Системы вентиляции с управлением по уровню CO2. Проектирование офисных систем вентиляции

При проектировании систем вентиляции в офисных зданиях наибольшее
внимание, как правило, уделяется энергосбережению, в то время как
вопросы здоровья и работоспособности сотрудников, а также
эксплуатационные расходы по поддержанию работоспособности вентиляции
практически выпадают из рассмотрения. Системы вентиляции с управлением
по уровню CO2 (DCV) охватывают все перечисленные вопросы в комплексе.

В любом здании существует как минимум два источника загрязнения.
Первым источником являются собственно строительные материалы,
применяемые при возведении здания, дающие более 50% всех загрязнений.
Вторым источником являются выделения, образующиеся в результате
жизнедеятельности людей внутри здания. Именно этот фактор, являясь
переменной величиной, определяет необходимость автоматического
изменения скорости воздушного потока в помещениях, рационального
использования электроэнергии и, в конечном счете, возможность снижения
эксплуатационных расходов. Поскольку уровень CO2 в помещении
является одним из основных критериев присутствия там людей, он и был
взят за основу при проектировании системы DCV.

Стандарт ASHRAE 62-2001 «Вентиляция для обеспечения приемлемого
качества воздуха внутри помещений» определяет минимальные требования к
вентиляции помещений, необходимой для обеспечения приемлемого качества
воздуха внутри помещений. Чтобы соответствовать этому стандарту,
система вентиляции должна обеспечивать надлежащее растворение
присутствующих в помещении загрязнителей. Однако, поскольку приемлемый
уровень CO2 в стандарте не указан, каких-либо однозначных критериев, определяющих соотношение уровня CO2 и объема поступающего в помещение воздуха, не имеется.

 

Рисунок 1. Модель двухкамерной системы и расчет объема поступающего воздуха

 

Чтобы установить эту взаимосвязь, предлагаем рассмотреть математическую модель, описывающую изменение уровня CO2 и принять некоторые допуски в этом плане. Взаимосвязь между уровнем CO2
и скоростью воздушного потока может быть описана при помощи простейшей
двухкамерной модели, приведенной на рисунке 1. Данная модель
устанавливает соотношение уровня CO2 (внутри помещения и вне его) к объему воздуха из расчета на одного человека при выполнении следующих условий:

  • находящиеся в помещении люди производят постоянное количество CO2, обозначенное N (в литр/сек на одного человека), то есть обмен веществ, рацион и уровень активности идентичны;
  • концентрация CO2 в наружном воздухе обозначается как Co Воздух подается в помещение в постоянном объеме Vo (в литр/сек на одного человека);
  • уровень CO2 внутри помещения обозначен как Cs и является показателем степени заселенности зоны обслуживания.

При скорости V=7,5 литр/сек, при предполагаемом уровне выделения CO2 N=0,31 литр/мин на человека получаем, что уровень CO2 внутри помещения приблизительно на 700ppm выше уровня CO2 вне помещения. Учитывая разницу в уровне CO2, получаем:

Cs – Co = N/V,

или

0,31/(7,5?60 л/мин) = 700 ppm

Эти расчеты представляют собой математическое обоснование
требований к вентиляции для обеспечения комфортных условий работы в
помещении. Проведенные исследования показали, что для устранения
находящихся в воздушной среде продуктов жизнедеятельности человека
необходим воздушный поток, имеющий скорость 7 литр/сек. на человека.
Полученное же в расчетах значение 700 ppm является уровнем CO2,
описанным в стандарте ASHRAE 62-2001: «Условия воздушной среды,
связанные с содержанием в воздухе продуктов жизнедеятельности человека,
считаются комфортными, если система вентиляции обеспечивает уровень CO2 в помещении ниже 700 ppm над уровнем CO2 вне помещения».

 

Рисунок 2. Зависимость выделения CO2 от уровня физической активности

 

Как уже говорилось, более 50% всех загрязнителей воздуха в
помещении не являются следствием жизнедеятельности человека и не могут
определяться лишь при помощи контроля уровня CO2.

