяжного повітря не менше
ніж 5 м/с.
У всіх інших випадках пристрої для викиду витяжного повітря слід
розташовувати на даху.
Низ пристрою для викиду витяжного повітря, що розташований на даху
або покритті будівлі, повинен бути на висоті в 1,5 рази більше від
максимально можливої висоти снігового покрову. Цю висоту допускається
зменшувати, якщо застосовані засоби захисту від снігового покрову,
наприклад, заслін від снігу.
76
Для нежитлових і невиробничих приміщень (громадських,
адміністративно-побутових тощо) мінімальну відстань між пристроєм для
забору зовнішнього повітря та пристроєм для викиду витяжного повітря у
залежності від якості витяжного повітря видаляемого системою механічної
вентиляції, коефіцієнта розсіювання і витрати повітря через викидний
пристрій слід визначати відповідно до ДСТУ Б EN 13779. Положення ДСТУ
Б EN 13779 рекомендується застосовувати також для систем механічної
вентиляції житлових будівель. Необхідні екологічні або гігієнічні умови
можуть вимагати більш значних відстані та/або швидкості викиду повітря.
Витрату припливного повітря (зовнішнього або суміші зовнішнього та
рециркуляційного) слід визначати за розрахунком відповідно до додатка Ф і
приймати більшу з необхідної.
Витрату припливного зовнішнього повітря для приміщення необхідно
приймати не менше:
а) мінімальної витрати відповідно до додатка Х;
б) витрати повітря, що видаляється системами місцевих відсмоктувачів
або витяжної загальнообмінної вентиляції чи технологічним обладнанням, з
урахуванням нормованого дисбалансу;
Рециркуляція повітря не допускається:
а) з приміщень, у яких максимальна витрата зовнішнього повітря
визначається масою виділених шкідливих речовин 1 та 2 класів небезпеки;
б) з приміщень, у повітрі яких знаходяться хвороботворні бактерії та
грибки з концентраціями, які перевищують визначені органом санітарно-
епідеміологічного нагляду норми, або з приміщень, що мають різко виражені
неприємні запахи;
в) із приміщень, в яких є шкідливі речовини, що можуть бути
сублімовані, якщо перед повітронагрівачем не передбачене очищення
повітря;
г) із приміщень категорій А та Б (крім повітряних і повітряно-теплових
завіс поблизу зовнішніх воріт та дверей);
77
д) із лабораторних приміщень, у яких можуть виконуватись роботи з
шкідливими або горючими газами, парами та аерозолями;
е) з 5-метрових зон навколо обладнання, розташованого у приміщеннях
категорій В, Г та Д, якщо у цих зонах можуть утворюватися
вибухонебезпечні суміші із горючих газів, парів та аерозолів з повітрям;
ж) із систем місцевих відсмоктувачів шкідливих речовин і
вибухонебезпечних сумішей з повітрям;
и) з тамбур-шлюзів.
Рециркуляція повітря допускається із систем місцевих відсмоктувачів
пилоповітряних сумішей (крім вибухонебезпечних пилоповітряних
сумішей) після очищення них від пилу.
Рециркуляція повітря обмежується:
а) межами одного номеру в готелі або одноквартирного будинку;
б) межами одного або декількох приміщень, у яких виділяються
шкідливі речовини 1, 2, 3 або 4 класів небезпеки, крім приміщень, які
наведені в 7.4.4 а).
У громадських, адміністративно-побутових та виробничих будівлях, що
обладнані механічними системами вентиляції, у холодний період року слід
забезпечувати баланс між витратою припливного та витяжного повітря.
У громадських та адміністративно-побутових будівлях частину
припливного повітря (в об’ємі не більш ніж 50 % витрати повітря, що
призначене для обслуговування приміщень) допускається подавати до
коридорів або суміжних приміщень.
У громадських та адміністративно-побутових будівлях допускається
видаляти частину витяжного повітря в об’ємі не більше півторакратного
повітрообміну за 1 год через перетічні решітки із коридорів або суміжних
приміщень з урахуванням 7.11.4.
Для чистих приміщень і приміщень з кондиціонуванням повітря слід
передбачати позитивний дисбаланс, якщо в них відсутні виділення
78
шкідливих та вибухонебезпечних газів, пари й аерозолів або різко виражені
неприємні запахи.
Припливне повітря необхідно спрямовувати так, щоб повітря не
поступало через зони з більшим забрудненням у зони з меншим
забрудненням і не порушувало роботи місцевих відсмоктувачів. Припливне
повітря треба подавати на постійні робочі місця, якщо вони знаходяться
поблизу джерел шкідливих виділень, для яких неможливе улаштування
місцевих відсмоктувачів.
Видалення повітря з приміщень системами вентиляції слід передбачати
із зон, в яких повітря найбільш забруднене або має найбільш високу
температуру або ентальпію. При виділенні пилу та аерозолів у приміщеннях
без тепловиділень видалення повітря системами загальнообмінної
вентиляції необхідно передбачати із нижньої зони.
У виробничих приміщеннях з виділеннями шкідливих або горючих
газів або пару забруднене повітря треба видаляти із верхньої зони в об’ємі
не менше однократного повітрообміну за 1 год, а у приміщеннях заввишки
більше 6 м – не менше ніж 6 м3/год на 1 м2 приміщення.
Приймальні пристрої для видалення повітря системами
загальнообмінної витяжної вентиляції з нижньої зони слід розташовувати на
рівні до 0,3 м від підлоги до низу отвору.
Низ пристроїв (решіток або патрубків) для видалення повітря системою
загальнообмінної витяжної вентиляції з нижньої зони приміщення слід
розташовувати на рівні до 0,3 м від підлоги.
Шум і вібрація від обладнання систем вентиляції та кондиціонування
повітря після шумоглушників і заходів проти впливу шуму і вібрації повинні
відповідати санітарно-гігієнічним нормативам для робочої зони згідно з
ДСН 3.3.6.037 для шуму та ДСН 3.3.6.039 для вібрації, а також
забезпечувати вимоги ДБН В.1.1-31 та ДСТУ Б EN 15251.
79
ВИСНОВКИ
Основним завданням щодо підвищення енергетичної ефективності
внутрішніх інженерних систем будівель та споруд є зниження витрат на
експлуатацію системи вентиляції. Існуючі способи економії теплової
енергії на нагрівання холодного повітря полягають у використанні
витяжного тепла повітря на нагрівання припливного. Найчастіше в
сучасних системах застосовують досить дорогі рекуперативні установки на
базі пластинчастих та роторних теплообмінників, які дозволяють
використовувати тепло витяжного повітря для нагрівання припливного.
Однак основною перешкодою для їх широкого впровадження є обмерзання
пластин теплообмінної поверхні при негативних температурах холодного
повітря.
З метою визначення реальної ефективності сучасних рекуперативних
установок виконано чисельне моделювання повітропідігрівача з
використанням низки спрощень. В результаті встановлені температури,
при яких відбувається заповнення повітряних каналів льодом з наступним
частковим або повним виходом з експлуатації рекуперативної установки.
Таким чином, при температурі холодного припливного повітря -5 °С
замерзне половина живого перерізу теплообмінника, а при температурі -10
°С лід, утворений з вологи витяжного повітря, заповнить весь об'єм
повітряних каналів. Цей факт підштовхує до пошуку нового
перспективного рішення щодо підвищення ефективності системи
вентиляції.
В якості альтернативи розглянуто варіант рециркуляції
відпрацьованого повітря з одночасним контролем та управлінням якості
повітря в приміщенні, а також знезараження шкідливих домішок за
допомогою сучасних фільтруючих установок. Виконано огляд існуючих
способів очищення витяжного повітря від шкідливих домішок з метою
його повторного використання, а також проведено їх порівняння з погляду
80
експлуатаційних характеристик та економічних показників. Однак і
рециркуляція повітря не дає бажаного результату через нераціональне
використання теплової енергії в періоди часу з максимальним
забрудненням повітря в приміщенні, протягом яких буде потрібно багато
холодного припливного повітря для підтримки необхідного мікроклімату в
будівлі.
Розроблено та запропоновано гібридну система вентиляції з
використанням як рекуперації тепла, так і рециркуляції повітря, а також
вироблені режими роботи системи автоматизації, що дозволяють досягти
максимальної енергетичної ефективності.
Розроблено методику, що дозволяє порівнювати різні системи
вентиляції з точки зору енергетичної та економічної ефективності, на
основі якої доведено, що гібридна система вентиляції має найменші
витрати теплової енергії протягом усього періоду експлуатації, а також
найменший термін окупності, що дозволяє рекомендувати Гібридна
система вентиляції при проектуванні нових об'єктів ЖКГ.
81
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Godo, М. Study on Energy Saving Air-Conditioning Compact Desiccant
Ventilation Units / M. Godo, T. Takatsuka, S. Shindo // International Symposium
on Next-generation Air Conditioning and Refrigeration Technology, 2010, P. 6.
2. Godo, М. Study on energy saving air-conditioning system using compact
desiccant ventilation units. Comparison of regeneration efficiency / М. Godo //
JSRAE Annual Conf., 2008, P. 125-128.
