Проектировщику. Технологии DCV в системах вентиляции. Часть 2

Оценки числа присутствующих могут быть использованы для расчета (уравнение 4) минимально необходимого, согласно стандарту 62.1, количества свежего воздуха в зоне дыхания. Это количество, в свою очередь, может быть использовано для определения минимального расхода свежего воздуха, подаваемого в рабочую зону (уравнение 5).

Для системы, состоящей из одного помещения, расход воздуха, подаваемого в рабочую зону, равен производительности притока (уравнение 6). Контроллер, используемый в любом из четырех методов, должен обладать достаточным быстродействием, чтобы зарегистрированное количество людей было преобразовано в соответствующую уставку производительности притока, а также способностью регулирования расхода приточного воздуха в соответствии с уставкой.

Пятый метод может использоваться для непосредственного регулирования притока без оценки числа присутствующих в режиме реального времени или же минимально необходимого в соответствии со стандартом 62.1 количества приточного воздуха. В некотором смысле любое DCV-регулирование, поддерживающее концентрацию CO2 на уровне или ниже требуемого значения (соответствующего минимально необходимому количеству свежего воздуха в зоне дыхания), находится в прямой зависимости как от числа присутствующих людей, так и от фактического расхода приточного воздуха. DCV-регулирование поддерживает разницу концентраций CO2, ступенчато изменяя расход приточного воздуха без его количественных измерений. Ниже рассматриваются некоторые способы реализации DCV.

ПРИТОК ТЕПЛОГО ВОЗДУХА
Несмотря на то, что в таблице 6.2 приводится наименьшее значение эффективности воздухораспределения в режиме нагрева, проектировщики имеют возможность сократить количество притока (вентиляционного воздуха) при нагреве с верхней раздачей воздуха, изменив разницу температур в приточной струе по отношению к температуре воздуха в рабочей зоне, а также скорость воздуха в приточной струе, как это указано в таблице. Другими словами, вместо того, чтобы всегда полагать, что температура воздуха в приточной струе при нагреве превышает температуру воздуха в рабочей зоне на 8,30С (150F), проектировщик может использовать более низкое значение разности температур и соответствовать требованиям таблицы 6.2, используя эффективность Ez=1,0.
В главе 33 справочника 2005 ASRAE Handbook - Fundamentals указывается, что повышение разности температур сверх 8,30°С (150F) снижает вероятность достижения комфорта вследствие значительной стратификации температур. Стандартом ANSI/ASHRAE Standard 55 2004, Thermal Environmental Conditions of Human Occupancy ограничена вертикальная стратификация в рабочей зоне разницей температур в 2,80°С (50F). Указанное ограничение может быть нарушено, если разница температур в приточной струе превышает температуру в рабочей зоне более, чем на 8,30°С (150F). Если за счет повышенной стратификации нарушены требования стандарта 55 2004, то это может также означать нарушение соответствия правилам U.S. Green Building Council's LEEDR NC (New Construction) Indoor Environmental Quality (EQ) credit 7.1.
Достаточно сказать, что высокая разность температур при нагреве может быть связана с серьезными проблемами, в то время как небольшая разность температур может давать целый ряд преимуществ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Варьирование эффективности вентиляции

Второй из перечисленных в разделе 6.2.7 стандарта 62.1-2004 вариантов изменяющейся обстановки связан с варьированием эффективности вентиляции. Стандарт 62.1 требует учета как эффективности воздухораспределения в рабочей зоне (Ez), так и эффективности вентиляционной системы (Ev). Эффективность воздухораспределения уникальна для каждой обслуживаемой зоны в каждой системе вентиляции.

Она определяет долю поступающего свежего воздуха, фактически попадающего в зону дыхания. Эффективность вентиляционной системы при этом относится только к мультизональным системам с частичной рециркуляцией и определяет долю свежего воздуха, подаваемого системой (на притоке), которая фактически участвует в разбавлении загрязнений.

Варьирование этих значений эффективности в процессе эксплуатации приводит к существенному изменению вентиляционной «потребности» - не из-за изменения числа присутствующих людей и их физической активности, а за счет перераспределения воздушных потоков в зоне и в системе в целом.

По умолчанию (см. стандарт 62.1, табл. 6.2) эффективность воздухораспределения в обслуживаемой зоне может изменяться в процессе нормальной эксплуатации. Например, если одни и те же воздухораспределители подают воздух в режиме нагрева и охлаждения, то, вероятно, количество воздуха, не попадающего в зону дыхания, может изменяться.

