Сайт научно-технического журнала «Инженерные системы. АВОК Северо-Запад»

Реверсивная струйная вентиляция и рекуперация как новое энергоэффективное проектное решение для крупных многоуровневых автостоянок

А. В. Свердлов, генеральный директор, Fläkt Woods Россия

А. П. Волков, технический эксперт, Fläkt Woods Россия

В отопительный период нагрев воздуха в жилых и общественных зданиях, на промышленных сооружениях составляет не менее 25–55% от расходуемого тепла [1, 2]. Мероприятия по снижению энергозатрат за счет утилизации тепла, выбрасываемого в окружающую среду с потоком вытяжного воздуха, привели к развитию различного типа рекуператоров [2], что стало целым направлением в создании вентиляционных агрегатов, оснащенных такими устройствами.

Рис. 1. Схема вентиляционной установки с пластинчатым теплообменником в качестве рекуператора и линией рециркуляции

Рис. 2. Струйные вентиляторы, установленные на потолочном перекрытии подземной автостоянки

Другим альтернативным способом энергосбережения стало применение рециркуляции в системах вентиляции, позволяющей вторично использовать уже нагретый до необходимой температуры воздух из вытяжного воздуховода, смешивая его с приточным воздухом. Обязательным условием при использовании рециркуляции стало превышение фактического расхода приточного воздуха над расчетным значением, обусловленным необходимостью снижения концентрации вредных веществ в воздухе помещения до приемлемого уровня (ПДК).

Рассмотрим пример. Система вентиляции производственного помещения, совмещенная с воздушным отоплением, рассчитана в соответствии с СП 60.13330.2012. Площадь помещения S = 150 м²; высота потолка Н = 3 м; норма приточного воздуха для рабочего 80 м³/ч, для ИТР = 20 м³/ч. В помещении работают 15 рабочих и 3 ИТР.

Воздухообмен:

V_пр = (15 ∙ 80) + (3 ∙ 20) = 1260 м³/ч.

Воздушное отопление при кратности циркуляции, равной 5:

V_от = 150 ∙ 3 ∙ 5 = 2250 м³/ч.

Рециркуляция:

2250 – 1260 = 990 м³/ч.

Рис. 3. График зависимости мощности воздухоподогревателя, предназначенного для воз-душного отопления помещения автостоянки 10 000, 5000 и 3000 м2 при различных температурах наружного воздуха (параметры воздухообмена – 12 м3/м2/ч, температура воз-духа в помещении 10 °С)

Обобщенная схема вентиляционной установки, имеющей возможность работы с рециркуляцией и рекуперацией, представлена на рис. 1.

Подземные и крытые автостоянки в течение достаточно долгого времени оставались объектом, где вопросами энергосбережения по средствам применения рециркуляции и рекуперации не занимались.

Во-первых, новые технологические решения в части вентиляции автостоянок закрытого типа разрабатывались в основном в странах Западной Европы, где климатические условия существенно мягче российских. Например, одна из первых автостоянок с укрупненными до 5000 м² пожарными отсеками была построена в Португалии.

Во-вторых, температурно-влажностный режим в помещении автостоянки с коротким пребыванием человека допускал, по европейским нормам, использование необогреваемого помещения.

Важными особенностями современных подземных и крытых автостоянок стали отказ от традиционных канальных систем вентиляции и переход к продольным струйным системам вентиляции и дымоудаления, позволяющим уменьшить риски нахождения человека в замкнутом пространстве с высокими концентрациями выхлопных газов и высокими пожарными нагрузками [3]. Струйные вентиляционные системы подземных автостоянок стали типовым техническим решением в странах ЕС.

Рис. 4. Схема расположения вентиляционных шахт приточной и вытяжной вентиляции в помещении автостоянки 10 000 м2

Общий вид автостоянки, оснащенной струйными вентиляторами, представлен на рис. 2.

Одним из важных достоинств таких систем является их высокая энергоэффективность. По сравнению с традиционными канальными системами удельные затраты электроэнергии снижаются на 10–15% [4]. Улучшается экология и условия пребывания человека на автостоянке [5].

Рис. 5. Система рекуперации с промежуточным контуром

Наиболее остро вопросы энергосбережения стоят по отношению к большим, многоярусным подземным стоянкам, где применяются реверсивные струйные вентиляционные системы [6]. На таких автостоянках площади пожарных отсеков могут достигать 5000–10 000 м². Удельный расход воздуха на автостоянках общественных зданий (торговых и бизнес-центров) может приниматься в соответствии с [7] равным 12 м³/м²/ч.

Рис. 6. Схема рекуперации EcoNet с промежуточным контуром и дополнительным теплооб-менным аппаратом

В соответствии с СП 113.13330.2012 на отапливаемых автостоянках расчетную температуру воздуха следует принимать не менее 5 °С, на постах мойки, технического осмотра (ТО) и технического ремонта (ТР) 18 °С. Будем считать, что система воздушного отопления на максимальной нагрузке должна обеспечить температуру воздуха в автостоянке не менее 10 °С.

Выбирая расчетное значение площади пожарного отсека, оснащенного самостоятельной системой вентиляции, следует учитывать, что при использовании реверсивной струйной вентиляции допускается увеличение площади такого отсека до 10 000 м² при автоматической (спринклерной) системе пожаротушения и до 5000 м² при ее отсутствии [6].

Зависимость мощности воздухоподогревателя при различных температурах наружного воздуха представлена на рис. 3.

Таким образом, в условиях России для современных автостоянок площадью 5000–10 000 м² максимальная мощность воздухоподогревателей может составить 0,5–1,5 МВт. Очевидно, что проект системы вентиляции такой автостоянки без рекуперации теплоты, выбрасываемой в атмосферу, будет энергозатратен и неконкурентоспособен.

Рис. 7. Схема размещения элементов EcoNet

После принятия Федерального закона 261-ФЗ от 23 ноября 2009 г. «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности…» [8] заказчики и инвесторы проектов автостоянок стали обращаться с запросами о разработке мероприятий по энергосбережению в системах вентиляции таких объектов.

Построение системы вентиляции в соответствии со схемой, представленной на рис. 1, применительно к автостоянке, оборудованной струйной системой вентиляции, невозможно по целому ряду причин.

В соответствии с СП 60.13330.2012 на подземных и крытых автостоянках запрещена рециркуляция воздуха, поэтому возрастает значение рекуперации. Применение наиболее распространенных способов рекуперации — роторного или пластинчатого теплообменника — также затруднено. Роторный теплообменник не гарантирует отсутствия перетечек загрязненного воздуха из вытяжного канала в приточный, что недопустимо при наличии токсичных веществ от выхлопа автомобилей в отработанном воздухе.

Рис. 8. Тепловая схема EcoNet (зимний период)

Пластинчатый теплообменник мог бы обеспечить рекуперацию в вентиляционной системе, однако необходимость транспортировки воздушных потоков к месту его установки становится существенной проблемой в случае использования струйной вентиляционной системы. Более того, внушительные габаритные размеры требуют дополнительного места для размещения пластинчатых рекуператоров.

Рассмотрим общий вид автостоянки площадью около 10 000 м², представленной на рис. 4.

Расстояние между шахтами приточной и вытяжной вентиляции (см. рис. 4) около 200 м. Поток воздуха между притоком и вытяжкой создается при помощи системы струйных вентиляторов, вентиляционные воздуховоды в помещении автостоянки отсутствуют. Прокладка дополнительных воздуховодов для транспортировки воздушных потоков усложнит систему вентиляции и потребует дополнительных затрат.

В этом случае наиболее целесообразно использование децентрализованной системы рекуперации, имеющей в своем составе промежуточный водяной (гликолевый) контур. Перенос теплоты между потоками вытяжного и приточного воздуха осуществляется путем перекачки жидкого теплоносителя (гликоль) между теплообменниками, установленными в приточном и вытяжном вентиляционных каналах [2, 9]. Принципиальная схема такой установки представлена на рис. 5 [9].

Компания Fläkt Woods предлагает запатентованное техническое решение EcoNet на основе схемы (рис. 6), дополненное теплообменником в контуре теплоносителя, представленное на рис. 6.

Рис. 9. Тепловая схема EcoNet (летний период)

Основное достоинство представленной на рис. 6 схемы — это возможность совместить рекуперацию и воздушное отопление в одном гликолевом контуре. Кроме того, система EcoNet удачно вписывается в помещение автостоянки, оснащенной струйной вентиляцией. На рис. 7 показана схема размещения элементов системы.

Представленное техническое решение имеет целый ряд достоинств. В системе EcoNet в качестве внешнего энергоносителя можно использовать горячую воду более низкой температуры, что дает возможность полностью утилизировать оборотную воду, например, из системы отопления. Это означает, что в оптимальных случаях температура оборотной воды центрального теплоснабжения может быть уменьшена до 20–25 °С, что ведет к уменьшению энергозатрат. Схема работы EcoNet зимой представлена на рис. 8.

Система EcoNet может использовать горячую воду от теплового насоса при температуре около 30 °С (см. рис. 9). Чем ниже температура воды, производимой тепловым насосом, тем выше экономичность его эксплуатации. Это означает, что мы получаем более компактный и экономичный тепловой насос. Данное направление применения EcoNet считается перспективным и требует дополнительных исследований.

