Вентиляция помещения класса

Рассмотрим пример расчета системы вен­тиляции помещения школьного класса.

Описание

В примере зал заседаний (https://enginerishka.ru/ventilyaciya/ventilyaciya-zala-zasedanij.html) рас­сматривается как помещение класса. Разли­чие состоит в числе находящихся в помеще­нии людей.

Размеры комнаты
Высота	2,8 м
Длина	9,0 м
Ширина	4,7 м
Общая площадь	42,3 м2
Объем	118,4 м3
Max кол-во находящихся в классе людей	64
Площадь на одного человека	0,7 м2

Критерии проектирования

Критерии теплового комфорта в основ­ном такие же, как и в примере (https://enginerishka.ru/ventilyaciya/ventilyaciya-zala-zasedanij.html). Для максимальной тепловой нагрузки допу­скается значение вертикального градиента температур 2 °С/м.

Требуется качество воздуха с максималь­ной концентрацией С0₂ в зоне обслуживания

С_{СО2 MAX} = 1000 ррт

Требования по тепловому комфорту

Температура в зоне обслуживания
Максимальная температура	24 0С
Минимальная температура	20 0С
Оптимальная (целевая) температура	22 0С
Максимальный вертикальный температурный градиент	2,0 0С/м

Расчет воздухообмена из условий обеспечения качества воздуха

При выборе расхода вентиляционного воздуха 20 л/с на человека, обеспечивающего стратификацию над головами людей, общий расход будет равен 64*20 л/с = 1 280 л/с (4 600 м³/ч), или 30 л/(с*м²) = 110 м³/(ч*м²); кратность воздухообмена 29 ч^-1. Такой рас­ход воздуха обеспечивает его качество нам­ного превосходящее требуемый уровень С_{СО2 MAX} = 1000 ррm. Исходя из этого, делаем следующие выводы.

Требуемый уровень качества воздуха, С_{СО2 MAX} = 1000 ррт, может быть обеспечен пе­ремешивающей вентиляцией при расходе воздуха 9,25 л/(с*чел.). Такое значение расхо­да воздуха получено следующим расчетом:

q_S = q_CO2 / (C_CO2MAX*C_S) = 0,006 л/с / (1000ppm — 350ppm) = 9,25 л/с = 3,33 м³ / м²*ч)

q_C02 — выделение C0₂ находящимся в по­кое человеком, л/с; q_CO2 = 0,006 л/с;

C_CO2MAX — максимально допустимая кон­центрация С0₂, ррm; C_CO2MAX = 1 000 ррm;

C_S — концентрация С0₂ в приточном воз­духе, ppm; C_S = 350 ррm.

Верхняя кривая на рисунке показывает, как концентрация С0₂ в перемешивающей вентиляции (C_CO2MAX) меняется в зависимости от расхода воздуха. В вытесняющей вентиля­ции можно ожидать более высокого качества воздуха в зоне дыхания. Etheridge и Sandberg (1996), (см. рис. )показали, что для значе­ний расхода воздуха от 9 до 5 л/(с*чел.) кон­центрация С0₂ в зоне дыхания составляет только 20—50 % концентрации в зоне обслу­живания. Если предположить, что повыше­ние концентрации в зоне дыхания по отно­шению к приточному воздуху составляет 50 % повышения концентрации в перемешива­ющей вентиляции (в соответствии со значе­нием индекса влияния человека ?_EXP= 2), по­лучаем значение концентрации в зоне дыха­ния — нижняя кривая на рисунке.

Таким образом, можно предположить, что требуемое качество воздуха может быть обес­печено при расходе воздуха, близком 5 л/(с* чел.). Так как лабораторные исследова­ния Etheridge и Sandberg (1996) не получили подтверждения на практике, мы слегка пере­страховываемся и выбираем значение расхода воздуха q_S = 7л/(с*чел.). Общий расход возду­ха составит:

q_S = 7 л/(с*чел.)*64 чел. = 448 л/с = 1 613 м³/ч

что соответствует удельному значению расхо­да воздуха:

q_S / A_FLOOR = 448 / 42,3 (л/с)/м² = 10,6 (л/с)/м² = 38,2 (м³/ч)/м²

Расчет воздухообмена из условий обеспечения теплового комфорта

Тепловой баланс

В данном случае производятся такие же расчеты, что и в предыдущем случае (https://enginerishka.ru/ventilyaciya/ventilyaciya-zala-zasedanij.html). Различием является количество находящихся в помещении людей. По­этому для теплового баланса в помещении класса справедливы данные, приведенные в таблице.

