КОМФОРТНЫЕ СИСТЕМЫ МИКРОКЛИМАТА В ТОРГОВЫХ КОМПЛЕКСАХ

За последние годы получило значительное развитие строительство крупных торгово-культурных центров. Обычно на окраинах крупных городов рядом с автострадами строят здания квадратной формы значительной площади — до 20 тыс. м2. Здания имеют не более трех этажей, и их крыша используется для размещения оборудования систем МК с блочной газовой котельной и комплектом холодильных машин с воздушным конденсатором.

План каждого этажа имеет близкие размеры по ширине и длине, что делит площадь этажа на две зоны. Прилегающая к наружным ограждающим строительным конструкциям площадь глубиной до 10 м по всему периметру здания названа периметральной зоной. На формирование внутреннего микроклимата в периметральной зоне оказывают влияние наружные климатические условия (температура наружного воздуха, интенсивность солнечной радиации на остекленные наружные ограждения, направление и сила ветра) и тепло- и влаговыделения в помещениях этой зоны. Внутренние площади не имеют стеновых и остекленных наружных ограждений, и влияние наружных климатических условий достаточно существенно только для помещений верхнего этажа, а большинство помещений внутренней зоны не имеют трансмиссионных теплопотерь. Наличие же людей, освещения и работающего служебного оборудования создает значительные теплоизбытки практически круглый год. Поэтому помещения внутренней зоны здания торгово-культурного центра нужно охлаждать.

Наличие периметральной и внутренних зон в зданиях квадратной и круглой формы в плане требует применения принципиально других систем МК. Автором разработана энергосберегающая технология круглогодового функционирования зданий с наличием значительной площади помещений во внутренней зоне.

Помещения периметральной зоны в климате России [13] обязательно должны иметь средства для компенсации теплопотерь через наружные ограждения. Наиболее просто и экономично это решается устройством по периметру здания традиционных водяных систем отопления [2]. Исключение составляют участки периметральной зоны, где располагаются административные помещения, рестораны, кафе. В помещениях периметральной зоны работы служащих или отдыха людей энергетически рационально применить местно-центральную систему МК с местным ДЭ, одновременно выполняющим роль высокоэффективного отопительного прибора, смесителя холодного наружного и теплого внутреннего воздуха, воздухораспределителя в зону обитания людей.

Во внутренней зоне располагают торговые помещения. В крупных торговых залах всегда проводится разбивка площади больших помещений на отдельные торговые точки. Очень часто размеры и назначения торговых точек изменяют по желаниям арендаторов, что необходимо учитывать при разработке проекта систем МК.

Число покупателей у торговых точек значительно изменяется в течение суток соответственно их интересам к определенным товарам. Изменение загрузки торговых точек обусловливает переменность тепловых режимов по зонам торгового помещения. При работе систем МК в помещении или зоне с переменными по времени суток тепловыми режимами необходимо соответственно изменять температуру или количество приточного воздуха. Наиболее энергетически целесообразно сохранять приток наружного воздуха на минимальном уровне Ln j , равном санитарной норме для обслуживаемой от приточного агрегата площади помещения. Параметры приточного наружного воздуха следует выбирать для условий ассимиляции расчетных влаговыделений, а изменяющиеся тепловыделения необходимо воспринимать в местном доводчике ДЭ.

В качестве доводчиков для обслуживания внутренней зоны торговых помещений предлагается применить доводчик эжекционный модели ДЭ-2-7-250 [19], монтируемый к перекрытию за подвесным потолком. К двум теплообменникам ДЭ (цифра 2 в условной индексации типоразмера) подводится холодная вода с температурой, близкой к температуре точки росы внутреннего воздуха (на рис. 3.7 это отвечает температуре г 15,5 °С ). Этим обеспечивается охлаждение внутреннего эжектируемого воздуха при постоянном влагосодержании (процесс В—В.ДЭ на рис. 3.7).

