VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

В последние десятилетия уровень здоровья значительной части россиян заметно понизился и год от года продолжает ухудшаться, прогрессируют социально зависимые и профессионально обусловленные дефекты здоровья населения (социально-экологическое утомление и переутомление, стрессогенные заболевания) [1].

Большинство физкультурно-спортивных сооружений было построено более 20 лет назад. Они не отвечают в полной мере современным требованиям и не соответствуют мировым стандартам. В них не всегда возможно создать необходимые комфортные условия для проведения тренировок и занятий. Имеющиеся спортивные залы в должной мере не приспособлены к проведению в них современных форм оздоровительных занятий [1].

Спортзалы и фитнес центры - это помещения, в которых люди выполняя физические упражнения, с одной стороны потребляют повышенное количество чистого воздуха (необходимо поддерживать верный баланс кислорода в организме), с другой стороны выделяют неприятные запахи и углекислый газ. Так что для обеспечения не просто приятного, но и безопасного микроклимата в спортзалах и фитнес центрах, хорошего оборудования и профессиональных тренеров будет мало - необходимо и кондиционирование. Если такая система уже установлена, но в помещении все равно трудно дышать, присутствуют запахи, а сам воздух спертый, то система неверно рассчитана по воздухообмену [3].

Отличительная особенность вентиляции спортивных залов и фитнес центров (рис.1) от вентиляции жилого помещения это повышенный воздухообмен. Это связано с интенсивной физической нагрузкой и повышенной активностью посетителей, в результате которых образуется большое количество тепла и потребляется большое количество кислорода. Если для вентиляции жилого помещения достаточно 3-6 кратного воздухообмена, то для вентиляции спортзала и вентиляции фитнес - центра необходимо порядка восьмикратного воздухообмена.

Рис. 1 - Вентиляция спортивных залов и фитнес-центров

Спортивные залы различаются по своим архитектурно-планировочным решениям. Особенно это касается высоты помещений, наличия мест для зрителей или их отсутствия, защиты световых проемов и так далее. Тем не менее, для любого спортзала требуется высокий уровень подачи свежего воздуха. Справочное пособие [2] предусматривает подачу 80 м³/ч на спортсмена и 20 м³/ч на зрителя. Спортивные залы, как правило, окружены обслуживающими помещениями: раздевалками, душевыми, помещениями для тренеров, массажистов и инвентаря, где воздухообмен считается по нормативной кратности.

В настоящее время условно различают два основных способа распределения воздуха в помещении: перемешивающая вентиляция, вытесняющая вентиляция [3,11].

Количественное значение коэффициента воздухообмена составляет объем приточного воздуха для каждого отдельного помещения, который нужен чтобы обеспечить нормальное состояние воздушной среды, необходимое для комфортного пребывания в нем людей и функционирования работающих в данном помещении приборов. Расчет кратности воздухообмена выполняется на основе необходимого притока воздуха, которого достаточно для ассимиляции тепловой энергии и излишней влаги, содержащихся в атмосфере помещения.

При перемешивающей вентиляции приточный воздух одним или несколькими потоками подаётся в рабочую зону, вовлекая в движение большое количество воздуха внутри помещения. Рабочая зона лежит в зоне возвратного потока, где скорость воздуха составляет 70% от скорости основного воздушного потока.

Под длиной струи принимается расстояние от воздухораспределителя до сечения воздушной струи, в котором скорость ядра потока снижается до 0,2 м/с (рис. 2) и (рис. 3) [3].

Рис. 2 - Длина струи боковым фронтом подачи	Рис. 3 - Длина струи при потолочной подаче

Диффузоры струйного типа (где воздух закручивается проходя на большой скорости через сопла) - являются яркими примерами приточных устройств с высокой степенью эжекции. Эжекция - это способность диффузоров подмешивать в струю прилегающий воздух помещения (рис. 4). Диффузоры для вентиляции вытеснением имеют низкую степень эжекции. Для устранения ощущения сквозняка при температуре приточной струи ниже комнатной температуры необходимо использовать приточные диффузоры с высокой степенью эжекции [3].

При этом способе распределения воздух чаще всего подается в верхнюю зону неизотермическими горизонтальными настилающимися или наклонными в сторону обслуживаемой зоны струями.

