Вентиляция. Магическое слово "Децентрализация"

Производственные цеха, склады, супер- и гипермаркеты, спортивные комплексы, выставочные залы и другие объекты большой площади и объема предъявляют повышенные, зачастую специализированные требования к системам вентиляции, их обслуживающих.

Существуют две основные особенности объектов большой площади и объема, касающиеся их эффективного вентилирования.

Первая из них очевидна и связана с проблемами организации воздухообмена, обеспечивающего равномерное распределение свежего приточного воздуха по площади помещения или в отдельных его микроклиматических зонах. При этом важным моментом является также рациональное использование тепловой энергии по высоте помещения, во избежание больших вертикальных градиентов температур, когда перегретый воздух скапливается под потолком, существенно увеличивая потери тепла через кровлю, вместо того, чтобы формировать необходимый температурный режим в рабочей зоне.

Вторая особенность связана с тем, что подобного рода объекты, будучи весьма дорогостоящими, на протяжении их жизненного цикла в некоторых случаях по нескольку раз меняют свое назначение в связи с изменениями целевого использования, технологии выполняемых работ, либо реорганизацией режимов эксплуатируемых зданий. Например, производственный механический цех может быть переоборудован под сооружение социально-бытового назначения. При этом желательно сохранить существующую систему вентиляции, ограничившись организационно-структурной реконфигурацией на уровне системы управления во избежание ее коренной реконструкции. В то же время, следует иметь в виду, что рассматриваемого типа объекты могут принципиально различаться между собой с точки зрения требований, предъявляемых к системам микроклиматической поддержки. В указанном смысле супер- и гипермаркеты существенно отличаются от фармацевтического склада. Выставочный комплекс, например, характеризуется требованиями к вентиляции, отличающимися от таковых для цехов целлюлозно-бумажного производства и т.д.

В настоящее время доступным является вентиляционное оборудование (рис. 1), отвечающее указанным, казалось бы, несовместимым между собой особенностям объектов рассматриваемого типа.

Рис. 1. Объекты большой площади и объема предъявляют повышенные требования к системам вентиляции

Центральные и децентрализованные системы

При разработке проектных решений следует различать центральные и децентрализованные системы вентиляции. Первые из них предполагают наличие агрегата большой производительности, осуществляющего обработку воздуха, распределяемого затем с использованием системы воздуховодов по объему помещения. Вторые - представляют собой совокупность физически автономных агрегатов относительно небольшой производительности, расположенных с определенной степенью равномерности по площади помещения непосредственно под потолком. Децентрализованные системы, обладая высокой адаптивностью, в наибольшей степени отвечают особенностям объектов большой площади и объема.

В то же время, как показывают расчеты, а также имеющийся практический опыт, децентрализованные системы более экономичны в эксплуатации, обеспечивая срок окупаемости капитальных дополнительных затрат в пределах 2-3 лет, после чего они начинают приносить чистую прибыль.

На рис. 2 представлен вентиляционный агрегат, оснащенный пластинчатым теплообменником рекуперативного типа, калорифером и системой непосредственного охлаждения с компрессорно-конденсаторным агрегатом, расположенным на крыше.

Рис. 2. Вентиляционный агрегат со встроенным пластинчатым теплообменником рекуперативного типа сокращает эксплуатационные расходы до минимальных значений

Ранее децентрализованные системы преимущественно использовались на промышленных объектах. В настоящее время, благодаря положительно зарекомендовавшим себя техническим свойствам и позитивным экономическим показателям, децентрализованная вентиляция также успешно внедряется на объектах социально-бытового и коммунального назначения. К ним относятся, например, супер- и гипермаркеты, рынки, вокзалы, крупные аэропорты, спортивные комплексы, выставочные залы, крытые гаражные стоянки и т.д.