Разница в 700 ppm прекрасно подходит для оценки зоны обслуживания
на предмет адекватной вентиляции помещения и устранения продуктов
жизнедеятельности из воздушной среды в соответствии с требованиями
соответствующего стандарта. Принятый в модели уровень выделения CO2
основан на минимальном уровне физической активности (0,31 л/мин на
человека). Поэтому любое увеличение уровня активности сотрудников офиса
(N) вызовет рост соотношения уровня CO2 в помещении, полученного в расчете, и может отрицательно сказаться на ожидаемом снижении эксплуатационных затрат.

Точность результатов будет выше при условии постоянной скорости
воздушного потока и неизменном количестве находящихся в офисе
сотрудников. Но такой метод лучше всего подходит для бытовой
экспресс-диагностики состояния воздушной среды в закрытых помещениях.
Как показано на рисунке 2, уровень CO2 колеблется в
зависимости от уровня физической активности находящихся в помещении
людей. К тому же, он напрямую зависит от их рациона питания и состояния
здоровья. Поэтому пренебрежение этими факторами чревато серьезными
погрешностями в расчетах.

Система DCV, предназначена для применения в динамически меняющихся
условиях, которые не всегда можно описать с помощью функциональной
математической модели. Например, очень важно в каком месте установлен
датчик CO2 и его характеристики.

При установке датчиков CO2 важно обращать внимание на следующие технологические параметры:

  • погрешность;
  • точность измерения;
  • устойчивость к воздействию температуры;
  • пыле- и влагозащищенность;
  • устойчивость к воздействию солнечных лучей;
  • частота настройки;
  • устойчивость к механическим вибрациям;
  • устойчивость к электрическим помехам;
  • места размещения датчиков;
  • количество датчиков;
  • методика усреднения результатов замера группой датчиков;
  • совокупной погрешности измерений группы датчиков.

Уровень CO2 на улице во многом зависит от
географического расположения и времени года. Его обычно не измеряют,
поскольку имеющиеся датчики CO2 обладают большой
погрешностью при высоких скоростях воздушного потока и плохо
функционируют при низких температурах. Но при отсутствии внешних
датчиков, система DCV позволяет решить проблему недостаточной
вентиляции воздуха внутри помещения при помощи специальных датчиков
скорости воздушного потока, поступающего в систему извне. Они позволяют
устанавливать минимальный уровень скорости потока при отсутствии людей
в помещении и максимальный уровень по достижению предельно допустимого
уровня CO2 в офисе.

При повышении температуры выше 18,3°C, уровень влажности в
конструкциях с отрицательным давлением может превышать 70%, то есть
минимальный уровень влажности, при котором может образовываться
плесень, негативно влияющая на прочность несущих конструкций здания.
Известно также, что большинство видов плесени выделяют аллергены, а
некоторые могут быть токсичными для человека. Результаты последних
исследований показали, что темпы роста плесени зависят от давления
внутри здания. Если системы вентиляции не обеспечивают достаточный
приток свежего наружного воздуха и положительной разницы между объемом
поступающего и отводимого воздуха, в здании развивается плесень.

В этой связи, проектировщикам рекомендуется уделять особое внимание
системам поддержания необходимого давления в помещении при
использовании регулируемых систем вентиляции — с управлением по уровню
CO2 или каких-то других. Погрешность оценки величины
воздушного потока, необходимого для создания положительного давления
снижается при уменьшении общего объема поступающего в помещение
воздуха, что делает чрезвычайно важной точность регулирования входящего
потока воздуха.

Таким образом, снижение эксплуатационных и энергозатрат за счет
установки современной системы вентиляции DCV с регулировкой воздушного
потока по уровню CO2 возможно только в том случае, когда
количество сотрудников в помещении и необходимый объем подаваемого
воздуха определены с достаточной точностью, и, кроме того, существует
возможность поддержания постоянного давления в здании. Успешное
внедрение такой системы зависит также от надежности датчиков и
совершенства методики измерений.

Авторы:

Дэвид С. Дуген и Лен Дамиано, члены ASHRAE

Перевод: Нечаев А.В.

Предоставлено журналом Мир климата

Дата публикации 26.03.16



Источник статьи

Оставить комментарий

Войти с помощью: