В настоящие момент предпринимаются попытки расширить применение систем распределения воздуха от пола. Рекомендуется заменять ими системы распределения сверху не только в компьютерных и других аналогичных центрах, но и в административных помещениях. В поддержку таких соображений приводятся преимущества перемещения воздуха в направлении снизу вверх, а именно: ❏ направление движения воздуха в помещении совпадает с направлением конвективных потоков от людей и тепловыделяющего оборудования; ❏ концентрация в верхней зоне загрязняющих веществ (углекислый газ, дымовые газы, запахи, органические вещества и пр.); ❏ большая устойчивость создаваемых воздушных потоков; ❏ повышение температуры воздуха в верхней зоне примерно на 2 °C по сравнению с расчетной температурой в обслуживаемой зоне. Для более полного сравнения двух способов распределения воздуха (сверху или от пола) в системе кондиционирования воздуха административного здания, на наш взгляд, следовало бы обратить внимание также на следующие вопросы: ❏ величину воздухообмена ❏ размеры установок кондиционирования; ❏ скорость движения воздуха; ❏ прочие факторы, оказывающие влияние на комфорт; ❏ типы существующих установок; ❏ размеры холодильных агрегатов; ❏ гигиеничность системы; ❏ закупочная стоимость и расходы по техническому обслуживанию. Для сравнения указанных свойств возьмем в качестве примера типичное административное здание. Величина воздухообмена Подача от пола. Для помещений, где люди находятся более получаса (административные помещения, безусловно, относятся к данной категории), рекомендуется разность температур (Δt) воздуха в обслуживаемой зоне и приточного воздуха не более 6 °C. Рекомендуется также, чтобы скорость выпуска воздуха не превышала 1 м/с. Больший показатель Δt допустим при условии, что между воздухораспределителями и людьми было расстояние не менее 1,5 м. В качестве воздухораспределителя используются установленные в полу круглые диффузоры с радиальными щелями, формирующие закрученную струю. Для нашего случая примем Δt = 6 °C при скорости воздуха на выходе 1 м/с. При распределении от пола удаление воздуха из верхней зоны помещения может осуществляться через решетки в подвесном потолке или в стене вблизи потолка. Мы полагаем, что последний вариант применяется чаще, поскольку (особенно в зданиях современной постройки) редко встречаются помещения такой высоты, которые позволяли бы надстраивать полы (на 300–450 мм) и опускать потолки (на 250–350 мм). Ведь полезная высота помещения уменьшалась бы, таким образом, примерно на 1 м. При подаче воздуха от пола и удалении вверху возможно образование теплой воздушной «подушки» непосредственно под потолком. Температура такой «подушки», однако, не должна превышать более чем на 2 °C расчетную температуру в обслуживаемой зоне — тогда люди в помещении не будут испытывать дискомфорт от идущего сверху излучения. Если система обеспечивает в помещении расчетные условия (24 °C), то можно предположить, что примерно 18 % явных тепловыделений могут не учитываться при расчете необходимого воздухообмена. Для нашего случая объем приточного воздуха определяется из расчета явных тепловыделений 900 Вт. Следующее уравнение, если принять Δt = 6 °C, дает расход приточного воздуха:900/(1,2 × 6) = 125 л/с (450 м3/ч). (1)Если для каждого воздухораспределителя принять средний расход 11 л/с, нам потребуются примерно двенадцать единиц, т.е. чуть меньше, чем один диффузор на каждый квадратный метр площади помещения. В силу того, что в комнатах расставлены письменные столы и иная конторская мебель, разместить их достаточно равномерно вряд ли удастся. Подача сверху. Подача сверху также позволяет организовать удаление в верхней части (через подвесной потолок, например). Главное, чтобы использовались воздухораспределители, формирующие быстро затухающие струи. В этом случае уменьшение расчетных явных тепловыделений, обусловленное, в основном, системой освещения, можно оценивать как равное или большее по сравнению с тем, что получается при подаче воздуха снизу и удалении через осветительную аппаратуру. Тем не менее, при распределении сверху имеется еще один фактор, способствующий дальнейшему уменьшению расчетных явных тепловыделений в помещении, — это тепловая инерция пола. Солнечное излучение, попадающее в помещение через остекление, и излучение осветительной аппаратуры частично поглощаются и накапливаются на полу. Накопленное тепло возвращается затем в помещение с опозданием в несколько часов. В конечном счете, при подаче сверху явные тепловыделения от солнечной радиации в часы максимальной нагрузки сокращаются на 25–30 %. При распределении от пола такого накопления не происходит, как не происходит в часы пиковой нагрузки сокращения нагрузки от солнечной радиации. Кроме того, при распределении воздуха сверху допустимая