VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

В работе [1] отмечалось, что наиболее целесообразной схемой воздухораспределения систем вентиляции и кондиционирования ледового поля, с точки зрения энергоэффективности, является схема с подачей приточного воздуха из верхней зоны помещения и его удаления через вытяжные устройства находящиеся в непосредственной близости от поверхности льда. Однако при организации воздухообмена по данной схеме в холодный период года для обеспечения заданных параметров влагосодержания приточного воздуха может возникнуть необходимость установки дополнительной секции орошения, что приведет к повышению строительных и эксплуатационных расходов. В противоположном случае, воздух, находящийся в непосредственной близости от поверхности льда будет осушаться, что ухудшает скольжение льда.

Осушения внутреннего воздуха зоны ледового поля можно избежать при многоступенчатом смешении наружного и рециркуляционного воздуха с разными параметрами. Для этого необходимо предложить схему распределения воздуха систем вентиляции и кондиционирования ледового поля, которая будет содержать все достоинства, и исключать недостатки уже существующих способов распределения воздуха [2-5].

Осуществление последовательного двухступенчатого смешения наружного и рециркуляционного воздуха с разными параметрами можно осуществить с помощью раздельного отбора рециркуляционного воздуха из верхней и нижней зоны. В дальнейшем схему, реализующую данный принцип будем называть смешанной.

Подача приточного воздуха, из-за архитектурно-строительных и технологических особенностей ледовых арен, при смешанной схеме воздухораспределения осуществляется из верхней зоны через воздухораспределительные устройства расположенные под углом вдоль длинных сторон ледовой площадки.

Удаление воздуха из верхней зоны ледовой арены производится через воздухозаборные устройства расположенные над поверхностью льда, в то время как удаление внутреннего воздуха из нижней зоны осуществляется из зоны расположенной в непосредственной близости от поверхности льда посредствам вытяжных устройств встраиваемых в ограждающие борта (рис. 1) [6].

Рис. 1 - Организация распределения воздуха по смешанной схеме: 1 – воздухозаборные устройства, встроенные в ограждающие борта; 2 – приточные воздухораспределители;; 3 – вытяжные устройства, расположенные над поверхностью льда; 4 – ограждающий борт; 5 – ледовое поле; 6 – подтрибунные помещения; 7 – вытяжные воздуховоды расположенное в подпольных каналах; 8 – приточные воздуховоды; 9 – вытяжные воздуховоды расположенное над поверхностью льда

Температура подаваемого приточного воздуха определяется по формуле [1-4]:

(1)

где Q_т.к – конвективный приток теплоты от воздуха к поверхности льда, Вт; Q_т.л – теплопритоки от людей, Вт; t_вл – требуемая температура воздуха у поверхности льда, °С; L_п – расход приточного воздуха, м³/ч; ρ_п, с_п – плотность и теплоемкость приточного воздуха.

В теплый период года при обработке приточного воздуха определяющим фактором является осушение наружного воздуха и понижение его температуры, вследствие чего смешанная схема воздухораспределения становится менее эффективной. В связи с этим распределение воздуха наиболее рационально организовывать по схеме «сверху-вниз» разобранной в работе [1]. В связи с этим, для оптимизации работы систем вентиляции и кондиционирования воздуха при проектировании требуется предусматривать механизмы для переключения режимов воздухообмена [7,8].

Исходными данными при построении процессов изменения параметров воздуха на Id-диаграмме в условиях рассматриваемой задачи являются параметры наружного, внутреннего, и рециркуляционного воздуха, а так же их расходы [8].

Соотношение количества рециркуляционного воздуха подаваемого на первую и вторую ступени смешения устанавливается методом последовательного приближения. На первом этапе расход воздуха первой ступени должен составить семьдесят процентов от общего количества рециркуляционного воздуха, на вторую ступень приходятся оставшиеся тридцать процентов.

В холодный период года на начальном этапе реализуется последовательное двухступенчатое смешение наружного и рециркуляционного воздуха. Причем на первую и вторую ступени смешения подается рециркуляционный воздух, забираемый из нижней и верхней частей зоны ледового поля соответственно. Процессы изменения параметров воздуха при смешанной схеме, в холодный период года, приводятся на рис. 2 [9].

Рис. 2 - Id-диаграмма изменения параметров состояния воздуха при организации воздухообмена по смешанной схеме для холодного периода года

На первой ступени наружный воздух нагревается и увлажняется (на рисунке 2 этот процесс характеризуется отрезком Н-Вл). После этого воздух подается на вторую ступень смешения, где совершается доводка его влагосодержания до необходимой величины, что характеризуется отрезком С₁-У.

После второй ступени смешения воздух, перед его подачей в помещение, подогревается в калорифере, процесс С₁-П, до температуры, определяемой по формуле (1) [10,11].

Требуемый расход теплоты для подготовки приточного воздуха в холодный период года определяется по формуле:

(2)

где t_п – температура приточного воздуха, ºС; t_С2 – температура воздуха после смешения во второй ступени, ºС.

Проведенные расчеты показывают, что при организации воздухораспределения в холодный период года по смешанной схеме наблюдается значительная экономия тепловой энергии. Так, при проведении хоккейных матчей, для климатической полосы характерной для города Воронеж, экономия тепловой энергии может составить порядка пятидесяти процентов по сравнения со схемами «сверху-вниз» и «сверху-вверх» [19,20].

Выше отмечалось, что в теплый период года распределение воздуха наиболее рационально организовывать по схеме «сверху-вниз». Для данной схемы процессы изменения параметров воздуха приводятся на рис. 3 [12].

Рис. 3 - Id-диаграмма изменения параметров состояния воздуха при организации воздухообмена по схеме «сверху-вниз» для теплого периода года

При организации воздухораспределения по схеме «сверху-вниз» после смесительной камеры приточный воздух необходимо осушить до значения влагосодержания в точке О путем его охлаждения, процесс С-О. На завершающем этапе приточный воздух подогревается до температуры в точке П и подается в помещение, где в результате взаимодействия с холодной поверхностью льда его температура понижается, что характеризуется процессом П-Вл [14-16].

Основной недостаток смешанной схемы распределения воздуха заключается в том, что магистральные воздуховоды системы рециркуляции первой ступени прокладываются в подпольных каналах, что требует более тщательной проработки трасс при проектировании систем вентиляции и кондиционирования воздуха. Кроме того, для увеличения эффективности систем обеспечения микроклимата при их проектировании необходимо предусматривать устройства для переключения режимов воздухораспределения [17,18].

Предложенная смешанная схема воздухораспределения позволяет избежать осушения воздуха находящегося в непосредственной близости от поверхности льда. Кроме того, вследствие характерных особенностей смешения наружного и рециркуляционного воздуха применение разработанной схемы позволяет значительно снизить энергозатраты на системы вентиляции и кондиционирования воздуха. Так, при проведении хоккейных матчей, для климатической полосы характерной для города Воронежа, экономия теплоты может составить порядка пятидесяти процентов по сравнения со схемами «сверху-вверх» и «сверху-вниз».

Следует помнить, что поскольку в теплый период года при подготовке приточного воздуха главным фактором является осушение наружного воздуха и понижение его температуры, смешанная схема становится менее эффективной, в связи с этим воздухораспределение в теплый период года наиболее целесообразно организовывать по схеме «сверху-вниз». Поэтому для увеличения эффективности систем обеспечения микроклимата при их проектировании необходимо предусматривать устройства для переключения режимов распределения воздуха.

Библиографический список

1. Чуйкин, С.В. Характерные особенности организации микроклимата крытых ледовых арен/ С.В. Чуйкин, О.В. Свищев, В.С. Шерстобитова, Ю.А. Соя // Инженерные системы и сооружения. – 2012. - №4(9). – С. 67-75.

2. Мелькумов, В.Н. Организация воздухораспределения крытых многофункциональных ледовых арен / В.Н. Мелькумов, С.В. Чуйкин // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. – 2012. - №3(27). – С. 29-36.

3. Мелькумов, В.Н. Современные способы создания микроклимата крытых ледовых арен и катков / В.Н. Мелькумов, С.В. Чуйкин // Инженерные системы и сооружения. – 2012. №2(7). – С. 68-73.

4.Мелькумов, В.Н. Динамика формирования воздушных потоков и полей температур в помещении / В.Н. Мелькумов, С.Н. Кузнецов // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. 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. 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 государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Строительство и архитектура. – 2008. – №12. – С. 76-80.

7. Булыгина, С.Г. Моделирование конвективного теплообмена человека с воздухом производственных помещений ресторанных комплексов / С.Г. Булыгина, О.А. Сотникова // Инженерные системы и сооружения. – 2011. – №2 (5). – С.55-66.8. Кузнецов, С.Н. Моделирование распространения вредных веществ в сообщающихся помещениях / С.Н. Кузнецов, К.А. Скляров, А.В. Черемисин // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. – 2008. - №1. – С. 109.

9. Турбин, В.С. Разработка математической модели тепломассообмена в напорных теплоутилизаторах / В.С. Турбин, О.А. Сотникова, Н.А. Петрикеева // Вестник Воронежского государственного технического университета. – 2005. – Т.1. - № 6. - С. 79.

10. Сушко, Е. А.Разработка методики расчета рациональных режимов систем вентиляции производственных помещений / Е.А. Сушко, К.Н. Сотникова, С.Л. Карпов // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. – 2011. – №2. – С. 143-149.11. Булыгина, С.Г. Моделирование лучистого теплообмена человека с внутренними поверхностями производственных помещений ресторанных комплексов / С.Г. Булыгина, О.А. Сотникова, Д.М. Чудинов // Инженерные системы и сооружения. – 2011. – № 2. – С.67-73.

12. Мелькумов, В.Н. Взаимодействие вентиляционных воздушных потоков с конвективными потоками от источников теплоты / В.Н. Мелькумов, С.Н. Кузнецов // Известия вузов. Строительство. – 2009. – №1. – С. 63-70.

13. Лобода, А.В. Определение скоростных полей воздушных потоков в вентилируемых помещениях с помощью конформных отображений / А.В. Лобода, С.В. Чуйкин // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. – 2012. – №4(28). – С. 23-31.

14. Мелькумов, В.Н. Исследование работы элементов пилотного устройства / В.Н. Мелькумов, И.Г. Лачугин, С.Н. Кузнецов // Известия высших учебных заведений. Строительство. – 2002. – № 1-2. – С. 135.

15. Сотникова, О.А. Расчет экономической эффективности применения конденсационных теплообменных устройств теплогенерирующих установок / О.А. Сотникова, Н.А. Петрикеева // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. – 2008. – №1. – С. 113-117.

16. 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.

17. Чудинов, Д.М. Разработка алгоритма обоснования структуры энергокомплекса на базе возобновляемых источников энергии / Д.М. Чудинов, К.Н. Сотникова, Морозов М.Ю., Чуйкин С.В. // Инженерные системы и сооружения. – 2010. - №1(1). – С. 147-154.

18. Сотникова, К.Н. Экспертная система принятия решений для реконструкции зданий с учетом принципов «Зеленого строительства» / К.Н. Сотникова, Н.В. Колосова, А.П. Толмачев // Инженерные системы и сооружения. – 2012. - №1. – С. 98-105.

19. Melkumov, V.N. Dynamics of air flow and temperature field formation in premise. Scientific herald of voronezh state university of architecture and civil engineering./ V.N. Melkumov, S.N. Kuznetsov // Construction. Architecture. Transport. – 2008. – № 4. – S. 172.

20. Startseva N.A. Fire safety in designing pump stations and compressor houses. Scientific Herald of Voronezh State University if Architecture and Civil Engineering / N.A. Startseva, S.A. Kolodyazhny // Construction. Architecture. Transport. – 2008. - №2. - C. 155.

Код для цитирования: Скопировать