Организация вентиляционных систем в зданиях общественного назначения. Техническое нормирование вентиляционных систем и систем кондиционирования воздуха

При проектировании систем кондиционирования и вентиляции на территории Европейского союза специалисты руководствуются стандартом EN 13779, который позволяет эффективно воплощать в реальность всевозможные инженерные решения уже на протяжении десятилетнего периода. Документ насыщен техническими требованиями, предъявляемыми к строительным объектам нежилого назначения. Его корректировка длилась в течение четырех лет, по истечении которых Евросоюз получил общую нормативную базу по расшифровке и классификации различных понятий, касающихся вентиляционного оборудования и устройств кондиционирования воздуха.

Главные коррективы в документах EN 13779 и EN 16798-3

В Положении М480 директивы, на основании которой определяется энергоэффективность строительных объектов, указана географическая направленность применения документа EN 13779. В частности, им могут руководствоваться практически все государства, которые являются членами Европейского союза. В данный момент наблюдается переработка стандарта. В будущем планируется его разделение на нормативную и информационную часть. Первая будет описана в документе EN 16798-3. Вторая часть будет представлена в виде технической отчетности CEN/TR 16798-4, которая предназначена для включения информационных материалов, расчетных образцов, комментариев и рекомендуемых значений.

EN 16798-3 и CEN/TR 16798-4

По причине того, что в Директиве по энергоэффективности строительных объектов указывается произвольный выбор контролирующих ведомств государств Европейского союза локальных требований к микроклиматическим характеристикам, все пункты документа EN 13779, посвященные качеству воздушной массы внутри помещений, окажутся в отдельном документе EN 16798-1. При этом в стандарте EN 16798-3 будут прописаны технические требования к системам кондиционирования и вентиляции и требования к энергетическому потреблению системы. Также здесь будет описано воздействие системного оборудования на качественные показатели транспортируемой воздушной массы.

Резюмируем вышесказанное.

1. Техническую часть будет содержать стандарт EN 16798-3:
   • энергетическую эффективность оборудования;
   • проектировочные нормативы;
   • качественную оценку внешнего воздушного потока;
   • воздействие узлов системы на качественные параметры перемещаемой воздушной массы.
2. Нормативную часть актуализируют и включат в стандарт EN 16798-3:
   • терминологическую и разъяснительную составляющие;
   • классификационную составляющую.
3. Микроклиматические нормативы будет содержать стандарт EN 16798-1:
   • калькуляцию минимального объема уличной воздушной массы с учетом присутствия человеческого фактора и типа помещения;
   • нормируемую кратность обмена воздушными массами с учетом типа помещения;
   • температурные и влажностные параметры воздушного потока, вероятность появления сквозных ветров, содержание углекислого газа и т.д.

Документ по экологическому дизайну

Около полутора года назад члены Европейского парламента утвердили директиву, на основании которой определяется экологический дизайн входящего в систему вентиляции оборудования. Документ содержит информацию о минимальных требованиях, на основании которых определяется энергетическая эффективность изготовленных на территории Евросоюза вентиляционных устройств. В первую очередь это касается удельного энергопотребления системного оборудования. Данный показатель обозначается как SFPint и является отношением потребляемой вентиляторным устройством (переносит воздух посредством узла системы) мощности к объему транспортируемой воздушной массы (Вт/(м³/с)).

Также требования связаны с рекуперационной эффективностью теплоты (η_{t_nrvu}). Данный показатель вычисляется на основании формулы:

η_{t_nrvu} = (t₂’’ – t₂’) / (t₁’ – t₂’).

Исходя из данной формулы, t₂’’ является температурой поступающей воздушной массы, прошедшей через рекуператор; t₂’ является температурой уличной воздушной массы; t₁’ является температурой воздушной массы, высвобождаемой наружу до попадания в рекуператор. Все вышеуказанные показатели измеряются в градусах Цельсия.

Если расход приточной и высвобождаемой воздушных масс является одинаковым, документ содержит постоянное значение температурной разницы воздушной массы внутри помещения и на улице, которое равно двадцати кельвинам.

Нормирование экологического дизайна вентиляционной системы содержится в стандарте EN 16798-3.

Разделение систем по классификационному признаку

Изначально ознакомимся с основными типами систем вентиляции воздуха (европейская классификация), которые устанавливаются на объектах недвижимости нежилого назначения:

1. Однонаправленная вентиляционная система. В данную систему включено приточное и вытяжное устройства. Одно из них отличается механическим, а второе естественным побуждением.
2. Двунаправленная вентиляционная система. Данная система состоит из притока и вытяжки с механическим побуждением.
3. Естественная вентиляционная система. Данная система аналогична двунаправленной системе, однако здесь вытяжное и приточное устройства имеют естественное побуждение.
4. Гибридная вентиляционная система. В данной системе на тип побуждения приточной и вытяжной составляющей влияют внешние факторы и временный период.

В Таблице 1 описано функциональное назначение систем.

Таблица 1. Распределение систем по функциональному признаку

Обозначения в Таблице 1:

i – имеется;

m – имеется, однако есть вероятность наличия функциональных ограничений;

- – отсутствует;

v – возможна установка, однако возможно и отсутствие.

Уличная воздушная масса и приточная воздушная масса

Проектирование вентиляционных систем должно проходить с учетом качества уличной воздушной массы возле объекта строительства или же на территории, где этот объект расположится в будущем. При этом данный показатель обозначается как ODA. Новый документ ЕС предполагает коррекцию классификационных признаков, учитывая разработанные в 2005 году рекомендации международной организации ВОЗ.

Стандарт EN 16798-3 будет включать классификацию уличной воздушной массы: ODA 1, ODA2 и ODA3.

ODA1 означает приведение уличной воздушной массы в соответствие требованиям ВОЗ или государственной стандартизации качества внешней воздушной массы.

ODA2 предусматривает превышенную в полтора раза (по сравнению с нормами ВОЗ) концентрацию экологически вредных компонентов. Также это касается и превышения на аналогичное значение государственных норм по качеству уличной воздушной массы.

ODA3 предполагает увеличенное больше чем в полтора раза (в сравнении с требованиями ВОЗ или общенациональными нормативами) содержание загрязняющих экологию компонентов.

Также качество уличной воздушной массы классифицируется по газообразным загрязнениям (ODA (G)) и по концентрации опасных элементов (ODA (P)).

Если брать во внимание приточную воздушную массу (SUP), она будет классифицироваться по SUP1, SUP2, SUP3 и SUP4.

SUP1 означает концентрацию вредных компонентов в приточном воздушном потоке на уровне меньше 25 процентов относительно нормативов ВОЗ или государственной стандартизации качества внешней воздушной массы.

SUP2 предполагает концентрацию опасных элементов в приточном воздушном потоке на уровне менее 50 процентов относительно актуальных требований ВОЗ или государственных нормативов по качеству уличной воздушной массы.

SUP3 означает концентрацию экологически опасных компонентов в приточном воздушном потоке на уровне меньше 75 процентов относительно нормативной базы ВОЗ или национальных экологических стандартов качества внешней воздушной массы.

SUP4 предполагает концентрацию вредных элементов в приточной воздушной массе на уровне соответствия нормативам ВОЗ или государственным стандартам по качеству уличной воздушной массы.

Фильтрация воздушной массы

В стандарте EN 779 будет указано, что выбор фильтрующих элементов для вентиляционной системы должен осуществляться на основании соответствующей данному документу методики. Опираясь на качество уличной воздушной массы ODA (P) и требуемое качество приточного воздушного потока SUP, выбирается фильтрационная эффективность, с которой можно ознакомиться в Таблице 2.

Таблица 2. Минимальная эффективность фильтрующего элемента

Примечание: для определения фильтрационной эффективности необходимо руководствоваться стандартом EN 779.

Необходимой фильтрационной эффективности можно достичь благодаря использованию одного отсека фильтрующего элемента. Также возможно поэтапное достижение очистной эффективности за счет нескольких отсеков фильтрующего элемента, расположенных один за другим. Если остановиться на втором варианте, для расчета абсолютной фильтрационной эффективности используется следующая формула:

E_t = 100 * (1 – ((1 – E_s1/100) * (1 – E_s2/100) * … * (1 – E_sn+1/100))).

Исходя из данной формулы, E_t является полной фильтрационной эффективностью, а E_sn+1– очистной эффективностью каждого отдельного отсека.

Для обеспечения высокого уровня экологичности вентиляционной системы показатель минимальной полной фильтрационной эффективности воздушного потока должен быть приведен в соответствие классу F7, включенному стандарт EN 779.

В случае необходимости проектного обеспечения качества приточной воздушной массы по первым двум классификациям SUP фильтрационная система должна быть дополнена очистным отсеком, который защищает помещение от попадания опасных газообразных веществ. Это применимо в тех случаях, когда уличная воздушная масса загрязнена по второму или третьему классу ODA (G).

