Рекомендации по проектированию вентиляции

Целью руководящих принципов (Blomsterberg,2000) [Ref 6] является предоставление рекомендаций практикам (в первую очередь проектировщикам систем HVAC и управляющим зданиями, но также клиентам и пользователям зданий) о том, как обеспечить вентиляционные системы с хорошими характеристиками, применяя традиционные и инновационные технологии. Руководящие принципы применимы к вентиляционным системам в жилых и коммерческих зданиях, а также в течение всего жизненного цикла здания, т. е. краткое изложение, проектирование, строительство, ввод в эксплуатацию, эксплуатация, техническое обслуживание и демонтаж.

Для проектирования вентиляционных систем с учетом эксплуатационных характеристик необходимы следующие предварительные условия:

• Для проектируемой системы были определены эксплуатационные характеристики (качество воздуха в помещении, тепловой комфорт, энергоэффективность и т. д.).
• Применяется перспектива жизненного цикла.
• Система вентиляции считается неотъемлемой частью здания.

Цель состоит в том, чтобы спроектировать вентиляционную систему, которая соответствует спецификациям производительности конкретного проекта (см. главу 7.1), применяя традиционные и инновационные технологии. Проектирование вентиляционной системы должно быть согласовано с проектной работой архитектора, инженера-строителя, инженера-электрика и проектировщика системы отопления/охлаждения. Это необходимо для того, чтобы гарантировать, что готовое здание с системой отопления, охлаждения и вентиляции будет работать хорошо. И последнее, но не менее важное, следует проконсультироваться с управляющим зданием относительно его особых пожеланий. Он будет нести ответственность за работу вентиляционной системы в течение многих лет. Поэтому проектировщик должен определить определенные факторы (свойства) для вентиляционной системы в соответствии со спецификациями производительности. Эти факторы (свойства) должны быть выбраны таким образом, чтобы общая система имела самую низкую стоимость жизненного цикла для указанного уровня качества. Экономическая оптимизация должна быть проведена с учетом:

• Инвестиционные затраты
• Эксплуатационные расходы (энергия)
• Расходы на техническое обслуживание (замена фильтров, чистка воздуховодов, чистка воздухораспределительных устройств и т. д.)

Некоторые из факторов (свойств) охватывают области, где требования к производительности должны быть введены или ужесточены в ближайшем будущем. Эти факторы:

• Проектирование с учетом жизненного цикла
• Проектирование для эффективного использования электроэнергии
• Конструкция, обеспечивающая низкий уровень шума
• Проектирование для использования системы управления энергопотреблением здания
• Проектирование для эксплуатации и обслуживания

Проектирование с жизненным циклом перспектива 

Здания должны быть сделаны устойчивыми, т. е. здание должно в течение своего срока службы оказывать как можно меньшее воздействие на окружающую среду. За это отвечают несколько различных категорий лиц, например, проектировщики, управляющие зданиями. Изделия следует оценивать с точки зрения жизненного цикла, где внимание должно уделяться всем воздействиям на окружающую среду в течение всего жизненного цикла. На ранней стадии проектировщик, покупатель и подрядчик могут сделать экологически безопасный выбор. Здание состоит из нескольких различных компонентов с разным сроком службы. В этом контексте необходимо учитывать ремонтопригодность и гибкость, т. е. использование, например, офисного здания может меняться несколько раз в течение срока службы здания. Выбор системы вентиляции обычно сильно зависит от затрат, т. е. обычно от инвестиционных затрат, а не от затрат на жизненный цикл. Это часто означает, что система вентиляции просто соответствует требованиям строительного кодекса при самых низких инвестиционных затратах. Эксплуатационные расходы, например, на вентилятор, могут составлять 90 % от стоимости жизненного цикла. Важными факторами, имеющими отношение к перспективам жизненного цикла, являются:
Продолжительность жизни.

• Воздействие на окружающую среду.
• Изменения в системе вентиляции.
• Анализ затрат.

Простой метод, используемый для анализа стоимости жизненного цикла, заключается в расчете чистой приведенной стоимости. Метод объединяет инвестиции, энергию, техническое обслуживание и экологические затраты в течение части или всей фазы эксплуатации здания. Ежегодные затраты на энергию, техническое обслуживание и окружающую среду пересчитываются на текущую стоимость, сегодня (Nilson 2000) [Ref 36]. С помощью этой процедуры можно сравнивать различные системы. Влияние на окружающую среду в расходах обычно очень трудно определить, и поэтому его часто не учитывают. Влияние на окружающую среду в некоторой степени учитывается путем включения энергии. Часто расчеты LCC производятся для оптимизации использования энергии в течение периода эксплуатации. Основная часть энергопотребления жизненного цикла здания приходится на этот период, т. е. отопление/охлаждение помещений, вентиляция, производство горячей воды, электричество и освещение (Adalberth 1999) [Ref 25]. Если предположить, что срок службы здания составляет 50 лет, то на период эксплуатации может приходиться 80–85 % от общего потребления энергии. Оставшиеся 15–20 % приходятся на производство и транспортировку строительных материалов и строительство.

Проектирование для эффективного использования электричество для вентиляции 

Потребление электроэнергии вентиляционной системой в основном определяется следующими факторами: • Перепады давления и условия движения воздуха в системе воздуховодов.
• Эффективность вентилятора
• Методика управления потоком воздуха
• Корректирование
Для повышения эффективности использования электроэнергии представляют интерес следующие мероприятия:

• Оптимизируйте общую компоновку вентиляционной системы, например, минимизируйте количество изгибов, диффузоров, изменений поперечного сечения, тройников.
• Замените вентилятор на более эффективный (например, с прямым приводом вместо ременного, с более эффективным двигателем, с загнутыми назад лопатками вместо загнутых вперед).
• Снизить перепад давления в месте соединения вентилятора с воздуховодом (вход и выход вентилятора).
• Снизьте перепад давления в системе воздуховодов, например, на изгибах, диффузорах, в местах изменения поперечного сечения, тройниках.
• Установите более эффективный метод управления потоком воздуха (управление частотой или углом наклона лопастей вентилятора вместо управления напряжением, заслонкой или направляющим аппаратом).

Конечно, для общего потребления электроэнергии в системе вентиляции важны также герметичность воздуховодов, скорость воздушного потока и время работы.

Для того чтобы показать разницу между системой с очень низкими перепадами давления и системой с существующей до сих пор практикой, «эффективная система», SFP (удельная мощность вентилятора) = 1 кВт/м³/с, сравнивалась с «нормальной системой», SFP = от 5,5 до 13 кВт/м³/с (см.Таблица 9). Очень эффективная система может иметь значение 0,5 (см. главу 6.3.5).

Таблица 9: Расчетные перепады давления и SFP значения для «эффективной системы» и «текущей система". 

Конструкция, обеспечивающая низкий уровень шума 

Начальной точкой при проектировании для низкого уровня шума является проектирование для низкого уровня давления. Таким образом, можно выбрать вентилятор, работающий на низкой частоте вращения. Низкие перепады давления могут быть достигнуты следующими способами:

• Низкая скорость воздуха, т.е. большие размеры воздуховодов
• Минимизируйте количество компонентов с перепадами давления, например, изменения ориентации или размера воздуховодов, заслонки.
• Минимизируйте перепад давления на необходимых компонентах
• Хорошие условия потока на входах и выходах воздуха

Применимы следующие методы управления потоками воздуха с учетом шума:

• Управление частотой вращения двигателя
• Изменение угла наклона лопаток осевых вентиляторов
• Тип и способ крепления вентилятора также влияют на уровень шума.

Если спроектированная таким образом система вентиляции не удовлетворяет требованиям по звуку, то, скорее всего, в проект необходимо включить шумоглушители. Не забывайте, что шум может проникать через систему вентиляции, например, шум ветра через наружные вентиляционные отверстия.
7.3.4 Проектирование с использованием BMS
Система управления зданием (BMS) здания и процедуры для последующих измерений и сигналов тревоги определяют возможности для получения надлежащей работы системы отопления/охлаждения и вентиляции. Оптимальная работа системы HVAC требует, чтобы подпроцессы можно было контролировать отдельно. Это также часто единственный подход для обнаружения небольших несоответствий в системе, которые сами по себе не увеличивают потребление энергии в достаточной степени, чтобы активировать сигнализацию потребления энергии (по максимальным уровням или последующим процедурам). Одним из примеров являются проблемы с двигателем вентилятора, которые не отображаются в общем потреблении электроэнергии для работы здания.

Это не означает, что каждая система вентиляции должна контролироваться BMS. Для всех систем, кроме самых маленьких и простых, следует рассмотреть BMS. Для очень сложной и большой системы вентиляции BMS, вероятно, необходим.

Уровень сложности BMS должен соответствовать уровню знаний эксплуатационного персонала. Лучший подход — составить подробные спецификации производительности для BMS.

7.3.5 Проектирование для эксплуатации и обслуживание
Для обеспечения надлежащей эксплуатации и обслуживания должны быть написаны соответствующие инструкции по эксплуатации и обслуживанию. Чтобы эти инструкции были полезными, при проектировании вентиляционной системы должны быть выполнены определенные критерии:

• Технические системы и их компоненты должны быть доступны для обслуживания, замены и т. д. Помещения для вентиляторов должны быть достаточно большими и хорошо освещенными. Отдельные компоненты (вентиляторы, заслонки и т. д.) вентиляционной системы должны быть легкодоступными.
• Системы должны быть промаркированы с информацией о среде в трубах и каналах, направлении потока и т.д. • Должны быть включены контрольные точки для важных параметров

Инструкции по эксплуатации и техническому обслуживанию должны быть подготовлены на этапе проектирования и окончательно утверждены на этапе строительства.

Обсуждения, статистику и профили авторов этой публикации см. по адресу: https://www.researchgate.net/publication/313573886
На пути к улучшению характеристик систем механической вентиляции
Авторы, в том числе: Питер Воутерс, Пьер Барлес, Кристоф Дельмотт, Оке Бломстерберг.
Некоторые из авторов этой публикации также работают над следующими смежными проектами:
Герметичность зданий
ПАССИВНАЯ КЛИМАТИЗАЦИЯ: FCT PTDC/ENR/73657/2006