Рис. 10. Общий вид оборудования EcoNet

В работе [10] рассмотрен режим работы EcoNet в холодный период при температуре наружного воздуха -28 °С. Система обеспечивает подогрев наружного воздуха до 20 °С, расход воздуха 10 000 м³/ч. Горячая вода с температурным графиком +95/+70 °C поступает в промежуточный пластинчатый теплообменник, расположенный в системе Econet для нагрева теплоносителя, циркулирующего в замкнутом контуре (принято 30% этиленгликоль). В рассматриваемом режиме работы температура этиленгликолевого раствора на выходе из теплообменника в приточном канале может снижаться до -6 °С. Для уменьшения риска обмерзания теплообменника в вытяжном канале предусмотрен перепуск переохлажденной жидкости при помощи трехходового клапана (см. рис. 8).

Система EcoNet может использоваться для рекуперации холода в летний сезон. Такой вариант работы показан на рис. 9.

В системе Econet высокоэффективные теплообменники могут возвращать охлаждающей воде желаемый температурный уровень без увеличения размеров охлаждающего теплообменника в вентиляционной установке, как это имеет место в традиционных системах.

Возможна рекуперация холода при температуре охлаждающей воды до 12 °С, а это значит, что можно использовать термальную энергию грунта или морской воды.

Когда желательна более глубокая рекуперация холода – установка обработки вытяжного воздуха дооснащается увлажнительной секцией (см. рис. 9), и, таким образом, может использоваться адиабатическое испарительное охлаждение. Этот способ существенно уменьшает требование к холодопроизводительности чиллера, что ведет к уменьшению его типоразмера и снижению эксплуатационных затрат.

Крытая автостоянка оборудована системой струйной вентиляции

Общий вид оборудования представлен на рис. 10. Система EcoNet представляет собой комплектный агрегат, в который входят: пластинчатые теплообменники, циркуляционный насос (резервирование по требованию) с частотным регулированием, расширительный бак, система гидравлической обвязки и комплексная система автоматизации с запрограммированным алгоритмом работы, включающая функцию измерения эффективности.

Традиционно считалось, что системы с промежуточным жидкостным контуром теплоносителя обладают невысокой степенью рекуперации — 50–65% [2]. Система рекуперации Econet имеет более высокую энергоэффективность — степень рекуперации достигает 65–75%. Такие показатели достигнуты за счет применения высокоэффективных теплообменных аппаратов и новых технических решений, в том числе гибкой, встроенной универсальной системы управления.

Вывод

Компания Fläkt Woods Россия предлагает новое проектное решение для общеобменной вентиляции и дымоудаления многоярусных подземных и крытых автостоянок на основе реверсивной струйной вентиляционной системы и высокоэффективной системы рекуперации EcoNet.

Литература

1. Besant R. W., Johnson A. B. Reducing energy costs using run-around systems // ASHRAE J. — 1995. — Vol. 37. № 2. P. 41–46.
2. Вишневский Е. П. Рекуперация тепловой энергии в системах вентиляции и кондиционирования воздуха// С.О.К. — 2004. — № 11. — C. 90–101.
3. Волков А. П. Продольная система дымоудаления в подземных сооружениях, оснащенных струйными вентиляционными системами // С.О.К. — 2013. — № 8. — С. 82–88.
4. Волков А. П., Свердлов А. В., Рыков С. В., Волков М. А. Фактор энергоэффективности при выборе параметров системы вентиляции автостоянки закрытого типа // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия: Холодильная техника и кондиционирование. — 2015. — № 3 (15). — С. 27–36.
5. Волков А. П., Свердлов А. В., Рыков С. В. Управление экологической безопасностью подземных транспортных сооружений при различных режимах движения транспортных средств // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия: Экономика и экологический менеджмент. — 2015. — № 3.
6. Волков А. П., Свердлов А. В. Реверс воздушного потока при продольной вентиляции и дымоудалении подземных и крытых автостоянок // АВОК. — 2015. — № 1. — С. 34–38.
7. VDI 2053 Air treatment systems for car parcs. January 2004. (VDI 2053. Системы обработки воздуха для автостоянок).
8. Федеральный закон от 23 ноября 2009 г. № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» (с изменениями и дополнениями).
9. Немировская В. В., Кузовлев А. В. Энергосбережение с применением утилизаторов теплоты // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия: Холодильная техника и кондиционирование. — 2015. — № 2. — С. 14–21.
10. Свердлов А. В. Температурный расчет системы рекуперации тепла Econet // АВОК. — 2015. — № 2. С. 22.

www.flaktwoods.ru

Скачать пдф-версию статьи «Реверсивная струйная вентиляция и рекуперация как новое энергоэффективное проектное решение для крупных многоуровневых автостоянок»