Система вентиляции и кондиционирования воздуха как средства

Система вентиляции и кондиционирования воздуха как средства обеспечения
температурно-влажностных условий, необходимых для обеспечения строительной
безопасности при эксплуатации крытых аквапарков.
Главный специалист ООО «Компания «Стройинженерсервис»
доктор технических наук А. Б. Федоров.
Надежность и долговечность ограждающих конструкций (строительная
безопасность) крытых аквапарков зависит от температурно-влажностного режима
воздушной среды в различных зонах залов водных аттракционов и бассейнов, который
обеспечивается системами вентиляции и кондиционирования воздуха.
Строительная безопасность крытых аквапарков формируется на различных стадиях
из создания и применения: стадиях проектирования, строительства и эксплуатации. Ниже
рассмотрим основные факторы, которые могут влиять тем или иным путем на
строительную безопасность крытых аквапарков на указанных стадиях создания и
применения их систем вентиляции и кондиционирования воздуха.
На стадии проектирования закладывается «фундамент» безопасности крытых
аквапарков, заключающихся в установлении объективных расчетных данных для
проектирования систем вентиляции и кондиционирования воздуха.
Как известно, основная задача систем вентиляции и кондиционирования воздуха
залов аквапарков заключается в обеспечении:
- заданного микроклимата (температуры, влажности и скорости движения воздуха)
в обслуживаемой зоне залов;
- температурно-влажностного режима в верхней зоне воздушной среды залов,
обеспечивающего отсутствие конденсации влаги на внутренних поверхностях
ограждающих конструкций и фермах перекрытий.
В этой связи проанализируем расчетные зависимости, принимаемые при
проектировании систем вентиляции кондиционирования воздуха крытых аквапарков для
определения:
- влагопоступлений в результате испарения влаги с водной поверхности бассейнов
в залах W;
- необходимый воздухообмен в залах для ассимиляции влагопоступлений и
обеспечения заданного микроклимата в обслуживаемой зоне;
- параметры вытяжного воздуха (влажность, температура), удаляемого из верхней
зоны залов.
Результаты анализа существующих расчетных зависимостей для испарения влаги с
водной поверхности бассейнов нами были изложены в статье [1], которые позволили
отметить целесообразность применения для оценки влагопоступлений W при
эксплуатации залов крытых аквапарков формулу Бязина-Крумме.
При применении формулы Бязина-Крумме необходимо обратить внимание на
обоснование двух важных показателей:
- коэффициента загрузки а;
- площади водной поверхности бассейнов и водных аттракционов F.
Расчетные значения этих показателей должны быть установлены на основе
тщательного анализа технологии использования бассейнов и водных аттракционов и
отражены в техническом задании на проектировании систем вентиляции и
кондиционирования воздуха. В результате анализа технологии залов аквапарка должны
быть установлены:
- максимальное количество посетителей залов аквапарка n max (коэффициент
загрузки аmax=1);
2
- площадь водной поверхности бассейнов и водных аттракционов F при
максимальном количестве посетителей залов n max, учитывая при этом, что удельная
водная поверхность на 1 чел. Не должна быть менее 4,5 м/чел. [2];
- среднее расчетное значение коэффициента загрузки аср., используя расчетные
технологические графики изменения количества посетителей залов n max, учитывая при
этом, что удельная водная поверхность на 1 чел. не должна быть менее 4,5 м/чел. [2];
- среднее расчетное значение коэффициента загрузки аср., используя расчетные
технологические графики изменения количества посетителей в залах аквапарка в течение
рабочего дня (для холодного, теплого и переходных периодов года).
Среднее расчетное значение коэффициента загрузки аср. рекомендуется применять
для определения значения влаговыделений в залах Wср., которое используется для расчета
воздухообмена, обеспечиваемого основными постоянно-действующими системами
вентиляции и кондиционирования воздуха залов аквапарка.
Максимальное значение коэффициента загрузки а=1 необходимо применять при
проектировании систем вентиляции и кондиционирования воздуха для определения
максимальных влаговыделений в залах W max, которое позволит оценить и предусмотреть
резервы по воздуху и холоду (теплу) в указанных системах. Это резервирование
необходимо считать обязательным, поскольку нельзя исключать случаев, когда все
расчетное количество посетителей n max могут стать активно купающимися. Тогда
влагопоступления существенно возрастут, возрастет влажность воздуха в обслуживаемой
зоне выше предельно-допустимой, повысится влажность воздуха в верхней зоне залов,
при которой возможно туманообразование в этой зоне залов и конденсации влаги на
внутренних поверхностях ограждений и фермах перекрытий. Поэтому при
проектировании систем вентиляции и кондиционирования воздуха необходимо
обеспечить гибкое регулирование из производительности по воздуху и холоду (теплу) при
изменении загрузки в широком диапозоне вплоть до 100%.