Для общественных помещений типа торговых залов характерно возможное нахождение одновременно значительного количества людей на ограниченной площади зала. По нормам на одного человека в торговых залах приходится площадь 5 м2. Поэтому в торговых помещениях могут быть значительные влаговыделения от большого количества людей, и для поглощения этих влаговыделений необходимо охлаждать и осушать приточный наружный воздух (процесс Н—ОХ на рис. 3.7).

По новым климатическим нормам [13] в теплый период года в климате Москвы приняты расчетная температура наружного воз- духа tH н = +26,3 °С и энтальпия /н н = 57,5 кДж/кг, что выше расчетной энтальпии I = 54 кДж/кг по нормам параметров Б [11]. Для помещений с возможным значительным количеством находящихся в них людей повышение влажности воздуха выше максимального уровня сртах = 60% создает духоту и появление жалоб людей на тепловой дискомфорт. Поэтому холод в теплый период года необходимо расходовать на режим охлаждения санитарной нормы приточного наружного воздуха по новым климатическим нормам [13]. Из построения на I—d-диаграмме (рис. 3.7) следует, что при расчете по параметрам Б удельный расход холода на 1 м3/ч приточного воздуха составляет /п н = 1,22 • (54 — 35,6) = 22,45 кДж.

При использовании новых климатических норм /п н = 1,22 • (57,5 — — 35,6) - 26,7 кДж.

Соответственно, установочная мощность холодильных машин, обслуживающих систему МК холодом, должна быть увеличена на (26,7 - 22,45) • 100 / 22,45 = 19%.

/, кДж/кг

Построение на /-d-диаграмме режима работы местно-центральной системы МК с ДЭ в теплый период года

Рис. 3.7. Построение на /-d-диаграмме режима работы местно-центральной системы МК с ДЭ в теплый период года:

H-QX — охлаждение и осушение в воздухоохладителе центрального кондиционера санитарной нормы приточного наружного воздуха /_пн;

ОХ-ПН — нагрев в вентиляторе и приточных воздуховодах;

В-В.ДЭ — охлаждение при постоянном влагосодержании в теплообменнике ДЭ эжектируемого внутреннего воздуха;

ПН-П — В.ДЭ — смешение в ДЭ охлажденного наружного и эжектируемого воздуха;

П-В — луч процесса поглощения в помещении смесью приточного воздуха тепло- и влагопоступлений;

В-У — нагрев вытяжного воздуха при прохождении через светильники; HH-QX — требуемый режим охлаждения наружного воздуха в центральном кондиционере при использовании новых климатических норм [13]

Доводчик эжекционный ДЭ-2-7-250 [19] имеет паспортную производительность по наружному приточному воздуху 250 м3/ч и коэффициент эжекции кэ 3,8. По данным построения на рис. 3.7

вычислим количество явной теплоты, которое может быть ассимилировано охлажденным и осушенным наружным воздухом и охлажденным при постоянном влагосодержании внутренним воздухом в одном ДЭ-2-7-250:

санитарной нормой наружного воздуха:

охлажденным эжектированным воздухом:

Суммарная ассимиляционная способность по восприятию явной теплоты одним ДЭ-2-7-250 составляет ?<7я ас — 882 + 1963 = = 2845 Вт • ч.

Регулируемая ассимиляционная способность теплообменников ДЭ составляет 1963 • 100 / 2845 = 69%. Это позволяет не допускать переохлаждения помещений ниже tB min = 23 °С и перерасхода холода.

На рис. 3.7 температура удаляемого вытяжного воздуха принята ty 29,5 °С. Это объясняется тем, что во внутренних помещениях имеется значительная освещенность с затратой электроэнергии на освещение не менее 30 Вт/м2. Опытами установлено, что до 40% подведенной к светильникам энергии затрачивается на нагрев арматуры светильников. Эта теплота воспринимается удаляемым вытяжным воздухом, который и повышает температуру на 4,5 °С, и в теплый период года t — 25 + 4,5 = 29,5 °С.

