Delist.ru

Моделирование адаптивной системы вентиляции в помещениях общественных зданий большого объема (17.11.2009)

Автор: Сырых Павел Юрьевич

- проанализированы существующие решения СВ по организации воздухообмена;

- на основании проведённых исследований обоснован алгоритм работы адаптивной системы вентиляции;

- создана математическая модель работы адаптивной системы вентиляции;

- выбраны критериальные величины, позволяющие контролировать присутствие людей в помещении большого объёма и их количество;

- разработана методика определения количества человек в зоне в зависимости от величины концентрации углекислого газа в месте расположения датчика углекислого газа;

- выполнено технико-экономическое обоснование применения адаптивной вентиляции в помещении большого объёма с переменным заполнением людьми.

Научная новизна:

- экспериментально подтверждено, что основным механизмом переноса углекислого газа в общественных зданиях являются конвективные потоки, создаваемые людьми;

- обоснован механизм функционирования системы вентиляции в помещении большого объёма, адаптивный к наполняемости помещения людьми;

- создана физико-математическая модель распространения углекислого газа в помещении большого объёма с учётом воздушного режима помещения;

- создана математическая модель распределения концентрации углекислого газа, выдыхаемого человеком, в конвективной струе от человека и припотолочной зоне.

Практическая ценность:

- в результате проведения экспериментальных исследований получены закономерности распределения концентрации углекислого газа в помещениях общественных зданий;

- разработана структура адаптивной системы вентиляции и рекомендации по её реализации в помещениях большого объёма;

- предложена методика позонного контроля числа посетителей в рабочей зоне (РЗ) помещения по значению концентрации углекислого газа в припотолочной зоне.

На защиту выносятся:

- физико-математическая модель обеспечения параметров микроклимата (МК) в помещениях БО с помощью адаптивной СВ;

- математическая модель распространения углекислого газа в конвективной струе от человека;

- математическая модель распространения углекислого газа в припотолочном пространстве;

- алгоритм работы адаптивной системы вентиляции, обеспечивающей допустимые условия для человека в каждой зоне помещения большого объёма, с учётом снижения энергопотребления.

Апробация работы.

Основные положения и результаты диссертационной работы вошли в отчетные материалы МГСУ, докладывались на кафедре отопления и вентиляции МГСУ, на научно-практических конференциях на кафедре физики. Результаты работы докладывались в институте проблем управления им В.А. Трапезникова РАН, по тематике управления развития крупномасшабных систем (MLSD` 2007); на научно-практической конференции «Научно-техническое творчество молодёжи – путь к обществу, основанному на знаниях» (НТТМ-2007, НТТМ-2008).

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографии, включающей 174 наименования, в том числе 28 иностранных, приложения. Работа изложена на 173 страницах машинописного текста, содержит 61

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проведён анализ существующих решений систем вентиляции с целью их дальнейшего совершенствования для реализации адаптивного механизма работы. Такие материалы встречаются в трудах известных специалистов в области систем вентиляции, таких как Батурин В.В., Селивёрстов А.Н., Каменев П.Н., Богословский В.Н., Титов В.П., Талиев В.Н., Эльтерман В.М., Фангер П. О. Сегодня работы по исследованию СВ продолжаются Кувшиновым Ю.Я., Табунщиковым Ю.А., Сотниковым А.Г., Гримитлиным А.М., Лифшицом Г.Д., Вишневским Е.П. и др.

В результате проведённого анализа было выявлено, что проведённые ранее исследования по созданию различных СВ, обеспечивающих учёт заполняемости помещения людьми, основывались на устройстве однозонной СВ, многозонной СВ, периодической и децентрализованной, в отдельности. В применении к помещениям БО контроль работы таких систем проводился, как правило, по осреднённым параметрам МК в помещении, то есть без учета заполняемости отдельных зон помещения людьми. По результатам анализа определены основные подходы к созданию адаптивной системы вентиляции. Рассмотрены методы контроля заполняемости помещения людьми.

Проведён анализ характера распределения СО2 в помещении, показавший возможность использования сведений о распространении концентрации в воздухе помещения в качестве средства контроля присутствия человека в отдельной зоне помещения.

Вторая глава посвящена анализу режимов работы адаптивной системы вентиляции (АСВ) для помещений БО с переменными потоками людей по площади и во времени, с учётом тепломассообменных процессов, влияющих на тепловой и газовый режимы в зонах помещения.

Режим работы АСВ должен подстраиваться под изменение параметров МК в помещении отдельно для каждой зоны помещения на основе анализа воздушной среды в ней. Анализ газового режима помещения БО проводился на примере помещения торгового центра (ТЦ).

В качестве индикатора для включения и выключения адаптивной системы вентиляции в каждой зоне помещения БО предлагается использовать датчик концентрации СО2 в воздухе помещения. Качество микроклимата оценивается по концентрации СО2 в воздухе верхней части помещения в каждой элементарной зоне, на которые разбито помещение БО.

График, показанный на рисунке 1, был составлен для ТЗ магазина, площадь которого равна F=2200м2, нормируемая площадь на человека составляет 6 м2, максимальное расчётное количество человек для данного помещения

посетителей

Реальная заполняемость помещения в течение недели в диапазоне времени с 12 до 15 часов превышает полученное значение, равное 370 человек. При этом в течение большей части рабочего времени заполняемость помещения меньше этого значения. Если исходить из расчётного количества посетителей на площадь помещения, то при применении в таком помещении классической СВ, в определённые часы будет подаваться избыточное количество воздуха, а в другие часы расхода воздуха будет недостаточно для обеспечения санитарной нормы воздуха для посетителей.

Предлагаемая в работе схема системы вентиляции, адаптивная к заполняемости помещения, позволяет обеспечивать качество воздушной среды вне зависимости от заполняемости помещения. Обеспечение параметров МК при работе АСВ заключается в следующем:

так как обеспечение позонного контроля присутствия людей осуществляется многозонной СВ, то размер зоны выбирается площадью, равной площади обслуживания одним приточным воздухораспределителем;

осуществляется контроль присутствия людей в каждый момент времени в каждой элементарной зоне помещения;

АСВ работает только там, где присутствует человек, её работа является периодической, включаясь с появлением людей и выключаясь через интервал времени, равный среднему времени пребывания человека в элементарной

При изменении суммарного приточного расхода воздуха в помещении кривая расхода повторяет кривую изменения заполняемости помещения посетителями (см. рисунок 2). Поскольку расход воздуха в каждой приточной системе несколько превышает количество воздуха, необходимое по санитарно-гигиеническим нормам, кривая изменения расхода выглядит ступенчато. Выбор расхода воздуха, подаваемого вентиляционными установками в каждую зону помещения, определяется согласно размеру выбранной зоны. Размер зоны рассчитывается в зависимости от высоты потолка и типа воздухораспределителя. По размеру зоны для рассматриваемого помещения определяется общее количество зон.

При появлении людей в помещении происходит образование конвективных потоков, которые поступают в верхнюю зону помещения (припотолочную зону). Углекислый газ во выдыхаемом воздухе вместе с конвективными потоками поступает в припотолочную зону помещения.

загрузка...