3. Godo, М. Study on energy saving air-conditioning system using compact
desiccant ventilation units. Adsorption and desorption behavior of the direct
heating regeneration type / М. Godo // JSRAE Annual Conf., 2009, P. 427-430.
4. Herderger, S. New IAQ sensor for demand controlledventilation / S.
Herberfer, H. Ulmer // REHVA Journal – 2012. – August.
5. Попович М.Г., Ковальчук О.В. Теорія автоматичного керування:
Підручник. К.: Либідь, 2017. – 656 с.
6. Бабіченко А.К., Тошинський В.І., Михайлов В.С., Подустов М.О.,
Пугановський О.В. Промислові засоби автоматизації. Ч.1. Харків: НТУ
«ХПІ», 2016. – 470 с.
7. Автоматизація виробничих процесів: підручник / І.В.Ельперін,
О.М.Пупена, В.М. Сідлецький, С.М.Швед. – Вид. 2–ге, виправлене. –К.:
Вид. Ліра – К, 2018. – 378с.
8. Технічні засоби автоматизації: навч. посіб. / Володимир Савицький,
Роман Федоришин ; Нац. ун-т "Львів. політехніка". - Львів : Вид-во Львів.
політехніки, 2018. - 291 с.
9. Васильківський І. С., Фединець В. О., Юсик Я. П. Виконавчі
пристрої систем автоматизації. Львів: Львівська політехніка, 2020. 220 с.
10. Константінов С.М. Теплообмін: Підручник.- К.: ВПІ ВПК
„Політехніка”, 2015.- 304с.
82
11. Сегеда М. С. та ін. Нетрадиційні та відновлювані джерела
електроенергії. Навчальний посібник / М. С. Сегеда, М. Й. Олійник, О. Б.
Дудурич. Львів : Видавництво Львівської політехніки, 2019. 204 с.
12. Варламов Г.Б., Любчик Г.М., Маляренко В.А. Теплоенергетичні
установки та екологічні аспекти виробництва енергії: Підручник. – К.: ІВЦ
“Видавництво «Політехніка»”, 2003. – 232 с.
13. Мисак Й.С. та ін. Пристрої для утилізації теплової енергії:
навчальний посібник / Й. С. Мисак, Я. М. Гнатишин, В. Ф. Близнюк, В. Ю.
Крук. Львів: Видавництво Львівської політехніки, 2006. 152 с.
14. Самохвалов В.С. Вторинні енергетичні ресурси та
енергозбереження: навч. посіб. / Віктор Самохвалов ; М-во освіти і науки
України, Нац. ун-т кораблебудування ім. адмірала Макарова, Херсонська
філія. - К. : Центр учбової літератури, 2008. - 223 с.
15. Буляндра О.Ф. Технічна термодинаміка. – К.: Техніка, 2006. – 320 с.
16. Соловей О.І. та ін. Нетрадиційні та поновлювальні джерела енергії:
Навчальний посібник / О.І. Соловей, Ю.Г. Лега, В.П. Розен, О.О. Ситник,
А.В. Чернявський, Г.В. Курбаса; За заг. Ред. О.І. Солов’я. – Черкаси: ЧДТУ,
2007. – 483 с.
17. Праховник А.В., Соловей О.І., Іншеков Є.М. "Від виробництва до
ефективного споживання енергії": Посібник для викладачів, К.: Нотна
фабрика, 2009р.
18. Енергоефективні системи кондиціонування повітря.: навч. посіб.
для студ. спеціальності 144 «Теплоенергетика», спеціалізації «Промислова
та муніципальна теплоенергетика та енергозбереження» / КПІ ім. Ігоря
Сікорського ; уклад.: А. С. Соломаха, В. В. Середа. – Електронні текстові
дані – Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2020. – 53 с.
19. Боженко, М. Ф. Енергозбереження в теплопостачанні [Електронний
ресурс] : текст лекцій для студентів спеціальності «Теплоенергетика» / М.
Ф. Боженко ; НТУУ «КПІ». – Електронні текстові данні. – Київ : НТУУ
«КПІ», 2015. – 225 с. – Назва з екрана.
83
20. Боженко, М. Ф. Системи опалення, вентиляції і кондиціювання
повітря будівель [Електронний ресурс] : навчальний посібник для студентів
спеціальності 144 «Теплоенергетика» / М. Ф. Боженко ; КПІ ім. Ігоря
Сікорського. – Електронні текстові дані. – Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського,
2019. – 380 с.
21. Теплопостачання та вентиляція Навчальний посібник / О. Т. Возняк,
О. О. Савченко, Х. В. Миронюк, С. П. Шаповал, Н. А. Сподинюк, Б. І. Гулай.
Львів: Видавництво Львівської політехніки, 2013. 276 с.