Из проведенного анализа следует, что с площади торгового зала, обслуживаемой от одного ДЭ-2-7-250, поглощается тепловыделений 2845 Вт - ч. Внутренние помещения на средних этажах не имеют трансмиссионных теплопотерь. Они имеют место на верхнем этаже через совмещенное перекрытие, которое по современным нормам теплозащиты зданий [12J имеет высокое термическое сопротивление, не менее Rnep = 3,6 м2 • °С/Вт. В расчетных условиях холодного периода года в климате Москвы при tH = —28 °С и Гвх = 16 °С на 1 м2 перекрытия теплопотери составляют <7тпотпер = = 1 - (16 + 28) / 3,6 = 12,2 Вт/м2.

Теплопритоки только от освещения составляют на 1 м2 <7ТП0С0С — = 30 • 0,6 = 18 Вт/м2, что перекрывает трансмиссионные теплопотери. Поэтому на всех этажах торговых залов в холодный период года имеют место теплоизбытки, которые необходимо отводить. Традиционно для отведения теплоизбытков из внутренней зоны используется режим «свободного охлаждения». На крыше здания устанавливают несколько вентиляторных охладителей 12 (рис. 3.8), связанных трубопроводами с насосами группы НЗ и с пластинчатым теплообменником 10.

От работы насосов группы НЗ между пластинчатым теплообменником 10 и теплообменниками в вентиляторных охладителях 12 циркулирует антифриз. Расход антифриза через наружные охладители 12 постоянен, но автоматически изменяется расход охлаждающего наружного воздуха Lu . Автоматическое регулирование проводится датчиком 16 по контролю постоянства температуры охлажденного антифриза 7аф1 = 5 °С.

Принципиальная схема холодоснабжения местно-центральной системы МК с ДЭ в здании торгового центра

Рис. 3.8. Принципиальная схема холодоснабжения местно-центральной системы МК с ДЭ в здании торгового центра:

- контур циркуляции холодной воды 8-12 °С;

л л л л л контур циркуляции хладона R1 34А; х х х х х контур циркуляции антифриза;

  • 7- компрессор; 2 — конденсатор в потоке наружного воздуха LH;
  • 3 испаритель; 4 — терморегулирующий вентиль (ТРВ); 5 — сборный бак охлажденной воды t = 8 °С; 6 — подающий и обратный трубопроводы для снабжения воздухоохладителей центральных кондиционеров периметральной зоны; 7 — подающий и обратный трубопроводы для воздухоохладителей местных ДЭ в периметральной зоне; 8 — подающий и обратный трубопроводы для воздухоохладителей центральных кондиционеров и местных ДЭ внутренней зоны; 9 — сборный бак отепленной воды two6 = 12 °С; 10 — пластинчатый теплообменник «вода — антифриз»; 7 7 — трехходовой автоматический клапан; 12 — охладитель антифриза в потоке наружного воздуха LHX; 13 — ручной запорный клапан; 14 — запорный клапан с электроприводом; 15 — датчик контроля температуры охлажденной воды = 8 °С; 16 — датчик контроля температуры охлажденного антифриза Саф1 = 5 °С; Н1, Н2, НЗ — группа насосов;

Э1, Э2, ЭЗ, 34 — запорные клапаны с электрическим приводом

Датчик 16 имеет электрическую связь с магнитными пускателями (МП) у электродвигателей осевых вентиляторов вентиляторного охладителя 12. При расчетной температуре наружного воздуха в холодный период года tHX = —28 °С [13], все осевые вентиляторы в охладителе 12 по команде датчика 16 остановлены. С ростом tH х датчик 16 последовательно увеличивает число включенных осевых вентиляторов и возрастает расход воздуха LH через охлаждающие теплообменники 12. При температуре наружного воздуха порядка tH х = — 8 °С все осевые вентиляторы у наружного охладителя 12 работают. Охлажденный до температуры t.{ = 5 °С антифриз насосами группы НЗ направляется в пластинчатый теплообменник 10, в который от работы насосов группы Н1 направляется вода, отепленная в теплообменниках ДЭ, установленных в торговых залах за подвесным потолком.