разность температур Δt = 12 °C или выше. При одном таком показателе Δt для той же явной нагрузки сокращается наполовину или даже больше объемы воздуха, требующиеся для ассимиляции явного тепла. Скорость движения воздуха в помещении. Среди различных факторов, влияющих на создание комфортных условий, следует отметить среднюю скорость, с которой воздух движется в помещении. Теперь уже достоверно известно (и считается приемлемым), что для людей, занятых сидячей работой, скорость движения воздуха в помещении должна составлять около 0,15 м/с, и быть не ниже 0,10 м/с. Соблюдение этих значений при прочих равных условиях необходимо для обеспечения наилучшего теплообмена между телом человека и средой помещения и повышает комфорт в летний период.В рассматриваемом примере, когда площадь комнаты составляет 15 м2, чтобы получить среднюю скорость 0,15 м/с, объем движущегося воздуха (первичного и вторичного) должен составлять значение Q, определяемое следующим образом:Q = 1000 × 5 × 0,15 = 2250 л/с (8100 м3/ч). (2)В силу принципа сохранения количества движения, если обозначить m1 и V1 объем и скорость приточного воздуха, то следующим уравнением мы определим, до какого уровня должна уменьшиться скорость воздуха (V2), чтобы в помещении передвигалась воздушная масса m3, которая в нашем примере равна 2250 л/с (значение, полученное уравнением (2), равное сумме масс первичного и вторичного воздуха):m1 × V1 = m3 × V2. (3)Подставив известные значения, мы имеем 125 × 1,0 = 2250 × V2, отсюда V2 = 0,05 м/с, что значительно ниже установленного минимума. Если при объеме поступающего первичного воздуха (m1 = 125 л/с) мы хотим, чтобы воздушная масса в помещении m3 (2250 л/с) двигалась со скоростью 0,15 м/с, то скорость первичного воздуха на выходе из воздухораспределителя должна быть не ниже 2,7 м/с, а такая скорость слишком высока для данного типа воздухораспределителей. На практике сокращенная индукция первичного воздуха, обусловленная его низкой скоростью, дает основание подозревать, что приточный воздух с трудом будет подниматься к вытяжным решеткам, образуя идеальные «столбы», суженные книзу, которые никак не перемешивают окружающий воздух и формируют участки застойного воздуха. Другие условия комфорта. В летний период среди прочих параметров комфорта особое значение приобретает вертикальный температурный «градиент». При распределении от пола температура растет снизу вверх, а при поступлении сверху образуются нисходящий поток воздуха и температурный градиент, который на уровне ног создает температуру слегка выше, чем на уровне тела. То есть, при подаче сверху будет «ноги в тепле, а голову в холоде», что повышает комфорт. Распределение от пола создает противоположный тепловой градиент, и с этой точки зрения комфорт не повышается. Виды систем Приточные установки, используемые для распределения сверху, могут также применяться в системах распределения от пола. В любом случае, при таком распределении для того, чтобы ограничить Δt воздуха помещения и приточного воздуха, чаще всего применяется калорифер второго подогрева. Гораздо реже (можно сказать, чрезвычайно редко) используется система с рециркуляцией воздуха. Система со вторым подогревом. Чаще всего — в силу простоты конструкции — используется калорифер второго подогрева, расположенной после блока охлаждения. В рассматриваемом примере при желании обеспечить температуру 24 °C с 50 % относительной влажностью, на основании соотношения между явным теплом и общей нагрузкой помещения, смесь наружного воздуха и воздуха рециркуляции должна охлаждаться примерно до 13 °C с удельной влажностью 9 гр/кг. Обычно скрытая нагрузка остается постоянной, а расход воздуха в л/с (450 м3/ч), определяемый (1), будет в состоянии ассимилировать влаговыделения с разницей 0,3 гр/кг. В часы максимальной нагрузки для компенсации явных тепловыделений при соблюдении предельной разности температур 6 °C, установленных для Δt, воздух должен пройти последующий нагрев до 18 °C. То есть, мощность калорифера второго подогрева составит:125 × 1,2 × (18 – 13) = 750 кВт. Существует вариант, более выгодный с точки зрения экономии энергоресурсов, — использование рекуперированного теплообменника. Тогда мощность по холоду для компенсации явных тепловыделений в помещении будет равна не 900 Вт (выражение 1), а уже 1650 Вт (750 + 900), т.е. на 83 % больше явных тепловыделений. При сокращенных нагрузках, например, когда нет тепловыделений от оборудования и солнечной радиации (530 Вт), чтобы ассимилировать явные тепловыделения (900–530 Вт), приточный воздух должен иметь температуру около 21,5 °C. В таких условиях охладитель будет давать 1650 Вт (примерно в 4,5 раза больше значения ощущаемой нагрузки помещения), а второй подогрев должен будет обеспечивать около 1280 Вт, т.