В практике проектирования систем вентиляции и кондиционирования воздуха при
определении воздухообмена в сооружениях учитывается различие параметров удаляемого
воздуха из сооружения и воздуха в рабочей зоне (в обслуживаемой зоне) с помощью
коэффициента неравномерности распределения параметров воздуха m.
Для схемы вентиляции «снизу-вверх», применяемой в залах аквапарков, их
воздухообмен с учетом неравномерности влагосодержания воздуха по высоте залов
можно определять по формуле:
m W
G
, кг/час (1)
d 0.3  d n 
где W - количество влаги, испаряющейся в залах бассейнов аквапарка, г/час;
d  dn
(2), коэффициент неравномерности распределения влагосодержания по
m  0.3
d yx .  d n
1
высоте зала, обратная величина которого равна коэффициенту воздухообмена  d  ;
m
d0.3 и dn – влагосодержание воздуха соответственно в обслуживаемой зоне и
приточного воздуха, г/час;
dух. – влагосодержание воздуха, удаляемого из верхней зоны зала аквапарка, г/час.
Из формулы (2) следует, что влагосодержание уходящего (вытяжного) воздуха из
верхней зоны зала зависит (при прочных равных условиях) от величины коэффициента
неравномерности распределения воздуха по высоте зала m:
d  dn
d óõ.  0.3
 d ï (3)
m
В справочнике проектировщика [3] отмечается, что значения коэффициента m (или
kd) в конкретных частных случаях принимаются по нормативным или экспериментальным
3
данным. В настоящее время отсутствуют нормативные и экспериментальные данные о
значениях коэффициентов m для условий залов крытых аквапарков.
В справочнике проектировщика [3] приводятся значения коэффициентов
воздухообмена kt kq, устанавливающие связь соответственно температуры и концентрации
вредных веществ в удаляемом воздухе и в воздухе рабочей зоны для различных цехов
промышленных предприятий со значительными и незначительными избытками явной
теплоты в помещениях, в зависимости от кратности воздухообмена и способов подачи
воздуха в рабочую зону и т.п. В справочнике не приводятся значения kd, поэтому для
цехов с избытками влаги рекомендуется принимать значение kd равным коэффициенту kq.
Возможность применения вышеуказанных рекомендаций по применения значений
коэффициента kd для условий залов крытых аквапарков не может быть оправданным,
поскольку не имеет каких-либо обоснований.
В этой связи были использованы данные [4] для анализа и установления
возможных значений коэффициентов m для условий залов крытых аквапарков. Данные [4]
отражают изменение значения коэффициента m (для помещений с большими расчетными
влаговыделениями; при выполнении схемы вентиляции «снизу-вверх») в зависимости от
удельного расхода вентиляционного воздуха на 1 кг испаряемой влаги (см. табл.1):
êã.âîçä .
q
l  âîçä .
(4),
qâîäû êã.âîäû
qâîçä .  à  õ  qâ êã.âîçä . (5),
где
÷åë.÷àñ
a – значение коэффициента загрузки бассейнов и водных аттракционов
купающихся;
х – объемный вес воздуха, кг/м3;
qв – значение удельного воздухообмена на одного купающегося, которое
рекомендуется принимать не менее 80 м3/часчел. [2,5].
qâîäû  p  qF
êã.âîçä .
÷åë.÷àñ
(6)
р – значение удельного количества испаряющейся влаги в залах аквапарков,
которые по данным [1,6] можно принять равным 0,275 êã2.âîäû ;
ì
 ÷àñ
qF – значение минимальной площади водной поверхности развлекательных
бассейнов и бассейнов для плавания на 1 человека, которое рекомендуется принимать
не менее 4,5 м2/чел. [2].
Таблица 1.
l
êã.âîçä .
êã.âîäû
m
0
10
20
30-40
50-60
70-80
90-110
120-150
1
0,9
0,85
0,8
0,75
0,7
0,65
0,6
Таким образом, имеем:
êã.âîçä .
qâîçä .  1 1,2  80  96
;
÷åë.÷àñ
qâîäû  4 ,5  0 ,275  1,24
l
êã.âîäû .
;
÷åë.÷àñ
96
êã.âîçä .
.
 77 ,0
1,24
êã.âîäû
4
êã.âîçä .
