Вентиляция аудитории

Рассмотрим выбор системы вентиляции для аудитории, служащей примером помещения, в котором люди сидят на разной высоте.

Описание

Схема аудитории представлена на рисунке. Курение в помещении запрещено. В аудитории может находиться максимум 200 человек, но обычно аудитория заполнена только частично.

Обычный режим использования аудитории: помещение занято в течение 45 минут, после чего следует перерыв 15 минут. Работа в помещении начинается с 08:15 утра, заканчивается приблизительно в 15:00.

Параметры аудитории

Размеры помещения
Высота	6, 0 м
Средняя ширина	15,5 м
Длина	22,0 м
Общая площадь	341, 0 м2
Объем	1600 м2
Максимальное количество людей в помещении	280
Площадь на человека	1, 14 м2

Требования по тепловому комфорту

Температура в зоне обслуживания
Максимальная температура	26 0С
Минимальная температура	20 0С
Оптимальная (целевая) температура	23 0С
Максимальный вертикальный температурный градиент	2, 0 0С/м

Критерии проектирования

В качестве критерия качества воздуха вы­двигается требование недопустимости превы­шения концентрации С0₂ в зоне дыхания ве­личины 1000 ррт.

Стратегия вентиляции

Аудитория — высокое помещение, и ос­новной проблемой в нем является тепловыде­ления от людей. Вентиляция вытеснением представляется в этом случае оптимальным решением.

На рисунке показаны два варианта разме­щения воздухораспределителей. Оба вариан­та успешно применялись на практике. При размещении, показанном на рисунке А, воз­дух подается перед слушателями, а при разме­щении на рисунке Б — под сиденья. В обоих случаях удаление воздуха производится из верхней зоны на уровне потолка.

Когда люди сидят на разной высоте, воз­дух подтекает к конвективным потокам с раз­ных уровней. Таким образом, качество воздуха для сидящих в верхней части помещения будет хуже, чем для людей в ни­жней части помещения.

Размещение воздухораспределителей под сиденьями было бы хорошим решением, если бы можно было «удержать» свежий воздух между рядами. Однако из-за наличия разрыва рядов, например, ступенями прохода, свежий воздух будет опускаться вниз вдоль ступеней, стекать как вода, и не будет по­падать в конвективные потоки вокруг людей.

В данном примере мы выбираем подачу воздуха под сиденья и вытяжку в потолке, как показано на рисунке Б.

Расчет воздухообмена из условий обеспечения теплового комфорта

Теплопоступления в помещении предста­влены в таблице.

Люди в помещении	280 чел.	85 Вт/чел.	23800 Вт	69,8 Вт/м2
Освещение	341 м2	10 Вт/м2	3410 Вт	10,0 Вт/м2
Итого			27210 Вт	79,8 Вт/м2
Тепло, ассимилированное вентиляционным воздухом			19047 Вт	55,9 Вт/м2

Основными источниками тепловыделений являются люди, находящи­еся в аудитории. В течение 45 минут аудито­рия испытывает максимальную нагрузку, за­тем она освобождается на 15 минут перед сле­дующей лекцией. Расчетная величина теплопоступлений может быть определена с учетом режима использования помещения и аккуму­лирования тепла элементами конструкций.

Мы приняли, что вентиляционный воздух должен ассимилировать 70 % максимальной тепловой нагрузки.

Перед расчетом расхода вентиляционного воздуха рассмотрим распределение темпера­туры в помещении. Во-первых, если мы пред­положим, что 1/3 общего повышения темпе­ратуры в помещении приходится на рост тем­пературы от уровня подачи приточного возду­ха до температуры воздуха у пола, темпера­турное распределение будет приблизительно таким, как представлено на рисунке, при удовлетворении требований по температуре . В этом случае значения тем­пературы лежат в расчетных границах. Раз­ность температуры вытяжного и приточного воздуха становится равной 9 ⁰С, в результате расход воздуха принимает значение I 757 л/с (6 324 м³/ч).

Следует стремиться к более равномерному температурному распределению, при кото­ром температура верхней части помещения будет ниже, а температура у пола — выше.

Для достижения этого могут быть ис­пользованы воздухораспределители с хоро­шим уровнем перемешивания приточного и внутреннего воздуха, либо их можно раз­местить под сиденья. В этом случае «правило 50 %» в отношении температурного распре­деления является более вероятным (см. рисунок). Для такого случая разность температу­ры вытяжного и приточного воздуха 10 ⁰С и, соответственно, расход воздуха I 581 л/с (5 691 м³/ч).

Расчет воздухообмена из условий обеспечения качества воздуха

В данном случае преследуется цель полу­чения структуры потока воздуха, показанной на рисунке А. Однако мы знаем, что в конце рядов структура потока более сходна с пред­ставленной на рисунке Б. Это означает, что при определении расхода вентиляционного воздуха мы должны быть реалистичными и не рассчитывать на все преимущества выте­сняющей вентиляции.

Например, необходимый расход вентиля­ционного воздуха в случае применения пере­мешивающей вентиляции может быть опре­делен следующим образом.