Он широко применяется в производственных помещениях большой высоты (8 - 18 м) с незначительными избытками явной теплоты или высотой менее 8 м независимо от величины теплоизбытков, а также в помещениях гражданских зданий, таких как торговые залы магазинов, предприятий общественного питания, зрительные залы кинотеатров, клубов, театров, конференц-залы, спортивные залы, аудитории, офисные помещения.

Воздухораспределители при этом способе размещают на стене или на потолке, если это возможно конструктивно, например при наличии подшивного потолка или технического этажа.

Настилающий эффект - это эффект возникает вследствие образования разряжения между струёй и поверхностью, а так как нет возможности подмеса воздуха со стороны поверхности то струя отклоняется в её сторону. При расположении отверстия вентиляции в достаточной близости от плоской поверхности, выходящий ток воздуха отклоняется в её сторону и стремится течь непосредственно по поверхности.

Для возникновения настилающего эффекта расстояние между приточным отверстием и потолком (рис. 5) не должно превышать 30 см [3].

Рис. 4 - Эжекция	Рис. 5 - Настилающий эффект	Рис. 6 - Скорость воздуха и температура

Приемлема скорость воздуха в рабочей зоне (рис. 6) зависит от таких факторов как: температура в помещении, род деятельности в помещении, внутренний интерьер. Отмечено, что ощущение сквозняка устраняется, при скорости воздуха меньше 0,18 м/с и температуре от 20 до 22°C.Воздушный поток, вероятно изменит направление при наличии препятствий свисающих с потолка (рис. 7), таких как светильники, перекрытия и др. Если выступ не превышает 2% от высоты потолка, то воздушная струя вероятно обогнёт препятствие.

Рис. 7 - Припятствие свисающее с потолка

При вытесняющейвентиляции воздух подается в рабочую или обслуживаемую зону помещения с малой скоростью, вызывая «затопление» помещения чистым воздухом, далее поток чистого воздуха увлекается конвективными потоками, создаваемыми источниками теплоты в обслуживаемой зоне, обычно равномерно распределенными по площади помещения, вверх, ассимилируя вредности и удаляясь из верхней зоны.

Это наиболее эффективный метод традиционно используемый при вентиляции промышленных [7-8] объектов. Кроме того, данный способ вентиляции нашел широкое применение в так называемых системах комфортной вентиляции. При правильно рассчитанной схеме вытесняющая вентиляция позволяет эффективно удалять излишки тепловыделений и достигнуть максимальной эффективности вентиляции. Для более подробного описания данного метода необходимо выделить следующие понятия: рабочая зона и прилегающая зона.

Рабочая зона – это часть комнаты занимаемая или используемая людьми. Рабочей зоной (рис. 8) принято считать пространство отстоящее на 50 см от стен и оконных проёмов, и от 10 см до 180 см над полом [3].

Рис. 8 - Рабочая зона

Прилегающая зона - это пространство вокруг приточного низкоскоростного диффузора, где им создаётся определённая локальная скорость воздуха.

Для систем комфортной вентиляции принято считать, что локальная скорость воздуха в прилегающей зоне не должна превышать 0,2 м/с. Такие требования предъявляются с целью максимально возможного уменьшения прилегающей зоны вокруг диффузоров.

Преимущества и недостатки. Вентиляция вытеснением очень удобна для применения в промышленности, где много вредных примесей и тепловыделений [11]. Правильно спроектированные системы для вентиляции вытеснением обеспечивают очень хорошее качество воздуха, но данный принцип имеет некоторые ограничения:

- Приточные диффузоры требуют больше места;

- Приточные диффузоры по ошибке могут чем-нибудь накрыть;

- Прилегающая зона становится гораздо больше;

- Вертикальный температурный градиент становится очень высоким.

Рис. 9 -Прилегающая зона

При проектировании данных систем необходимо также учитывать взаиморасположение по высоте и мощности отопительных устройств, которые влияют на динамику воздушных потоков внутри помещения. При сочетании с посторонними токами воздуха помещения, неравномерный нагрев по высоте в некоторых случаях вызывает смещение нагретых слоёв воздуха вниз (рис. 10) [3-4].