Тепловой баланс для классной комнаты

Max теплопоступления в летнее время
Люди	64 чел.	85 Вт/чел.	5440 Вт
Освещение	42,3 м2	10 Вт/м2	423 Вт
Теплопоступления через наружные ограждения			140 Вт
Инсоляция			402 Вт
Max теплопоступления			6406 Вт
Тепло, аккумулируемое конструкциями здания (30%)			1922 Вт
Тепло, ассимилируемое вентиляционным воздухом			4484 Вт
Удельные теплопоступления			106 Вт/м2
Max теплопотери в зимнее время
Теплопотери через стены и окна			825 Вт 19 Вт/м2

Расход воздуха должен обеспечить отвод избытка тепла (Ф) при заданной максималь­ной разности температуры вытяжного и при­точного воздуха ?_E – ?_S. Максимальная раз­ность температур задается максимальным градиентом температур в помещении:

?_E – ?_F = 2⁰C/м*2,8 м = 5,6 ⁰С

?_E – ?_S = 2*( ?_E – ?_F) = 11,2 ⁰С

Расход вентиляционного воздуха опреде­ляется по формуле:

q = Ф / (p*C_P (?_E – ?_S)) = 4484 Вт / (1,004 кДж/кг*⁰С * 1,20 кг/м³ * 11,2 ⁰С) =

= 3321 л/с = 1196 м³/с

Результаты расчета воздухообмена

Расход воздуха, необходимый для обеспе­чения качества воздуха (448 л/с) больше рас­хода вентиляционного воздуха, требуемого для ассимиляции тепловыделений (332 л/с). Поэтому мы выбираем большее из этих зна­чений:

q_S = 448 л/с = 1 613 м³/ч

При значении расхода воздуха 448 л/с раз­ность температур приточного и вытяжного воздуха составит:

(?_E – ?_S ) = Ф / (p*C_P*q) = 4484 Вт / (1,004 кДж/кг*⁰С * 1,20 кг/м³ * 448 л/с) =8,3 ⁰С

Применяя «правило 50 %», получим распределение температуры, указанное в таблице.

Распределение температуры в соответствии с “правилом 50%”

Требуемая температура воздуха на высоте 1,1 м от пола	?OZ	22 0C
Max вертикальный температурный градиент	S	1,5 0С/м
Температура воздуха у пола	?OZ	20,4 0С
Высота помещения	H	2,8 м
Разность температур вытяжного воздуха и воздуха у пола	?E – ?F	4,2 0С = sh
Температура вытяжного воздуха	?E	24,5 0С = ?F+sh
Температура приточного воздуха	?S	10,2 0С = ?F –sh
Общая разность температур по всему помещению	?E – ?S	8,3 0С
Разность температур воздуха зоны обслуживания и приточного воздуха	?OZ – ?S	5,8 0С

Размещение воздухораспределите­лей (BP)

Расход вентиляционного воздуха 448 л/с почти в два раза больше, чем для зала заседа­ний (https://enginerishka.ru/ventilyaciya/ventilyaciya-zala-zasedanij.html). В классе труд­но найти такое место для установки воздухо­распределителей, чтобы не возникали сквоз­няки в зоне обслуживания.

Угловые воздухораспределители

Одним из вариантов является размещение в каждом углу класса по воздухораспределите­лю (см. рис.).

Однако учащихся, сидящих близко к BP, могут беспокоить сквозняки. За­метим, что это выводы основаны на данных производителя о размере примыкающей зоны.

Если провести теоретические расчеты, анало­гичные выполненным в предыдущем примере (https://enginerishka.ru/ventilyaciya/ventilyaciya-zala-zasedanij.html), выявится наличие сквозняка вдоль всего пола. Поэтому в реальном случае следует соблюдать осторожность, и, возмож­но провести лабораторные испытания.

Настенные воздухораспределители

Другой вариант — установка воздухора­спределителей вдоль внутренней стены клас­са, на расстоянии приблизительно 9 м.

Расход воздуха (в расчете на 1 м длины воздухораспределителя) составит:

q_S /L = 448/9 (л/с)/м = 75 (л/с)/м

Определим мак­симальное значение скорости воздуха у пола:

V_X = 10^-3 * 75 * 3,5 = 0,26 м/с

Величина скорости больше обычно ука­зываемой как «предельной для сквозняка» 0,2 м/с. Возникшая проблема решается уста­новкой еще одного устройства на противопо­ложной стене, что, однако, приводит к удоро­жанию проекта.

Обсуждение результатов

Как было показано, подача необходимого расхода воздуха в класс является непростой задачей. Это связано с трудностями по выбо­ру воздухораспределителей с малыми размерами примыкающей зоны и, возможно, с необходимостью подачи меньшего расхода воздуха из ближайших к людям воздухора­спределителей.

Расчеты для определения качества возду­ха, температурных условий и возможности формирования зон со сквозняком проводи­лись для полностью заполненного помеще­ния и максимальной тепловой нагрузки. Как известно, «максимальный случай» возникает очень редко. На практике для обеспечения за­щиты от сквозняков необходимо применять режим управления расходом приточного воз­духа, используя систему VAV.

Основные показатели проекта

	Общий	На человека	На единицу площади
Расход вентиляционного воздуха	448 л/с 1613 м3/ч	7 л/с 25,2 м3/ч	10,6 л/(с*м2) 38,1 м3/(ч*м2)
Кратность воздухообмена	13,6 ч-1
Max потребность в обогреве	825 Вт		19,5 Вт/м2
Max кол-во человек в помещении	64
Избыток тепла, отводимый вентиляцией	4484 Вт		106,0 Вт/м2
Разность температур вытяжного и приточного воздуха	8,3 0С