При нагреве теплый воздух стремится наверх, поднимаясь внутри обслуживаемой зоны. Если он будет слишком теплым (см. врезку «Приток теплого воздуха»), то некоторая его доля не попадает в зону дыхания. В этом случае, согласно стандарту 62.1, Ez=0,8.

При охлаждении, однако, весь подаваемый воздух опускается в зону дыхания, в силу чего Ez=1,0. При проектировании может быть предусмотрено увеличение количества воздуха, доставляемого в обслуживаемую зону в режиме нагрева, с коэффициентом 1,25. Однако при нормальной эксплуатации эффективность воздухораспределения в рабочей зоне может повыситься с 0,8 в режиме нагрева до 1,0 в режиме охлаждения. В этом случае приток свежего воздуха может быть сокращен до значений, требуемых в зоне дыхания.

Варьирование эффективности воздухораспределения в обслуживаемой зоне может быть учтено при расчете и динамическом изменении количества воздуха, подаваемого каждой из вентиляционных систем. Наибольшая выгода при таком изменении достигается в однозональных системах нагрева/охлаждения.

В однозональных системах с увеличивающейся эффективностью Ez требуется меньшее количество подаваемого воздуха и уменьшенный общий приток (уравнение 6) в режиме охлаждения по сравнению с режимом нагрева, что способствует сокращению холодильной мощности.

Вентиляционные системы без функции воздушного отопления обычно подают свежий воздух с той же (или более низкой) температурой, что и воздух обслуживаемой зоны. В результате, не происходит варьирования эффективности Ez, и приток остается постоянным. Потребности в динамическом изменении количества подаваемого воздуха в таком случае не возникает. В мультизональных рециркуляционных системах увеличение эффективности Ez в «критической зоне» в режиме охлаждения также может означать снижение потребности в притоке.

Эффективность вентиляционной системы (Ev) - отношение количества свежего воздуха во всех зонах дыхания к общему притоку (Ev=Vou /Vot). Эффективность в мультизональных системах с переменным расходом (VAV-системы) варьируется в широких пределах, так как количество воздуха, подаваемого в соответствующие зоны и общий расход в системе изменяются в зависимости от нагрузки.

При проектировании в этих системах должен быть определен минимально необходимый приток воздуха, соответствующий наименьшей эффективности. В процессе нормальной эксплуатации минимально необходимое значение притока определяется исходя из эффективности вентиляционной системы на данный момент в зависимости от реальной обстановки.

Варьирование притока

Стандарт 62.1 предусматривает третий вариант обстановки для использования систем управления с динамическим изменением режимов работы.

Это изменение доли свежего воздуха в общем воздушном балансе за счет подключения в процессе эксплуатации дополнительных средств вентиляции - свободное охлаждение с помощью свежего воздуха (economizer cooling) или дополнительный приток, компенсирующий местную вытяжку.

Относится это только к мультизональным системам с переменным расходом (VAV-системы), так как они позволяют снижать уставки минимально необходимого значения притока воздуха в системе. Снижение уставок позволяет экономить расходуемую на нагрев энергию.

Что изменилось?

Рассмотрим вопросы динамического изменения режимов подачи свежего воздуха в соответствии с изменением числа присутствующих людей в однозональных системах. С 1989 года стандарт 62.1 нормирует минимальный расход вентиляции в удельных показателях количества воздуха (на одного человека) для основных категорий присутствующих людей.

Это положение позволило использовать стратегию DCV на основе измерений концентрации CO2 - поддерживать на постоянном уровне удельный расход вентиляционного воздуха (в расчете на одного человека) можно было простым регулированием подачи свежего воздуха в обслуживаемую зону. Хотя в стандарте непосредственно не указывалось на использование стратегии DCV, она эффективно применялась многими проектировщиками и производителями вентиляционных систем.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1. Требуемый расход свежего воздуха и концентрация CO2 в соответствии со стандартом 62-2001

 

Предположим, что однозональный, с постоянным расходом руфтоп обслуживает лекционную аудиторию площадью 93 м2 (1000 ft2), предназначенную для размещения 65 человек. В соответствии со стандартом 62-2001, при проектировании требовалось обеспечить расход свежего воздуха в количестве 1650 м3/ч (Vbz=15x65=970 cfm).

При эффективности воздухораспределения в рабочей зоне равной 1,0 проектное значение расхода свежего воздуха, поступающего в зону дыхания, полагалось равным расходу воздуха, подаваемого в аудиторию (уравнения 5 и 6). Принимаем среднюю физическую активность присутствующих людей равной 1,25 met и характерное значение интенсивности выделения CO2 равным 0,012 м3/ чел./met (k=0.0084 cfm/person/met).