величина коэффициента
êã.âîäû
неравномерности влагосодержания воздуха m для условий залов аквапарков может
составлять 0,7. Рассмотрим возможный диапазон изменения значений коэффициента m в
результате увеличения удельного воздухообмена с 80 до 120 м3/чел.час (в том числе за
счет применения частичной рециркуляции воздуха в холодный период года) и удельной
площади водной поверхности бассейнов с 4,5 до 10 м2/чел.
Результаты оценки значений коэффициента m для указанных условий представлены
на графиках рис. 1, из которого следует, что диапазон изменения значений коэффициента
m будет в пределах от 0,65 до 0,8.
По
данным
[4]
при
значении
l  77 ,0
5
Приведенные расчетные зависимости (1-6) позволяют оценить изменение
параметров воздуха (влагосодержания, относительной влажности и температуры точки
росы) в обслуживаемой и верхней зонах зала, используя при этом построение процесса
увлажнения приточного воздуха на J-d диаграмме влажного воздуха, для случаев:
- при превышении расчетной загрузки бассейнов и водных аттракционов зала
(ар=0,5) до максимальной загрузки (аmax=1);
- при расчетном значении коэффициента неравномерности распределения
влагосодержания по высоте зала (mp=0,8) и возможном фактическом его значении
(mфакт.=0,65).
Процесс увлажнения воздушной среды при испарении влаги с водной поверхности
бассейнов и водных аттракционов, характеризуемый тепловлажностным отношением
=2,52кДж/кг, происходит практически при постоянной температуре t=const, который
изображен на рис.2.
В качестве расчетных параметров приняты:
- приточного воздуха: tп=28С; п=25 %; dп=6,0 г/кг и tп.росы=7С (точка А-после
нагрева наружного воздуха в калорифере и смещении его с рециркуляционным воздухом в
холодный период года);
- воздуха в обслуживаемой зоне: t0.3.=28С; 0.3.=50 %; d0.3.=12,0 г/кг и t0.3.росы=17С
(точка Б).
При расчетном значении коэффициента mp=0,8 параметры уходящего воздуха будут
tух.=28С; ух.=58 %; dух.=13,5 г/кг и t0.3.росы=18,8С (точка В).
В первом случае при увеличении коэффициента загрузки до максимального значения
аmax=1 влаговыделения W возрастут почти в два раза по сравнению с влаговыделениями
при а=0,5 (при условии, что воздухообмен G и коэффициент неравномерности
влагосодержания воздуха m остаются неизменными). Из формул (1) и (3) следует, что
разность влагосодержаний воздуха (d0.3 – dн)2 и (dух.– dн)2 возрастут также вдвое:
d óõ.  d ï 2 d 0.3  d ï 2
d 0.3  d ï 2 W2

 2;
d 0.3  d ï 1 W1
d óõ.  d ï 1  d 0.3  d ï 1  2 .
Тогда, при рассматриваемых исходных данных параметры воздуха будут равны:
- в обслуживаемой зоне:
d 0.32  d 0.3  d ï   2  d ï ;
d 0.32  12,0  6,0  2  6,0 =18г/кг;
и t 0.32  28C ;  0.32  75,0% ; и t 0.3. ðîñû 2  23,3C (точка Б);
- в верхней зоне зала:
d óõ.2  d óõ.  d ï 1  2  d ï ;
d óõ.2  13,5  6,0  2  6,0  15,0  6,0 =21г/кг;
и t óõ.2  28C ;  óõ.2  87% ; и t óõ. ðîñû  25,8C (точка В');
Из полученных результатов следует:
- в обслуживаемой зоне влажность воздуха выше предельно допустимой;
- в верхней зоне зала влажность воздуха весьма высокая, близка к
туманообразованию; температура точки росы также высокая, при которой будет
конденсация влаги на внутренних поверхностях ограждающих конструкций и фермах
перекрытий.
6
Во втором случае определенно возможное значение влагосодержания уходящего
воздуха d óõ.2 по формуле (3) при возможном значении m=0,65 (вместо m=0,8) при
сохранение значений влаговыделений W, воздухообмена G, влагосодержания воздуха в
обслуживаемой зоне d0.3. и приточного воздуха dп.:
d  dï
12,0  6,0
6
d óõ.2  0.3.
 dï 

 6  9,2  6  15,2 г/кг.
m2
0,65
0,65
Этому значению влагосодержания уходящего воздуха соответствуют следующие его
параметры:
t óõ.2  28C ;  óõ.2  65% ; и t óõ. ðîñû  20,5C (точка В'').
