Энергоэффективная система вентиляции и кондиционирования плавательного бассейна в г. Екатеринбург
Аннотация
Объектом исследования в данной работе был выбран плавательный бассейн «Университетский» в г. Екатеринбург. Системы вентиляции и кондиционирования воздуха в помещении бассейна являются одними из важных инженерных систем, так как обеспечивают соблюдение санитарно-гигиенических условий микроклимата в зале бассейна, поэтому применение энергоэффективных методов обработки воздуха являются ключевым пунктом при проектировании систем вентиляции и кондиционирования воздуха в бассейнах.
В данной работе были обозначены проблемы, которые возникают при проектировании систем вентиляции и кондиционирования в крытых плавательных бассейнах:
1. Проблема теплозащиты здания бассейна
2. Риск коррозии металлических конструкций и элементов в помещении бассейна
3. Конденсация влаги на поверхностях ограждающих конструкций
4. Проблема микроклимата помещения бассейна и комфортного состояния
людей, находящихся в нем.
5. Проблема высоких энергозатрат для обеспечения требуемых параметров
внутреннего воздуха
Цель магистерской диссертации - произвести анализ целесообразности использования энергоэффективной установки кондиционирования для помещения бассейна «Университетский».
Для выполнения цели были поставлены следующие задачи:
Исследование влияния тепловых потерь на микроклимат помещения
бассейна «Университетский».
Расчет воздухообмена для зала с ванной бассейна с учетом влагоизбытков
и теплоизбытков
Подбор установки кондиционирования по упрощённой схеме и установки с
применением теплового насоса
Анализ целесообразности использования энергоэффективной установки в
помещении бассейна «Университетский».
Диссертационная работа содержит пояснительную записку на 72 страниц, 35 рисунков, 17 таблиц, 12 наименований библиографического списка, 2 приложения, презентацию на 15 слайдов.
Для выполнения дальнейших расчетов и исследований в начале работы выполнен обзор характеристик здания бассейна, включающий архитектурно-строительную характеристику здания, описание климатологических данных в г. Екатеринбург и требуемых параметров микроклимата в помещении бассейна «Университетский».
В процессе исследования влияния тепловых потерь на микроклимат помещения бассейна «Университетский» производился расчет требуемых и фактических сопротивлений теплопередаче ограждающих конструкций, выполнялся расчет коэффициента теплопередачи дна чаши и стенок бассейна, вычислялись трансмиссионные тепловые потери помещения бассейна «Университетский». Для оценки комплексного требования теплозащиты здания производился расчет требуемой и фактической теплозащитной характеристик здания. По расчету данное требование не выполняется, исходя из этого можно сделать вывод, что тепловая защита бассейна не достаточна. Для дополнительной проверки тепловой защиты и санитарно-гигиенических требований к ограждающим конструкциям производился энергоаудит здания бассейна «Университетский», который включал в себя обмер тепловизором наружных и внутренних поверхностей ограждающих конструкций помещения бассейна, а также сравнение показаний температур на термограммах и рассчитанных температур на поверхностях стен и окон аналитическим методом. Анализ результатов энергоаудита показал, что фактическое сопротивление теплопередачи витражей в помещении бассейна ниже расчетного требуемого значения. Исходя из этого, в холодный период года не избежать выпадения конденсата на внутреннюю поверхность окон. Появление конденсата на внутренних поверхностях ограждающих конструкций является побудителем появления грибка, плесени и коррозии на металлических конструкциях.
Далее выполнялся расчет требуемого воздухообмена для помещения бассейна с учетом теплоизбытков и влагоизбытков в холодный и теплый период года в двух режимах работы бассейна «Университетский» - рабочий режим и ночное время. Исходя из рассчитанных данных были построены процессы обработки воздуха в 4-х режимах работы, определен расчетный расход воздуха. По исходным данным были подобраны 2 приточно-вытяжные установки кондиционирования воздуха типа «АКВАРИС» Российского предприятия «Веза».