Удельная производительность вентилятора

Для определения удельной производительности вентилятора применяется следующая формула:

P_SFP = P/q_v = Δp/η_tot.

Исходя из данной формулы, Р означает потребляемую мощность электрического мотора вентилятора, измеряемую в ваттах; q_v связан с расчетным расходом проходящей через вентилятор воздушной массы и измеряется как отношение метров к секундам; Δр подразумевает скачки давления воздушного потока в области вентилятора; ηtotозначает коэффициент полезного действия вентилятора.

Невзирая на максимальную простоту расчетной методики определения данного показателя, существует вероятность разной интерпретации и расчетных методик во время определения удельной производительности вентилятора, которым оборудуются установки приточно-вытяжного типа.

Обновленный стандарт четко истолковывает расчетную процедуру, в результате чего имеет место быть существование показателя SFP_internal, характеризующего стандартную удельную производительность.

SFP приточно-вытяжной вентустановки

Директива по экологическому дизайну EU 1253/2014 содержит информацию о трех показателях SFP, к которым предъявляются соответствующие требования. В частности, при расчетах стандартной удельной производительности SFP_int учитывают сопротивление фильтрующих элементов, рекуперационной установки и ее корпуса. При расчетах расширенной удельной производительности SFP_add учитывают опциональное сопротивление приточно-вытяжного оборудования. В опциональный набор рекомендуется включение охладительных, увлажняющих и нагревательных отсеков.

При расчетах внешней удельной производительности SFP_ext учитывают сопротивление комплекта воздушных узлов, расположенных между точкой подачи-вывода воздуха и обслуживаемым пространством.

Рассмотрим формулы вычисления удельной производительности вентилятора по приточной зоне, по вытяжной зоне, а также по суммарной удельной производительности вентилятора приточно-вытяжного оборудования.

P_SFP,SUP = P_SFP,SUP,int + P_SFP,SUP,add + P_SFP,SUP,ext,

P_SFP,EXT = P_SFP,EXT,int + P_SFP,EXT,add + P_{SFP,EXT P,ext},

P_SFP = Δp_inttot/η_tot + Δp_addtot/η_tot + Δp_exttot/η_tot = Δp_intstat/η_stat + Δp_addstat/η_stat + Δp_extstat/η_stat,

P_SFP,int = P_SFP,SUP,int + P_SFP,EXT,ext.

Исходя из представленных формул, Δp_inttot связан с абсолютным аэродинамическим сопротивлением базовых элементов оборудования (фильтрующих компонентов, каркаса и рекуперационной установки) и измеряется в паскалях; Δp_addtot связан с абсолютным аэродинамическим сопротивлением вспомогательных отсеков оборудования (нагревательного и охладительного отсеков, увлажнителя, звукогасителя) и измеряется в паскалях; Δp_exttot связан с абсолютным аэродинамическим сопротивлением набора воздуховодов и измеряется в паскалях; Δp_intstat характеризует колебания статического давления в области фильтрующих элементов, рекуператора, а также каркаса, и измеряется в паскалях; Δp_addstat характеризует скачки статического давления в охладительном и нагревательном отсеках, увлажнителе, шумоглушителе, а также других узлах, и измеряется в паскалях; Δp_extstat характеризует колебания статического давления в наборе воздуховодов приточно-вытяжного оборудования и измеряется в паскалях.

Учитывая абсолютное аэродинамическое сопротивление, коэффициент полезного действия вентилятора вычисляется по следующей формуле:

η_tot= η_fantot· η_tr· η_m· η_c.

Учитывая колебания статического давления, коэффициент полезного действия вентилятора определяется на основании следующей формулы:

η_stat= η_fanstat· η_tr· η_m· η_c.

Избыточная и дефицитная воздушная масса в вентиляционной системе. Процесс рекуперации тепловой энергии

Избыточное и дефицитное содержание воздушного потока может оказать воздействие на экологичность вентиляционной системы. Также под воздействием данных факторов может изменяться энергетическая эффективность системы, что в результате окажет негативное влияние на работу вентиляционного оборудования. Местами избытка или дефицита воздушной массы зачастую является рекуператор, набор воздуховодов и каркас установки приточно-вытяжного типа.

Усовершенствованный стандарт подкреплен двумя показателями, на основании которых оценивается дефицит воздушной массы в тепловом рекуператоре: коэффициентом транспортировки вытяжной воздушной массы (EATR, измеряется в процентах) и корректировочным коэффициентом уличной воздушной массы (OACF).