В пластинчатом теплообменнике 10 холод от антифриза передается через стенки гофрированных пластин к охлаждаемой воде. Температура охлаждаемой воды изменяется от tw] 8 °С при tH X - -28 °С до twl = 12 °С при tH X - О °С.

Регулирование температуры охлажденной в пластинчатом теплообменнике 10 воды осуществляется датчиком 15, имеющим электрическую связь с электрическим приводом трехходового автоматического клапана 11. Путем изменения автоматическим клапаном 11 расхода через теплообменник охлаждающего антифриза поддерживается требуемая температура охлажденной воды twV От работы насосов группы Н2 охлажденная холодом наружного воздуха вода с температурой tw] подается в теплообменник ДЭ, где воспринимаются переменные по торговым помещениям тепловыделения.

При температурах наружного воздуха выше О °С холода наружного воздуха LH х недостаточно для охлаждения антифриза в наружном охладителе 12. От компьютера комплексного автоматического управления работой систем МК в торговом центре последует команда на переход режима охлаждения воды для теплообменника ДЭ от работы холодильных машин. При этом: останавливаются насосы группы НЗ; останавливаются вентиляторы в наружном охладителе 12; закрывается клапан с электроприводом Э2 и открывается клапан с электроприводом Э1; насосы группы Н1 направляют отепленную воду в испарители 3, включенные в работу холодильных компрессоров 1.

Дальнейшее повышение t потребует постепенного увеличения холодопроизводительности холодильных машин, состоящих из компрессоров 1, вентиляторных конденсаторов 2, испарителей 3, терморегулирующего вентиля (ТРВ) 4. Холодильная машина заправлена озонобезопасным холодильным агентом R134A.

От работы насосов группы Н1 и Н2 осуществляется циркуляция охлажденной и отепленной воды между теплообменниками ДЭ и воздухоохладителями в приточных агрегатах, приготовляющих санитарную норму приточного наружного воздуха.

Представленная на рис. 3.8 традиционная схема «свободного охлаждения» имеет серьезные недостатки:

  • • теплоизбытки из внутренних зон помещений общественных зданий (например, торговых центров) выбрасываются через наружные вентиляторные охладители в атмосферу, что приводит к значительным энергетическим потерям и загрязнению атмосферы тепловыми выбросами;
  • • использование естественного холода наружного воздуха ограничено его температурами около О °С, а последующее отведение тепловыделений требует работы холодильных машин со значительно большими расходами дорогой электроэнергии на круглогодовое функционирование системы МК;
  • • высокая стоимость сооружения системы «свободного охлаждения» и значительная длина трассы трубопроводов от наружных охладителей антифриза к пластинчатому охладителю воды. Для устранения этих недостатков и значительного повышения

энергетической эффективности систем МК автор в 2005 г. предложил принципиально новое решение использования холода наружного воздуха для отведения круглогодовых теплоизбытков во внутренних зонах офисно-общественных зданий. На рис. 3.9 представлено построение на /-^-диаграмме технологической особенности энергосберегающих режимов отведения и полезного использования тепловыделений во внутренней зоне помещений торгового центра. Заштрихованным сектором на /— ^/-диаграмме выделены нормируемые параметры внутреннего воздуха в торговых помещениях в расчетных условиях холодного периода года. Температура внутреннего воздуха / = 16 °С в торговых залах при

низких температурах наружного воздуха (на рис. 3.9 расчетная ?нх = —28 °С [13]) объясняется тем, что в холодную погоду покупатели в торговом центре бывают в теплой зимней одежде. В тех помещениях, где покупатели снимают теплую одежду (например, для примерки новой одежды), продавцы дистанционным переносным пультом управления воздействуют на терморегулятор на трубопроводе подачи холодной воды в теплообменники ДЭ. Это позволяет обеспечить увеличение температуры / > 16 °С.