Основные преимущества использования подобного рода систем сводятся к следующему:
1. Отсутствие необходимости использования вытяжных и/или приточных воздуховодов.
2. Существенно уменьшенные потери статического напора.
3. Возможность реализации режимов подачи как нагретого, так и охлажденного воздуха.
4. Отсутствие сквозняков (повышенной подвижности воздуха) в рабочей зоне.
5. Снижение градиента температур по высоте помещения в режиме воздушного отопления.
6. Возможность формирования различных микроклиматических зон в пределах заданных площадей одного строительного объема.
7. Стабильность поддерживаемых микроклиматических параметров независимо от внешних динамических воздействий (открытия дверей и окон, ветровых нагрузок и т.д.).
8. Высокая надежность работы системы в целом. В случае временного выхода из строя отдельного агрегата система продолжает функционировать, будучи интегрирована на верхнем иерархическом уровне управления. На период восстановительных работ адрес дефектного агрегата системным образом блокируется в общем списке с последующим снятием блокировки по завершении ремонта.
9. Высокая энергетическая эффективность за счет улучшенных показателей организации воздухообмена, рециркуляции воздуха и рекуперации тепла, что способствует сокращению сроков амортизации оборудования, благодаря низким эксплуатационным расходам.
10. Отсутствие необходимости использования приточных и вытяжных вентиляционных камер.
11. Возможность осуществления монтажа без остановки основного технологического процесса;
12. Возможность поэтапного оборудования системы вентиляции путем последовательного расширения, как функциональных возможностей, так и обслуживаемых производственных площадей.

Децентрализованные системы вентиляции ограничены возможностями их реализации в помещениях c высотой потолков от 4,5 до 18 м и площадью менее 100 м2. Это обусловлено аэродинамическими особенностями формирования вертикальных приточных струй, действующих по принципу воздушного инжектирования с управляемым углом закрутки и ядром разрежения, формируемым непосредственно за срезом сопла.

Вытяжной воздух, загрязненный маслами

Одно из преимуществ децентрализованных систем заключается в возможности выбора вентиляционных агрегатов из широкого спектра поставляемых моделей, отвечающих специфическим требованиям объекта их использования. В ряде случаев существенную проблему представляет наличие масляного аэрозоля в вытяжном воздухе.

Стандартные технические решения в данных обстоятельствах оказываются неприемлемыми в связи с необходимостью частой замены фильтров и разрушением уплотнительных материалов недостаточно стойких к воздействию масел. Имеющиеся в составе поставляемых вентиляционных агрегатов маслостойкие модели обеспечивают решение указанной проблемы, обладая возможностями эффективного улавливания масляных аэрозолей и соответствующего дренажа продуктов их фильтрации.

Работа в условиях холодного климата

Для Украины особое значение имеет работоспособность агрегатов при низких температурах, поскольку ряд регионов расположен в северо-восточной части, характеризуемой особо суровыми климатическими условиями. Стандартное исполнение агрегатов допускает их работу при температурах наружного воздуха до -30 °С. Специальное исполнение Cold Climate (CC-1) расширяет предел работоспособности агрегатов до -40 °С, а исполнение Cold Climate (CC-2)- до -60 °С.

В конструкции данных агрегатов используются пластмассы, сохраняющие прочность при низких температурах и не трескающиеся на морозе. Вместо резиновых амортизаторов используются стальные пружины с силиконовыми чашками. Все уплотнительные профили изготовлены из холодоустойчивого силикона. Приводы воздушных клапанов оснащены системами подогрева. Для защиты на случай отключения электроэнергии установлены приводы с пружинным возвратом.

Пластинчатый теплообменник герметизирован с использованием особо прочного эпоксидного полимера.

Если теплообменник начинает обмерзать, то срабатывает дифференциальный датчик перепада давления и запускается следующая последовательность действий:
- закрывается клапан наружного воздуха и открывается рециркуляционный клапан; останавливается приточный вентилятор, а вытяжной вентилятор продолжает работать;
- перепускной клапан пластинчатого теплообменника полностью открывается;
- теплый воздушный поток на вытяжке растапливает лед и после регулируемой задержки времени и возврата дифференциального датчика перепада давления в исходное состояние агрегат вновь переходит в штатный режим работы.