е. в 3,5 раза больше явных тепловыделений в помещении. Система с байпасом, используемым в утилизаторе. Система, в которой предусмотрен байпас воздуха, представляет собой интересное в плане энергосбережения техническое решение, поскольку позволяет регулировать температуру приточного воздуха без применения второго подогрева. Здесь необходимо достаточно точно рассчитать объемы воздуха, направляемого в рекуператор и поступающего в охладитель, с учетом потребностей обслуживаемого помещения. Мощность охладителя не будет постоянной, а будет сокращаться по мере уменьшения явных тепловыделений в помещении. Напомним, что установка с байпасом не может использоваться в ситуации, когда для системы требуется один только наружный воздух. Размеры системы кондиционирования. При распределении от пола, если используется устройство второго подогрева, оно должно иметь поперечное сечение по меньше мере в два раза больше, чем обычно требуется при распределении сверху. Используя установку с байпасом, в два раза большее сечение должен иметь только вентиляционный контур. В обеих системах чем больше используемые вентилятор и его двигатель, тем больше должно быть сечение приточных и вытяжных воздушных каналов. Размеры холодильного агрегата. На аналогичных установках при распределении от пола холодильный агрегат не может быть меньше, чем применяемый при распределении сверху. Кроме того, в первом случае не происходит накопление теплоты в структуре пола, т.е. теплоты, которая уменьшает показатель максимальной тепловой нагрузки. При аналогичных проектных условиях повышение температуры отводимого воздуха, обусловленное ростом температуры воздуха в помещении в непосредственной близости от потолка, независимо от того, что такое повышение можно получить также подачей и отводом воздуха сверху, позволяет сократить мощность узла обработки воздуха, но не размеры холодильного агрегата. Повышение температуры отводимого воздуха и температуры на мокром термометре смеси наружного и вытяжного воздуха может, безусловно, повысить КПД компрессора, но не может в значительной степени влиять на размеры агрегата. Данные утверждения действительны, когда система обеспечивает рекуперацию тепла удаляемого воздуха и может использоваться обрабатывающий узел с байпасом рекуперированного воздуха. В системе, которая работает полностью на наружном воздухе либо оснащена калорифером второго подогрева, распределение воздуха от пола в силу сокращенного Δt требует, как правило, наличия холодильного агрегата, имеющего мощность вдвое большую по сравнению с мощностью, требуемой при распределении сверху. Гигиеничность В предыдущих разделах изложены причины, по которым можно рекомендовать распределение воздуха от пола, среди них — улучшение качества получаемого воздуха в силу того, что в этом случае различные загрязняющие вещества скапливаются вверху. Автор не намеревается ставить под сомнение исследования уровня концентрации загрязняющих веществ и тот факт, что при распределении от пола такая концентрация сокращается в среднем на 20–25 %.Однако автор считает, что суть проблемы загрязнения и определения его показателей может меняться от помещения к помещению в зависимости от вида деятельности учреждения, особенностей материалов, использованных для строительства здания (материалы полов, стен, лакокрасочные покрытия и пр.), и даже имеющейся мебели и оборудования. Вряд ли можно спорить, к примеру, с тем, что в административном помещении, т.е. там, где активно перемещается некоторое количество сотрудников, на ногах которых имеется обувь, «загрязненная» внешней средой (предположим, на улице дождь), при распределении от пола загрязняющие элементы, принесенные с улицы, вместо того чтобы остаться на полу, пойдут в обращение и будут ухудшать качество воздуха в помещении. Если к тому же предположить, что в ходе обычной уборки помещения и обычного мытья полов загрязняющие элементы будут осаждаться внутри диффузоров, образуя отличную питательную среду для микробов, спор, бактерий и пр., то гигиеничность системы вообще ставится под большое сомнение. Закупочная стоимость и эксплуатационные расходы Автор не станет проводить детальных сравнений и отрицать известную гибкость системы распределения от пола (уменьшение расходов на переустройство), позволяющей изменять способ распределения путем всего лишь замены расположения панелей, на которых установлены воздухораспределители. Однако, автору представляется, что с учетом описанных выше обстоятельств (большие объемы перемещаемого воздуха, большее число воздухораспределителей, более громоздкие холодильные агрегаты и обрабатывающие узлы, увеличенные сечения подающих и отводящих воздуховодов, дополнительные расходы на надстройку полов) закупочная стоимость и особенно эксплуатационные расходы будут выше, чем аналогичные показатели системы распределения воздуха сверху.