Тогда требуемый удельный расход воздуха 25,5 м3/чел. (15 cfm/person) обеспечит в соответствии с уравнением 1 разницу концентрации CO2 внутри обслуживаемого объема и в атмосферном воздухе равной 0,000700 или 700 ppm (частей на миллион). Без DCV приток должен поддерживаться на уровне 1650 м3/ч (970 cfm) независимо от присутствия людей.

Если количество присутствующих сокращается до 50 человек, то разница концентраций CO2 упадет до 540 ppm (рис. 1). Но для 50 человек требуется только 1275 м3/ ч (750 cfm) свежего воздуха. Подавая для них это количество свежего воздуха, вновь получаем разницу концентраций CO2, равную 700 ppm. Разница концентраций CO2 непосредственно связана с постоянным удельным расходом свежего воздуха - 25,5 м3/чел. (15 cfm/person).

Регулируя приток так, чтобы разница концентраций CO2 поддерживалась на уровне 700 ppm, контроллер обеспечит требуемый удельный расход воздуха, не используя при этом никакой информации о количестве присутствующих в аудитории людей, а также о фактическом расходе воздуха на притоке.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.2. Требуемый расход свежего воздуха и концентрация CO2 в соответствии со стандартом 62-2004

Стандарт 62.1-2004 ввел новый порядок определения минимального количества свежего воздуха, поступающего в зону дыхания. Он учитывает поступление свежего воздуха как на каждого человека, так и на единицу площади для каждой категории обслуживаемых объектов. Удельный расход на человека соответствует минимальному количеству свежего воздуха, необходимого для разбавления метаболических выделений присутствующих людей при определенном уровне их физической активности.

Удельный расход на единицу площади направлен на разбавление вредных летучих соединений, выделяемых строительными конструкциями, отделкой и мебелью.

Лекционной аудитории в рассмотренном примере теперь, в соответствии со стандартом 62.1-2004, требуется 12,75 м3/чел. (7.5 cfm/person) плюс 0,1 м3/ч/м2 (0.06 cfm/ft2). Согласно уравнениям 4, 5 и 6 при расчетном числе присутствующих 65 человек, необходимое количество воздуха составляет 935 м3/ч (Vot=Voz=Vbz=7.5x65+0.06x1000=550 cfm), что существенно меньше, чем требовал стандарт 2001 года.

Решая уравнение 1, мы видим, что в установившемся состоянии при этом расходе воздуха разница концентраций CO2 возрастает до 1250 ppm. Если количество присутствующих сокращается до 50 человек, а расход воздуха сохраняется - 935 м3/ч (550 cfm), то разница концентраций CO2 падает до 950 ppm (рис. 2). Но новый стандарт в этих условиях требует 730 м3/ч (430 cfm) свежего воздуха, а это - некоторое увеличение эффективного удельного расхода воздуха, приходящегося на одного человека.

Разность концентраций CO2 в результате незначительно снижается, составляя 1220 ppm. Таким образом, при соблюдении требований нового стандарта, с уменьшением количества присутствующих людей снижается разница концентраций CO2 - за счет повышения эффективного удельного расхода воздуха, приходящегося на одного человека.

Разница концентраций может поддерживаться на заданном уровне регулированием притока. Но каков должен быть этот уровень? «Целевое» значение разницы концентраций CO2 изменяется с изменением числа присутствующих, так как при этом изменяется и эффективный удельный расход воздуха, приходящегося на одного человека.

Некоторые проектировщики подумают, что стратегия DCV, основанная на измерениях концентрации CO2, не может быть использована в соответствии со стандартом 62.1-2004. В действительности это не так. Управление может производиться регулированием расхода воздуха на притоке в зависимости от изменения количества людей в обслуживаемом объеме.

Это регулирование должно обеспечить разницу концентраций CO2 на уровне или ниже значений «допустимого максимума» (синяя кривая на рис. 2), чтобы количество свежего воздуха, достигающего зоны дыхания, всегда было не меньше «допустимого минимума» (желтая прямая на рис. 2).

В следующих разделах рассмотрены несколько альтернативных стратегий динамического изменения режимов работы в упомянутых ранее ограничениях, характерных для однозональных систем, например, для приточных систем с регулируемой скоростью вентилятора. Мультизональные системы также могут проектироваться в расчете на использование динамического изменения режимов работы.

читать далее