Защита калорифера от обмерзания осуществляется с помощью контроллера, который отслеживает как температуру воздуха, так и температуру воды. С этой целью конец капиллярной трубки, натянутой на обратной стороне калорифера, введен внутрь сливного патрубка. Если температура воды опускается ниже 11 °C, смесительный клапан постепенно открывается. При понижении температуры до 5°C смесительный клапан полностью открыт и подается аварийный сигнал замерзания. При запуске агрегата и при переключении из режима рециркуляции в один из режимов подачи свежего воздуха срабатывает система плавного включения приточного вентилятора. Для обеспечения работы при температуре наружного воздуха ниже -40 °C (исполнение CC-2) двигатели вытяжных вентиляторов дополнительно оснащаются устройствами подогрева на периоды отключения вентилятора, что гарантирует надежный запуск и работу агрегата при температурах до -60 °С.

Работа во взрывоопасных и пожароопасных средах

При наличии присвоенных категорий взрывопожарной и пожарной опасности А и Б, регламентируемых в соответствии с нормами НПБ 105-03 "Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности", запрещено использование для целей воздушного отопления стандартных вентиляционных агрегатов, размещаемых внутри помещения. Для этих целей возможно использование указанных агрегатов в специальном исполнении EEX, которое в соответствии с европейскими нормами DIN EN 60079-10 и VDE 0165 (часть 101:1996-10) сертифицировано для работы в зонах 1 и 2. Указанное означает возможность использования агрегатов в данном исполнении при оснащении помещений, в которых возможным является формирование пожароопасной и взрывоопасной среды класса T3, что соответствует температуре воспламенения горючих веществ более 200 °С. Максимально допустимая температура горячих поверхностей при этом составляет 200 °С.

Основные отличия вентиляционных агрегатов в исполнении EEX от стандартных заключаются в следующем:
- электрические компоненты заменены на взрывозащищенные;
- электрические цепи имеют необходимые гальванические развязки;
- материалы, способные накапливать электростатические заряды, соответствующим образом защищены или полностью заменены.

В частности, осуществлены следующие мероприятия:
1. Вентиляторы заменены диагональными во взрывозащищенном исполнении. Электродвигатели вентиляторов снабжены температурными датчиками типа PTC с триггерным устройством защиты. Входной патрубок вентилятора изготовлен из нержавеющей стали, и имеет защитную решетку.
2. Контакторная коробка оснащена Ex-кабельными вводами с составным уплотнительным кольцом и винтовым нажимным устройством.
3. Шумопоглощающее покрытие дискового рассекателя потока в целях предотвращения накопления электростатических зарядов оклеено алюминиевой фольгой, которая соответствующим образом заземлена.
4. Фильтры карманного типа имеют вплетенную металлическую сетку, которая заземлена. Металлическая рамка фильтра заземлена также.
5. Датчик перепада давления на фильтре смонтирован внутри секции управления, но не подключен. Электрическое подключение предусматривается к шкафу управления в процессе монтажа агрегата на объекте заказчика с использованием внешнего контура гальванической развязки.
6. Термостат заморозки смонтирован в секции калорифера, но также не подключен. Электрическое подключение предусматривается к шкафу управления в процессе монтажа агрегата на объекте заказчика с использованием внешнего контура гальванической развязки.

Комфортная среда в торговых центрах увеличивает объем продаж

В общем спектре поставляемых агрегатов имеются специальные модели, предназначенные для оборудования торговых центров (рис. 3), специфика которых связана со следующими обстоятельствами:
1. Небольшая высота потолков.
2. Необходимость минимальных нарушений интерьера.
3. Повышенные требования к шумовым характеристикам.

Указанные выше специальные модели вентиляционных агрегатов конструктивно оформлены таким образом, что в торговый зал выходят только распределители воздуха инжекционного типа. Тем самым сохраняется интерьер и увеличивается расстояние от среза сопла до верхней границы рабочей зоны, что позволяет подавать в нее как подогретый, так и охлажденный воздух без избыточной подвижности (сквозняков). Поскольку вентиляторы расположены над кровлей, а распределитель воздуха имеет дисковый рассекатель потока, облицованный пористым материалом, который экранирует проникновение звука внутрь зала, шумовые воздействия оказываются минимальными. В результате достигается высокий уровень комфорта, что привлекает покупателей, способствует их более длительному пребыванию в торговом центре и увеличению покупок.