Рис. 10 - Вентиляция вытеснением

Особенности способа вытесняющей вентиляции [5]:

- используется только для распределения воздуха в прямоточных системах кондиционирования воздуха, обеспечивающих подачу чистого наружного воздуха в помещение;

- температура приточного воздуха мало отличается от температуры воздуха в помещении, рабочая разность температур меньше, чем в системах перемешивающей вентиляции;

- источники загрязнений должны быть также источниками теплоты или находиться рядом с источниками, формирующими восходящие конвективные потоки, способные переносить загрязнения за пределы обслуживаемой или рабочей зоны;

- температура приточного воздуха не может быть выше температуры воздуха в помещении, поэтому способ вытесняющей вентиляции не может использоваться в СКВ [8-14] для отопления помещений, так как при этом поток теплого воздуха от воздухораспределителя всплывает вверх и затопление помещения не обеспечивается чистым воздухом. Поэтому необходима установка отопительных приборов и устройство системы водяного отопления. наилучший способ отопления помещения с вытесняющей вентиляцией - размещение отопительных панелей на потолке или в конструкции пола;

- скорость выпуска воздуха из воздухораспределителей обычно меньше 0,2 м/с, поэтому воздухораспределители часто называют низкоскоростными;

- предпочтительно использование вытесняющей вентиляции для помещений гражданских зданий высотой более 3 м, что обеспечивает большую степень стратификации;

- в обслуживаемой зоне воздух не должен перемешиваться, ничто не должно мешать движению естественных конвективных потоков, устремленных вверх, например активная физическая работа человека, станки-автоматы, движение отдельных деталей и самой продукции;

- существуют ограничения по способности воздуха ассимилировать теплоту, способ может применяться для большинства помещений гражданских зданий, где расход воздуха не превышает 50 м^З/(час∙м²), при тепловой нагрузке охлаждения менее 40-60 Вт/м²;

- применяется преимущественно в системах кондиционирования воздуха низкого давления с постоянным расходом воздуха;

- сложно или вовсе не обеспечивается регулирование температуры воздуха в

помещении из-за постоянного расхода воздуха и малого диапазона изменения температуры приточного воздуха;

- применяется в водо - воздушных системах кондиционирования воздуха для распределения воздуха, обработанного в центральной воздушной системе;

- нельзя однозначно сказать, что расход воздуха при вытесняющей вентиляции меньше или больше расхода воздуха при перемешивающей вентиляции при тех же исходных данных.

Преимущества способа вытесняющей перед перемешивающей вентиляцией [3-6-7]:

- в рабочей или обслуживаемой зоне помещения обеспечивается более высокое качество внутреннего воздуха при том же значении расхода приточного воздуха, как и при перемешивающей вентиляции;

- постоянная температура приточного воздуха требует менее сложную систему

автоматического регулирования центрального кондиционера, что обеспечивает экономию капитальных затрат;

- водяные системы панельного отопления и охлаждения совместно с воздушной

системой вытесняющей вентиляции не только обеспечивают комфортные условия и высокое качество воздуха, но и позволяют экономить потребляемую энергию;

- более высокое значение температуры приточного воздуха может [9-10] способствовать уменьшению расхода холода на обработку наружного воздуха, более длительное время может использоваться режим «свободного» охлаждения воздуха;

- высокое значение температуры удаляемого воздуха при использовании регенерации теплоты удаляемого воздуха в холодное время года позволяет повысить эффективность системы и уменьшить расход теплоты на обработку приточного воздуха.

Способ вытесняющей вентиляции имеет преимущества перед перемешивающей

вентиляцией в обеденных залах ресторанов, в конференц-залах, в классных комнатах школ, аудиториях, супермаркетах при высоте помещения более 3 м.

Рассмотрены два основных способа распределения воздуха в помещении: вытесняющая и перемешивающая вентиляция. Вентиляция вытеснением очень удобна для применения в промышленности, где много вредных примесей и тепловыделений. Для вытесняющей характерно: скорость выпуска воздуха из воздухораспределителей обычно меньше 0,2 м/с, поэтому воздухораспределители часто называют низкоскоростными; приточные диффузоры требуют больше места; вертикальный температурный градиент становится очень высоким.

При перемешивающей вентиляции высокоскоростной турбулентный поток приточного воздуха вовлекает путем эжекции в движение окружающий воздух в помещении, перемешиваясь с ним и создавая относительно равномерное поле температур и скоростей по всему объему помещения. Он широко применяется в производственных помещениях большой высоты (8 - 18 м), а также в помещениях гражданских зданий, таких как торговые залы магазинов, предприятий общественного питания, зрительные залы кинотеатров, клубов, театров, конференц-залы, спортивные залы, аудитории, офисные помещения.

Библиографический список

1. Холзер, А.Н. Технология формирования условий проведения занятий и повышение их оздоровительной эффективности в крытых физкультурно-спортивных сооружениях: автореф. дис. … д-р пед. наук: 13.00.04, 14.00.51: защищена 30.06.09 / Холзер Анна Николаевна. – М., 2009. – 49 с.

2. Справочное пособие к СНиП 2.08.02-89. Проектирование спортивных залов, помещений для физкультурно-оздоровительных занятий и крытых катков с искусственным льдом. – Введ. 1991-01-01. – М.: ЦНИИЭП им. Мезенцева, 1989. – 48 с.

3. ООО "СанВентСнаб". «Приточная, вытяжная вентиляция». – Челябинск, 2010. – 10с.

4. Мелькумов, В.Н. Динамика формирования воздушных потоков и полей температур в помещении / В.Н. Мелькумов, С.Н. Кузнецов // Научный вестник Воронеж. гос. арх.-строит. ун-та. Строительство и архитектура. - 2008. - № 4. – С. 172-178.

5. Мелькумов, В.Н. Нестационарные процессы формирования системами вентиляции воздушных потоков в помещениях / В.Н. Мелькумов, С.Н. Кузнецов, К.А. Скляров, А.В. Черемисин // Известия ОрелГТУ. Серия: Строительство. Транспорт. - 2007. - №3-15(537). – С. 36-42.

6. Гримитлин, М.И. Вентиляция и отопление цехов машиностроительных заводов / М.И. Гримитлин. – М.: «Машиностроение». - 1978. – 271 с.

7. Гримитлин, М.И. Вентиляция и отопление цехов судостроительных заводов / М.И. Гримитлин. – Л.: «Судостроение». - 1978. – 240 с.

8. Мелькумов, В.Н. Оценка аккумулирующей способности вентилируемых объемов для снижения требуемого воздухообмена в помещениях / В.Н. Мелькумов, И.С. Кузнецов, Л.Ю. Гусева, А.В. Черемисин // Вестник Воронежского государственного технического университета. – 2007. – Т.3. - № 1. - С. 205-207.

9. Мелькумов, В.Н. Формирование конвективных воздушных потоков при действии в помещении источника тепла / В.Н. Мелькумов, С.Н. Кузнецов, С.П. Павлюков, Р.Н. Кузнецов // Вестник Волгоградского гос. арх.-строит. ун-та. Серия: Строительство и архитектура. – 2008. – №12. – С. 76-80.

10. Сотникова, О.А. Моделирование распределения трехмерных стационарных воздушных потоков в помещении / О.А. Сотникова, И.С. Кузнецов, Л.Ю. Гусева // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2007. - Т. 3. - № 6. - С. 121-123.

11. Мелькумов, В.Н. Современные способы создания микроклимата крытых ледовых арен и катков / В.Н. Мелькумов, С.В. Чуйкин // Научный журнал. Инженерные системы и сооружения. – 2012. №2. – С. 68-73.

12. Мелькумов, В.Н. Современные способы создания микроклимата крытых ледовых арен и катков / В.Н. Мелькумов, С.В. Чуйкин // Научный журнал. Инженерные системы и сооружения. – 2012. №2. – С. 68-73.

13. Булыгина, С.Г. Моделирование конвективного теплообмена человека с воздухом производственных помещений ресторанных комплексов / С.Г. Булыгина, О.А. Сотникова // Научный журнал. Инженерные системы и сооружения. – 2011. – №2. – С. 55-66.

14. Кокорин, О.Я. Современные системы кондиционирования воздуха / О.Я. Кокорин. – М.: Издательство физико-математической литературы. 2003. – 272 с.

Код для цитирования: Скопировать