Система реверсивной вентиляции представляет собой комплекс инженерного оборудования, предназначенный для обеспечения воздухообмена в помещениях зданий при изменяющемся направлении воздушных потоков в системе. Идея применения реверсирования воздушных масс в системах вентиляции не является абсолютно новой. Примеры использования таких систем представлены рядом патентов и публикаций [1–4]. Тем не менее, до сих пор не было предложено исследовать централизованную систему вентиляции административных зданий, в которой бы периодически происходила смена направления движения воздуха. Предлагаемая система вентиляции имеет два режима работы: естественный и обратный. В естественном режиме воздух поступает в помещения через приточновытяжные устройства и удаляется из них по воздуховодам. Этот режим существует в холодный период года, так как движение воздуха может происходить исключительно под действием естественных сил. В обратном режиме работы воздух забирается в верхней части здания приточной установкой и подаётся в помещения. Удаление загрязнённого воздуха происходит через приточно-вытяжные устройства в каждом помещении.
В этом режиме система работает в тёплый период года, а также в остальное время, когда естественной тяги недостаточно для циркуляции воздуха. Схемы работы предлагаемой системы представлены на рис. 1. Для обеспечения такой схемы циркуляции воздуха авторами предлагается использовать разводку воздуховодов и расположение вентиляционного оборудования так, как показано на рис. 2–4.
Для экономии пространства предлагается выполнить систему вентиляции по схеме с «перепусками». При этом диаметр воздуховодов подбирается исходя из скорости 0,5–1,0 м/с при условии её постоянного роста по мере приближения к вытяжной шахте. Так как в процессе эксплуатации на стенках каналов может оседать пыль, то скорости движения воздуха необходимо принимать относительно малыми, во избежание уноса отложений в помещения в обратном режиме работы.
С учётом предлагаемой конструкции системы вентиляции порядок её работы будет следующим. В естественном режиме приточный воздух поступает в помещения через индивидуальные приточновытяжные устройства, ассимилирует избытки теплоты и влаги и удаляется по воздуховодам системы вентиляции под действием перепада температур снаружи и внутри помещения. При этом приточная установка не работает, а ответвления системы отключены от вертикальных каналов клапанами. Воздух выбрасывается через вытяжную шахту (клапаны шахт открыты). В обратном режиме работы приточная установка обрабатывает воздух и подаёт его в помещения. Клапаны шахт при этом находятся в закрытом состоянии, а клапаны ответвлений открыты. Регулировку расхода воздуха авторы предлагают производить в индивидуальных приточно-вытяжных устройствах. Такая схема системы вентиляции экономит рабочее пространство внутри здания, в отличие от системы, где каждое помещение оборудовано индивидуальными каналами.
Однако при относительно малой этажности (до четырёх этажей) необходимо всё же использовать систему с индивидуальными каналами для бóльшей гидравлической устойчивости системы. В высоких зданиях можно применять зонирование систем и размещать оборудование и магистральные каналы на промежуточных технических этажах.
В холодный период года воздух, поступающий в помещение, необходимо подогревать. Для этих целей можно использовать штатный отопительный прибор, если правильно подобрать его тепловую мощность и создать равномерное поле малых скоростей воздуха на выходе из приточно-вытяжного устройства. Применение приточно-вытяжных устройств с достаточно большой площадью сечения позволяет создать поле малых скоростей приточного воздуха, что позволяет равномерно и без риска замораживания воды в трубах подогреть его до требуемой температуры. Достаточная площадь такого устройства позволяет также соблюсти санитарное требование к подвижности воздуха на входе в рабочую зону. Разумеется, тепловая нагрузка на систему отопления обязательно должна подбираться с учётом тепловых затрат на нагрев вентиляционного воздуха.
Для создания необходимого гидравлического режима приточно-вытяжного устройства его воздухопроницаемый элемент предлагается выполнить в виде засыпки из крупнопористого материала. Таким материалом может быть керамзитный гравий или битый кирпич. Вообще, в качестве наполнителя здесь можно использовать любой материал, не способствующий развитию грибков и не выделяющий в фильтрующийся воздух вредных соединений. Интенсивность режима фильтрации можно задавать в зависимости от величины фракции и коэффициента поверхностного трения материала.
Невозможность подбора единственного типа заполнения для всех воздухопроницаемых элементов объясняется изменчивостью гидравлических режимов засыпки при разных перепадах давления, которые сугубо индивидуальны для регионов, а также сильно зависят от этажности здания. Очевидно, что выбор материалов засыпок не может быть осуществлён без экспериментальной базы данных, содержащей информацию об их гидравлических характеристиках.
Использование реверсивной системы вентиляции является экономически выгодным, по сравнению с традиционными приточно-вытяжными механическими системами, как по капитальным, так и по эксплуатационным затратам. Экономия средств происходит благодаря относительно малым эксплуатационным затратам. В свою очередь, малые эксплуатационные расходы связаны с тем, что в холодный период система работает исключительно за счёт действия естественных сил и не нуждается в обслуживании. В рамках статьи был выполнен экономический расчёт с определением капитальных и эксплуатационных затрат на традиционную систему приточно-вытяжной вентиляции и на реверсивную систему вентиляции (по предлагаемой схеме) с их последующим сравнением.
Для расчёта было принято шестиэтажное здание административного назначения коридорного типа с рабочей площадью 3308 м². Здание обслуживалось одной приточной и тремя вытяжными системами. Общий объёмный расход приточного воздуха составил 17 700 м³/ч.
В первую очередь необходимо определить капитальные затраты, в которые входит стоимость оборудования по перечню необходимых элементов и его монтаж (расчёт проводится для периода третьего квартала 2017 года). Рассчитанные величины в краткой форме представлены в табл. 1. Суммарные капитальные затраты на систему приточно-вытяжной вентиляции составили 820 630 руб. Аналогичный расчёт для системы реверсивной вентиляции представлен в табл. 2.
Результаты сравнения представлены на рис. 5. При определении капитальных и эксплуатационных затрат, помимо стоимости оборудования, учитывались также затраты на монтаж, тепловую и электрическую энергию, отчисления на восстановление систем, затраты на капитальный, текущий ремонт и межремонтное обслуживание, а также зарплата обслуживающего персонала. По результатам экономического расчёта было установлено, что использование системы реверсивной вентиляции почти на 25 % более выгодно по сравнению с традиционной приточно-вытяжной системой.
Экономия средств при реверсивной вентиляции происходит за счёт меньшей стоимости оборудования, а также за счёт бездействия приточных установок в холодный период года и, соответственно, меньших затрат на обслуживание такой системы. Разница в энергетических затратах составила более 234 тыс. руб. в год, из чего можно сделать вывод, что использование естественного режима работы системы вентиляции является важным энергосберегающим мероприятием.