Рис. 3. Торговые центры (супер- и гипермаркеты) оборудуются агрегатами, основная часть которых вынесена над кровлей

Стадии проектирования, монтажа и эксплуатационного обслуживания

Удобство монтажа и эксплуатационного обслуживания, а также потребные объемы указанных работ являются одним из показателей, характеризующих систему вентиляции. Проектные решения, предусматривающие децентрализованную систему вентиляции, реализуются в минимальные сроки с небольшим объемом монтажных работ, поскольку поставляемые моноблоки проходят полный цикл сборочных работ на заводе-изготовителе.

Отсутствие воздуховодов и, соответственно, потерь напора на преодоление аэродинамического сопротивления, что обычно требует до 80 % потребляемой электрической энергии, приводит к тому, что мощность электродвигателей мала (максимум 3 кВт) и питающие кабели имеют небольшое сечение. В результате электрический монтаж существенно упрощается.

Гидравлическая обвязка также упрощена за счет комплектной поставки гидравлического модуля в собранном виде, который включает в себя трехходовой электромагнитный клапан, а также необходимую запорно-регулирующую арматуру (балансировочные, воздушные, отсечные, запорные клапаны). Модуль оснащен стандартными фитингами на входном и выходном трубопроводах.

Обвязка системы автоматики сводится к последовательному соединению вентиляционных агрегатов между собой с помощью стандартной витой пары. Все работы по конфигурированию сети производятся с клавиатуры компьютера, подключаемого в качестве одного из узлов сети на общую шину. Создаваемая при этом трехуровневая иерархия определяется виртуальным образом путем присвоения элементам сети соответствующих адресов.

Механический монтаж агрегатов, предусматривающих подачу свежего воздуха, осуществляется с внешней стороны кровли, что позволяет производить работы в кратчайшие сроки без остановки действующего производства. То же относится к эксплуатационному техническому обслуживанию, объемы которого сведены до минимума и производятся без нарушений хода выполнения основных технологических операций.

На рис. 4 показаны работы по замене фильтров, размещенных в верхней части агрегатов, расположенных на крыше.

Рис. 4. Техническое обслуживание децентрализованных вентиляционных агрегатов осуществляется в рабочее время без остановки действующего производства

Каждый агрегат обслуживает индивидуальную площадь, что позволяет формировать зоны с различными температурными уставками (комфортное вентилирование, дежурное отопление и т.д.), назначенными режимами работ (рециркуляция, подача свежего воздуха и т.д.) и различными временными графиками (одно-, двух-, трехсменная работа). Принцип затопления рабочей зоны приточным воздухом, подаваемым и удаляемым с соблюдением определенного воздушного баланса по каждой из индивидуально обслуживаемых площадей, предотвращает нежелательный переток загрязненного воздуха между ними. Подача воздуха непосредственно в рабочую зону также повышает эффективность ассимиляции вредных выделений, фактически сокращая концентрацию газовых и аэрозольных загрязнений до минимальных значений.

Выгодное решение

Концептуально децентрализованная вентиляция в ряде приложений является оптимальным техническим решением, обеспечивающим не только преимущества функционального характера по сравнению с централизованными системами, но и экономически более выгодным, особенно в расчете на полный жизненный цикл эксплуатации оборудования.

Децентрализованная вентиляция зарекомендовала себя с положительной стороны на многочисленных отечественных и зарубежных объектах. Среди российских объектов наиболее характерными являются крупные таможенные склады готовой продукции, запасных частей, материалов, полуфабрикатов, оборудования, фармацевтических препаратов и т.п. К ним относятся также спортивные комплексы, выставочные центры, демонстрационные залы, концертные залы, крупные типографии, ангары, цеха по ремонту оборудования, столярные и механические цеха и др.