Максимальное увеличение концентрации С0₂ на человека равно:

?Ссо₂ = (1000 — 350) ррт = 650 ррт

(при условии, что концентрация С0₂ в при­точном воздухе равна 350 ррт).

Минимальный расход вентиляционного воздуха на человека определяется как:

q_s/n = n*q_CO2 / ?C_CO2 = 0,006 / 650*10^-6 = 9,2 л/(с*чел.)

При наличии 280 человек в помещении минимальный расход воздуха при хорошей перемешивающей вентиляции в стационар­ных условиях равен:

q_s= 280 * 9,2 л/с = 2 576 л/с (9274 м³/ч).

Как сделать параметры вытесняющей вентиляции лучше, чем перемеши­вающей?

При подаче 9,2 л/с на человека под сиде­нья мы можем получить выигрыш из-за эф­фекта. Качество воздуха в зоне дыхания будет суще­ственно лучше, чем при использовании сме­сительной вентиляции. Это положение иллю­стрируется на рисунке.

Рециркуляция

Расчеты показывают, что расход воздуха, требующийся как для обеспечения качества воздуха, так и для теплового комфорта, мень­ше оптимального для применения вытесняю­щей вентиляции. В этом случае использова­ние рециркуляции может быть интересным решением в таких климатических условиях, где рециркуляция становится более эконо­мичным способом использования воздуха, чем применение наружного воздуха. Общие параметры системы рециркуляции предста­влены на рисунке.

В качестве примера предположим, что расход приточного воздуха (q_s) равен 10 л/с на человека, и 40 % приточного воздуха соста­вляет рециркуляционный воздух. Концентра­ция С0₂ в вытяжном воздухе задается соотно­шением:

Се – Ср = q_CO3 / q_р

с_е — концентрация С0₂ в вытяжном воз­духе, ррт;

с_р — концентрация С0₂ в наружном воз­духе, ррт; с_р = 350 ррт;

qсо₂ — выделения С0₂ при дыхании одно­го человека, л/с; qсо₂ = 0,006 л/с;

q_p — расход наружного воздуха, л/(с*чел.); q_p = 6л/(с*чел.).

Подставляя эти значения, получаем:

с_е = 350 ррт + 0,006/6 = I 350 ррт

Концентрация С0₂ в приточном воздухе определяется как:

C_s = (q_r*Ce + q_P*Cp) / q_p

q_r — расход рециркуляционного воздуха, л/(с*чел.); q_r = 4 л/(с*чел.);

q_s — расход приточного воздуха, л/(c* чел.); q_s = (10 л/с*чел.).

В результате получаем:

C_s = (4 л/с * 1350 ррт + 6 л/с * 350 ррт) / 10 л/с = 750 ррт.

Концентрация С0₂ в зоне дыхания, с_ехр, задается в виде:

с_ехр =( I / E_ехр )* (с_е – с_s) + с_s

где E_ехр — индекс влияния человека.

По рисунку мы можем оценить индекс влияния человека в диапазоне от 3 до 4 при расходе приточного воздуха 10 л/с. Это оз­начает, что при E_ехр = 3 ожидаемая концентра­ция С0₂ в зоне дыхания равна:

с_ехр = I/3 (1350 ppm – 750 ppm) + 750 ppm = 950 ppm

При E_ехр = 4, мы получаем:

с_ехр = I/4 (1350 ppm – 750 ppm) + 750 ppm = 900 ppm

Обсуждение результатов

Результаты расчетов показывают, что ка­чество воздуха и требования теплового ком­форта могут быть обеспечены при расходе воздуха, меньшем 20 л/(с*чел.), т. е. величи­ны, которая была раньше признана необхо­димой для вытесняющей вентиляции. Таким образом, применение рециркуляции и правильное размещение воздухораспределителей позволяет уменьшить расход наружного воз­духа приблизительно на 40 % по сравнению с перемешивающей вентиляцией.

Комментарий: Представленные здесь тео­ретические расчеты, так же как и субъектив­ные наблюдения из практического опыта, указывают на преимущества применения вытесняющей вентиляции. Однако эти выводы пока еще не проверены экспериментально.

Размещение воздухораспределителей. Положение воздухораспределителей

Воздухораспределители размешаются под сиденьями. В настоящее время имеется множество воздухораспределителей различного типа, поэтому при их выборе необходимо убе­диться, что размеры примыкающей зоны и температурные характеристики данного устройства не создают сквозняков у ног сидя­щих в помещении.

Положение вытяжных устройств

Вытяжные устройства должны распола­гаться в самой высокой точке помещения.

Основные показатели проекта

Расход вентиляционного воздуха	Общий qs, л/с	На человека qs/n , л/(с*чел.)	На единицу площади помещения, qs / At
			л/(с*м2)	м3 / (ч*м2)
Расход наружного воздуха	1680	6	4,9	17.7
Расход рециркуляционного воздуха	1120	4	3,3	11,8
Расход вентиляционного воздуха	2800	10	8,2	29,5
Кратность воздухообмена	6,3 ч-1