Первая установка АКВ-2 содержит в составе воздухоприемный клапан, который позволяет осуществлять частичную рециркуляцию удаляемого воздуха в приточный, рекуператор с промежуточным теплоносителем, который обеспечивает утилизацию теплоты вытяжного воздуха, а также воздухонагреватель, в котором происходит нагрев приточного воздуха после прохождения рекуператора. Данное оборудование позволяет использовать теплоту уходящего воздуха, сокращая потребление энергии.
Вторая установка АКВ-5 комплектуется большим количеством оборудования, способным обеспечить энергоэффективную работу системы, а именно пластинчатым рекуператором, КПД которого больше на 30%, чем у рекуператора с промежуточным теплоносителем, тепловым насосом, который позволяет использовать низкопотенциальное тепло вытяжного воздуха для его нагрева в конденсаторе, а также охлаждать приточный воздух в теплый период года. Коэффициент преобразования энергии в подобранном тепловом насосе равен 4 в холодный период года, это значит, что потребляемая энергия компрессора меньше в 4 раза, чем выдаваемая тепловым насосом на обработку приточного воздуха.
В разделе экономического обоснования выполнялся сравнительный расчет затрат на тепловую и электрическую энергию, а также затрат на обслуживание двух подобранных приточно-вытяжных установок (АКВ-2 и АКВ-5). Результат расчета показал, что экономия по годовым эксплуатационным расходам установки АКВ-5 составляет 235 т.р. в год. Срок окупаемости данной установки составит 4,4 года. Преимуществом установки АКВ-5 является не только экономия эксплуатационных затрат, но и более качественная обработка воздуха во все периоды года, так как наличие теплового насоса позволяет не только нагревать воздух в теплый период года, но и охлаждать его в тех случаях, когда температура наружного воздуха будет выше +30 ℃ В случае установки АКВ-2 возможности охлаждать воздуха нет ,поэтому в жаркую погоду температура внутреннего воздуха буде выше оптимального значения, что приведет в дискомфорту посетителей и пловцов. Также в установке АКВ-2 нет оборудования для осушения воздуха, поэтому в ночное время нет возможности работать в режиме полной рециркуляции, что приводит к дополнительным тратам на нагрев наружного воздуха.
В данной работе были обозначены проблемы, которые возникают при проектировании систем вентиляции и кондиционирования в крытых плавательных бассейнах:
1. Проблема теплозащиты здания бассейна
2. Риск коррозии металлических конструкций и элементов в помещении бассейна
3. Конденсация влаги на поверхностях ограждающих конструкций
4. Проблема микроклимата помещения бассейна и комфортного состояния
людей, находящихся в нем.
5. Проблема высоких энергозатрат для обеспечения требуемых параметров
внутреннего воздуха
Цель магистерской диссертации - произвести анализ целесообразности использования энергоэффективной установки кондиционирования для помещения бассейна «Университетский».
Для выполнения цели были поставлены следующие задачи:
Исследование влияния тепловых потерь на микроклимат помещения
бассейна «Университетский».
Расчет воздухообмена для зала с ванной бассейна с учетом влагоизбытков
и теплоизбытков
Подбор установки кондиционирования по упрощённой схеме и установки с
применением теплового насоса
Анализ целесообразности использования энергоэффективной установки в
помещении бассейна «Университетский».
Диссертационная работа содержит пояснительную записку на 72 страниц, 35 рисунков, 17 таблиц, 12 наименований библиографического списка, 2 приложения, презентацию на 15 слайдов.
Для выполнения дальнейших расчетов и исследований в начале работы выполнен обзор характеристик здания бассейна, включающий архитектурно-строительную характеристику здания, описание климатологических данных в г. Екатеринбург и требуемых параметров микроклимата в помещении бассейна «Университетский».