22. Джеджула, В. В. Вентиляція та кондиціювання громадських
об’єктів : навчальний посібник / Джеджула В. В. – Вінниця : ВНТУ, 2021. –
71 с.
23. Мисак Й.С., Гнатишин Я.М., Івасик Я.Ф. Паливні пристрої для
спалювання низькосортних палив. —Л.:ну «ЛП», 2012. —136с.
24. Сидельковский Л.Н., Юренев В.Н. Котельні установки промислових
підприємств: 5-е видання. – К., 2015. – 548 с.
25. Котельні установки промислових підприємств: навч. посіб. / В.А.
Волощук, А.К. Денісов, І.П. Трофимчук. — Рівне : НУВГП, 2013. — 327 с.
26. Ткаченко, С. Й. Котельні установки: Навч. посіб. / С. Й. Ткаченко,
Д. В. Степанов, Л. А. Боднар. – Вінниця : ВНТУ, 2016. – 185 с
27. Білуха М.Т. Методологія наукових досліджень: Підручник. – К.:
АБУ, 2002. – 480 с.
28. Гуревічов М. Державне регулювання науки // Економіка України.-
2001.-№10.
29. Шейко В.М., Кушнаренко Н.М. Організація та методика науково-
дослідницької діяльності: Підручник. – 2-ге вид., перероб. і доп. – К.:
Знання-Прес, 2002. – 295 с.
30. Геєць В. Про підсумки наукової діяльності установ Відділення
економіки ПАНУ в 2000 р. та перспективи розвитку фундаментальних
досліджень у галузі економічних наук // Економіка України. - 2001. - № 4.
84
31. ДСТУ Документація, звіти у сфері науки і техніки. - К.:
Держстандарт України, 1995.
32. Дубров Ю. Наука як система, що самоорганізується // Вісник НАНУ
- 2000. - № 2.
33. Сорока І.В. У XXI століття з високим рівнем національної освіти і
науки //Фінанси України. - 2000. - № 8.
34. Грановський В. Л., Прижижецький С. І. Система опалення
житлових будівель масового будівництва та реконструкції з комплексним
автоматизуванням теплоспоживання // «АВОК». - 2002. - № 5
35. Прохоров В. І., Усіков С. М. Про раціональність застосування
термостатів у системах водяного опалення // «САНТЕХНІКА, ОПАЛЕННЯ,
КОНДИЦІОНУВАННЯ». – 2018. – №6
36. Про затвердження Правил технічної експлуатації теплових
установок і мереж Наказ Міністерства палива та енергетики України від 14
лютого 2007 року N 71
37. Про затвердження Положення про Міністерство розвитку громад та
територій України, постанова, від 30 квітня 2014 р. № 197 Київ,
38. Положення про Міністерство розвитку громад та територій України,
затверджено постановою Кабінету Міністрів України від 30 квітня 2014 р.
№ 197
39. Владикина А. Н. Підвищення енергетичної ефективності житлових
будинків / О.М. Владикина // Стійкий розвиток науки та освіти. - 2019. - №7.
- С. 121-126.
40. Глазунова Є. К., Василенко О. І., Скорик Т. А. Питомі опалювальні
навантаження та енергоефективність сучасної житлової забудови //
Науковий огляд. 2013 № 2. С. 94-96.
41. Страхова Н. А., Скорик Т. А., Соколова Г. Н. Екологічні та
економічні аспекти теплозахисних заходів // Науковий огляд. 2013 № 2. С.
91-93.
85
42. Данекянц А. Г. Волосатова Т.А. Загальні питання
енергоефективності // «Будівництво-2014»: матеріали Міжнародної науково-
практичної конференції. н/Д: Зростання. держ. буд. ун-т, 2014. з 12-13.
43. Лисєв В. І. Шилін А. С. Напрями підвищення енергоефективності
будівель та споруд // Холодильна техніка та кондиціювання. 2017. №2. С. 18-
25.
44. Гагарін В.Г. Макроекономічні аспекти – обґрунтування
енергозберігаючих заходів при підвищенні теплозахисту. конструкцій
будівель. // Будівельні матеріали. 2010 №3, стор 8 - 16.
45. Гагарін В.Г., Козлов В.В. Про комплексний показник теплового
захисту оболонки будівлі. // Журнал АВОК. 2010. № 4, стор 52-60.
46. Фаренюк Г.Г., Фаренюк Є.Г. Теплові та економічні аспекти
енергозбереження у будинках. Екологічні системи. К: Авок-прес, 2004.
47. Табунщик Ю.А., Бродач М.М. Математичні моделювання та
оптимізація теплової ефективності будівель К: Авок-прес, 2002.
86