Полученные результаты позволяют отметить, что при изменении значения
коэффициента m в пределах от 0,80 до 0,65 увеличивается влажность и температура точки
росы уходящего воздуха в верхней зоне зала на 10-12%.
Однако, и такое небольшое увеличение температуры точки росы уходящего воздуха
в верхней зоне зала нежелательно, поскольку при tросы=20,5С не исключается
конденсации влаги в холодный период года на внутренних поверхностях ограждений.
В этой связи для исключения конденсации влаги рекомендуется осуществлять
подачу подогретого воздуха до 33С в верхнюю зону зала [7].
Отмеченные выше важные факторы, влияющие на температурно-влажностный
режим в обслуживаемой и верхней зонах зала, должны учитываться персоналом при
эксплуатации систем вентиляции и кондиционирования воздуха крытых аквапарков.
На стадии производства монтажа и пуско-наладочных работ должно осуществляться
обучение
эксплуатационного
персонала
устройству
систем
вентиляции
и
кондиционирования воздуха и возможности обеспечения с их помощью заданного
температурно-влажностного режима в залах аквапарка. В процессе монтажа и пусконаладки систем персонал должен получить знания об особенностях их работы в холодный,
теплый и переходные периоды года, а также при переменных нагрузках в течении
рабочего дня.
Натурные испытания систем вентиляции и кондиционирования воздуха должны
проводиться при непосредственном участии эксплуатационного персонала, направленные
на установления фактических технических показателей систем, в том числе значения
коэффициента m, как показателя эффективности организации воздухообмена в залах
аквапарка. Теоретические и практические знания, полученные эксплуатационным
персоналом, должны помочь ему утвердиться в возможности эффективного
функционирования систем при различных эксплуатационных условиях в обеспечении
строительной безопасности аквапарка.
На стадии эксплуатации систем вентиляции и кондиционирования воздуха залов
аквапарка основные задачи эксплуатационного персонала в обеспечении строительной
безопасности и аквапарка должны заключаться:
- в поддержании заданного температурно-влажностного режима воздушной среды в
различных зонах залов;
- в постоянном контроле температурно-влажностного режима воздушной среды в
залах;
- в принятие срочных мер по восстановлению заданного температурно-влажностного
режима воздушной среды в залах в случае его нарушения.
В этой связи важны разработка и совершенствование инструкции по эксплуатации
систем вентиляции и кондиционирования воздуха залов аквапарка, которая должна
включать наряду с обычными разделами (устройство систем, режимы работы систем,
возможные неисправности в системах и способы их устранения, техника безопасности
при эксплуатации систем) специальный раздел «Требования по обеспечению
строительной безопасности аквапарка при эксплуатации систем вентиляции и
кондиционирования воздуха».
7
На этой стадии должно осуществляться систематическое проведение технических
занятий с эксплуатационном персоналом, направленных на совершенствование его
теоретических и практических знаний, которые способствуют повышению эффективности
работы систем в обеспечении строительной безопасности аквапарка.
Заключение.
Вышеизложенное свидетельствует о том, что системы вентиляции и
кондиционирования воздуха могут выполнить роль средств поддержания температурновлажностных условий, необходимых для обеспечения строительной безопасности крытых
аквапарков, при соблюдении следующих требований:
- тщательное обоснование основных технических характеристик систем при выборе
их проектного решения;
- качественные монтаж и пуско-наладка систем, обеспечивающие эффективную их
работу в различных эксплуатационных режимах;
- высокая профессиональная подготовка эксплуатационного персонала, способного
обеспечивать требуемые температурно-влажностные условия воздушной среды при
различных режимах эксплуатации залов аквапарка.
8
Литература
1. Алейников А.Е., Федоров А.Б. Испарение влаги в условиях крытых аквапарков.
2. СанПиН 2.1.2.1331-03 «Гигиенические требования к устройству, эксплуатации и
качеству воды аквапарков».
3. «Справочник проектировщика».
4. Кострюков В.М. Сборник примеров расчетов по отоплению и вентиляции часть П
вентиляция. Госстройиздат М. 1962.
5. СанПиН 2.1.2.1188-03 «Плавательные бассейны. Гигиенические требования к
устройству, эксплуатации и качеству воды».
6. Вишневский Е.П. Еще раз о трагедии в аквапарке «Трансвааль парк». //
Сантехника, отопление, кондиционирование, № 6, 2004.
7. Кокорин О.Я., Волков А.А., Андронов Ф.И., Комиссаров В.В., Корытник Г.Г.
Отечественное
оборудование
и
материалы
позволяют
создавать
высокоэффективные системы вентиляции и кондиционирования воздуха // АВОК
№ 3, 2001.