Как показано выше, в теплообменниках на один ДЭ-2-7-250 отводится 1963 Вт • ч тепловыделений, что составляет 69% охладительной способности на один ДЭ-2-7-250. Поэтому автоматическое регулирование холодопроизводительности ДЭ позволяет на площади торгового зала создавать желаемую для покупателей и продавцов температуру воздуха в отдельных торговых отделах.

На рис. 3.9 представлен расчетный режим работы системы МК, обеспечивающей первый этаж продовольственного отдела торгового центра. От одного ДЭ-2-7-250 подается в торговый зал 250 м3/ч приточного наружного воздуха. Используем ассимилированные в теплообменнике ДЭ тепловыделения в 1963 Вт • ч для нагрева в теплообменнике приточного агрегата наружного воздуха. На один ДЭ это может повысить температуру санитарной нормы приточного наружного воздуха на величину

Благодаря нагреву наружного воздуха в приточном агрегате полезно используются теплоизбытки, воспринимаемые в теплообменнике ДЭ водой, циркулирующей от работы насосов через теплообменники ДЭ. Следовательно, для охлаждения воды, снабжающей холодом теплообменники ДЭ, использован естественный холод приточного наружного воздуха Ln , подаваемого от центрального приточного агрегата к ДЭ продовольственного зала торгового центра.

Принципиальным отличием от традиционной схемы «свободного охлаждения» по рис. 3.8 в предложенном автором режиме холод наружного воздуха подводится к антифризу в теплообменнике приточного агрегата. Далее охлажденный антифриз подается насосами к пластинчатому теплообменнику, в котором через стенки охлаждается вода. Температуру охлажденной воды регулируют аналогично схеме на рис. 3.8 (датчик 15 воздействует на трехходовой смесительный клапан 11).

Построение на /-d-диаграмме режима работы местно-центральной системы МК с ДЭ в холодный период года

Рис. 3.9. Построение на /-d-диаграмме режима работы местно-центральной системы МК с ДЭ в холодный период года:

НХ-НХ2 — нагрев приточного наружного воздуха в первом утилизационном теплообменнике в центральном кондиционере;

НХ2-НХЗ — нагрев приточного наружного воздуха теплотой вытяжного воздуха в утилизационном теплообменнике в центральном кондиционере; НХЗ-НК — нагрев приточного наружного воздуха в калорифере в центральном кондиционере;

НК-ПН.Х — адиабатное увлажнение приточного наружного воздуха в центральном кондиционере;

ВХ-В.ДЭ.Х — охлаждение эжектируемого внутреннего воздуха в теплообменнике доводчика эжекционного [ДЭ);

ПН.Х-ПХ-В.ДЭ.Х — смешение наружного и охлажденного внутреннего воздуха в ДЭ;

ПХ-ВХ — поглощение тепло- и влаговыделений в обслуживаемом помещении; ВХ-УХ — отепление вытяжного удаляемого воздуха при прохождении через светильники

Вторым сбросным источником теплоты, возможным для нагрева приточного наружного воздуха Ln н, является вытяжной воздух Ly, который после восприятия теплоты от арматуры светильников нагревается до t — 20,5 °С (точка УХ). В установке утилизации теплоты от вытяжного воздуха приточный наружный воздух догревается до tH х3 = 2,7 °С.

По заданию заказчика в помещениях торгового центра зимой относительная влажность воздуха должна поддерживаться на минимальном уровне ср = 30%. Для этого приточный наружный воздух догревается в калорифере, питаемом горячей водой, до tH =

= 8,8 °С. Далее он адиабатно увлажняется до влагосодержания dnHX = = 2,07 г/кг и tn н х = 4 °С.

В ДЭ приточный наружный воздух с tn = 4 °С смешивается с охлажденным в теплообменнике ДЭ внутренним воздухом до температуры /в дЭ х = 9,5 °С. Полученная смесь с температурой tn х = 8 °С из приточных щелевых отверстий в подвесном потолке направленными струями с высоты 4—4,5 м подается в зону нахождения людей.