С помощью EATRхарактеризуется доля вытяжной воздушной массы, поступающей в теплообменник в виде приточной.

Показатель вычисляется по формуле:

EATR = (a_SUP,HR – a_ODA,HR)/a_EXT,HR.

Исходя из данной формулы, a_SUP,HR характеризует концентрацию инертного пробного газообразного вещества в приточной воздушной массе, выходящей из рекуператора; a_ODA,HR обозначает концентрацию инертного пробного газообразного вещества в уличном воздушном потоке при подаче к рекуператору; a_EXT,HR характеризует содержание инертного пробного газообразного вещества в высвобождаемой воздушной массе при подаче к рекуператору.

Для расчета показателя OACF используется следующая формула:

OACF = q_m,ODA,HR/q_m,SUP,HR.

Согласно ей, q_m,ODA,HR связан с массовым расходом внешней воздушной массы, направляемой к рекуператору; q_m,SUP,HR связан с массовым расходом приточной воздушной массы, высвобождаемой из устройства рекуперации.

В случае превышающего единицу OACF, внешний воздушный поток в устройстве рекуперации направляется к вытяжке. Если же данный показатель составляет меньше единицы, вытяжная воздушная масса в устройстве рекуперации движется в приточном направлении. Производители должны извещать разработчиков о показателях OACF и EATR. При этом нормируемые их значения указаны в Таблице 3.

Таблица 3. Значения коэффициента OACF

Энергоэффективность вентиляционной системы

Рассчитывая энергетическую эффективность строительных объектов, необходимо учитывать множество показателей по инженерному оборудованию. Для оценки будущего проектного результата можно использовать методику калькуляции рекуперационной эффективности тепловой энергии и потребления начальной энергии вентиляционной системой.

Для расчета годовой энергоэффективности рекуперационной системы учитывается суммарная потребность вентиляционной системы в теплоте и доля теплоты, вырабатываемой рекуператором.

ɛ_SUP = 1 – (Q_H;V;in;req/Q_H;V;tot).

Исходя из данной формулы, Q_H;V;in;req является потреблением теплоты вентиляционной системой, в которой установлен тепловой рекуператор. Данный показатель измеряется как произведение киловатт и часов. Q_H;V;tot характеризует планируемую годовую потребность вентиляционной системы в теплоте, не учитывая рекуперационную тепловую энергию. Этот показатель измеряется аналогично предыдущему.

Коэффициент полезного действия рекуперационной тепловой системы рассчитывается на основании предписаний документа EN 13053, в котором указана формула:

ɛ = Q_hr / E_{V;hr;gen;in;el}.

В данной формуле: Q_hr характеризует объем тепловой энергии, которая передается посредством устройства рекуперации (измеряется в киловаттах); E_{V;hr;gen;in;el} обозначает электрическую энергию, потребляемую установкой на функционирование устройства рекуперации (измеряется в киловаттах).

Годовое потребление начальной энергии для приточно-вытяжного устройства рассчитывается по формуле:

E_P;V = q_H;V;in;req· f_H · f_P,H+ e_V;gen;in;el · f_P,E+ e_HU;cr · f_P;cr + (W_V;aux+ W_HU;aux) · f_P,E.

Исходя из данной формулы, E_P;V связан с годовым начальным энергетическим потреблением (измеряется в Вт·ч/(м³/ч)); q_H;V;in;req связан с планируемым потреблением теплоты приточно-вытяжным оборудованием (измеряется в Вт·ч/(м³/ч)); f_H характеризует эффективность преобразования и транспортировки тепла; e_HU;cr означает планируемое потребление энергии увлажняющим отсеком (измеряется в Вт·ч/(м³/ч)); f_P;cr связан с коэффициентом увлажняющего энергетического пересчета в начальную энергию; f_P,E связан с коэффициентом пересчета электричества в начальную энергию; f_P,H связан с коэффициентом пересчета теплоты в начальную энергию; e_V;gen;in;el означает калькуляционное потребление электричества вентиляторным оборудованием (измеряется в , Вт·ч/(м³/ч)); W_V;aux связан с расчетным потреблением электричества оборудованием, которое дополняет вентиляторный отсек (измеряется в Вт·ч/(м³/ч)); W_HU;aux связан с расчетным потреблением электричества оборудованием, дополняющим отсек устройства увлажнения (измеряется в Вт·ч/(м³/ч)).

На основе материалов из журнала "АВОК"