В процессе исследования влияния тепловых потерь на микроклимат помещения бассейна «Университетский» производился расчет требуемых и фактических сопротивлений теплопередаче ограждающих конструкций, выполнялся расчет коэффициента теплопередачи дна чаши и стенок бассейна, вычислялись трансмиссионные тепловые потери помещения бассейна «Университетский». Для оценки комплексного требования теплозащиты здания производился расчет требуемой и фактической теплозащитной характеристик здания. По расчету данное требование не выполняется, исходя из этого можно сделать вывод, что тепловая защита бассейна не достаточна. Для дополнительной проверки тепловой защиты и санитарно-гигиенических требований к ограждающим конструкциям производился энергоаудит здания бассейна «Университетский», который включал в себя обмер тепловизором наружных и внутренних поверхностей ограждающих конструкций помещения бассейна, а также сравнение показаний температур на термограммах и рассчитанных температур на поверхностях стен и окон аналитическим методом. Анализ результатов энергоаудита показал, что фактическое сопротивление теплопередачи витражей в помещении бассейна ниже расчетного требуемого значения. Исходя из этого, в холодный период года не избежать выпадения конденсата на внутреннюю поверхность окон. Появление конденсата на внутренних поверхностях ограждающих конструкций является побудителем появления грибка, плесени и коррозии на металлических конструкциях.
Далее выполнялся расчет требуемого воздухообмена для помещения бассейна с учетом теплоизбытков и влагоизбытков в холодный и теплый период года в двух режимах работы бассейна «Университетский» - рабочий режим и ночное время. Исходя из рассчитанных данных были построены процессы обработки воздуха в 4-х режимах работы, определен расчетный расход воздуха. По исходным данным были подобраны 2 приточно-вытяжные установки кондиционирования воздуха типа «АКВАРИС» Российского предприятия «Веза».
Первая установка АКВ-2 содержит в составе воздухоприемный клапан, который позволяет осуществлять частичную рециркуляцию удаляемого воздуха в приточный, рекуператор с промежуточным теплоносителем, который обеспечивает утилизацию теплоты вытяжного воздуха, а также воздухонагреватель, в котором происходит нагрев приточного воздуха после прохождения рекуператора. Данное оборудование позволяет использовать теплоту уходящего воздуха, сокращая потребление энергии.
Вторая установка АКВ-5 комплектуется большим количеством оборудования, способным обеспечить энергоэффективную работу системы, а именно пластинчатым рекуператором, КПД которого больше на 30%, чем у рекуператора с промежуточным теплоносителем, тепловым насосом, который позволяет использовать низкопотенциальное тепло вытяжного воздуха для его нагрева в конденсаторе, а также охлаждать приточный воздух в теплый период года. Коэффициент преобразования энергии в подобранном тепловом насосе равен 4 в холодный период года, это значит, что потребляемая энергия компрессора меньше в 4 раза, чем выдаваемая тепловым насосом на обработку приточного воздуха.
В разделе экономического обоснования выполнялся сравнительный расчет затрат на тепловую и электрическую энергию, а также затрат на обслуживание двух подобранных приточно-вытяжных установок (АКВ-2 и АКВ-5). Результат расчета показал, что экономия по годовым эксплуатационным расходам установки АКВ-5 составляет 235 т.р. в год. Срок окупаемости данной установки составит 4,4 года. Преимуществом установки АКВ-5 является не только экономия эксплуатационных затрат, но и более качественная обработка воздуха во все периоды года, так как наличие теплового насоса позволяет не только нагревать воздух в теплый период года, но и охлаждать его в тех случаях, когда температура наружного воздуха будет выше +30 ℃ В случае установки АКВ-2 возможности охлаждать воздуха нет ,поэтому в жаркую погоду температура внутреннего воздуха буде выше оптимального значения, что приведет в дискомфорту посетителей и пловцов. Также в установке АКВ-2 нет оборудования для осушения воздуха, поэтому в ночное время нет возможности работать в режиме полной рециркуляции, что приводит к дополнительным тратам на нагрев наружного воздуха.