Приточные струи по ходу движения подсасывают поднимающиеся конвективные потоки явной теплоты и влаги из окружающего воздуха, а затем ассимилируют в рабочей зоне часть тепло- и влаговыделений. В зону нахождения людей приточный воздух поступает с температурой не ниже 13 °С. Если появляются жалобы на ощущение холодного дутья приточного от ДЭ воздуха, сотрудник, обслуживающий эту зону торгового зала, переносным пультом управления изменяет настройку терморегулятора на трубопроводе подачи холодной воды в два теплообменника ДЭ. Расход холодной воды сократится и уменьшится охлаждение эжектиру- емого воздуха в теплообменниках ДЭ. Возрастет температура ?вдЭх > 9,5 °С и, соответственно, повысится температура смеси tn >8 °С. При полном прекращении подачи холодной воды в теплообменники ДЭ температура смеси приточного воздуха будет составлять

Это показывает на большие возможности индивидуального регулирования температуры воздуха по зонам торгового зала большой площади.

В построении на рис. 3.9 расход теплоты от центрального источника снабжения горячей водой калориферов приточных агрегатов на один ДЭ-2-7-250 доля расхода теплоты будет равна

В традиционной схеме системы МК без утилизации расход теплоты будет равна

Благодаря предложенной автором энергосберегающей технологии функционирования системы МК расчетный расход теплоты от центрального источника снабжения горячей водой (ТЭЦ или котельной) понижен на (3424 - 521) • 100 / 3424 = 85%.

По капитальным затратам энергосберегающая система МК будет дешевле традиционной, в которой реализуется режим «свободного охлаждения» по схеме рис. 3.8.

Значительным дополнительным преимуществом предложенной автором энергосберегающей технологии является продление времени использования холода наружного воздуха до его температуры порядка 9 °С. Это значительно сокращает годовое время работы холодильных машин для обеспечения функционирования систем МК. Стоимость затраченной холодильными машинами электроэнергии является существенной составляющей общих эксплуатационных расходов. Поэтому их сокращение дает существенный экономический эффект для тех, кто платит за расход электроэнергии (арендаторы торгового центра).

Контрольные вопросы

  • 1. Какие составляющие теплопоступлений в офисное помещение характерны для теплого периода года?
  • 2. Из каких составляющих складываются постоянные по рабочему времени суток теплопоступления в офисное помещение?
  • 3. Какие переменные теплопоступления характерны для суточного изменения теплового режима в офисном помещении?
  • 4. Какова норма приточного наружного воздуха в служебном помещении для находящихся в них более 3 ч людей?
  • 5. Как регулируется температура воздуха в отдельных служебных помещениях, обслуживаемых от одного приточного агрегата?
  • 6. Как регулируется температура воздуха в зоне обитания людей в помещении, обслуживаемом от местно-центральной системы МК с ДЭ?
  • 7. Когда была сооружена в нашей стране первая система утилизации теплоты вытяжного воздуха для нагрева приточного наружного воздуха?
  • 8. Какой экономический эффект достигается при применении установки утилизации теплоты в системах МК?
  • 9. Какая форма плана здания характерна для крупных торговых центров и на какие зоны можно разделить план здания по особенностям формирования теплового режима в помещениях?
  • 10. Какие условия влияют на формирование теплового режима в помещениях периметральной зоны здания?
  • 11. Какие условия влияют на формирование теплового режима во внутренней зоне здания?
  • 12. Как осуществляется охлаждение помещений внутренней зоны здания, где круглый год имеют место теплоизбытки?
  • 13. В чем особенность традиционного режима «свободного охлаждения» помещений с теплоизбытками?
  • 14. Каким способом можно использовать теплоизбытки в помещениях внутренней зоны для нагрева санитарной нормы приточного наружного воздуха?
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >