Некоммерческое
партнерство
инженеров
Инженеры по отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха, теплоснабжению и строительной теплофизике
(495) 984-99-72 НП "АВОК"

(495) 621-80-48 Секретарь (тел./факс) ООО ИИП "АВОК-ПРЕСС"
(495) 107-91-50

АВОК ассоциированный
член
Summary:

Использование направляющих сопел для раздачи воздуха в системах СКВ

Use of Directional Nozzles for Air Distribution in Air Conditioning Systems

Yu. A. Tabunschikov, Doctor of Engineering, Professor, Moscow Architecture Institute
M. M. Brodach, Candidate of Engineering, Professor, Moscow Architecture Institute

Keywords: air distribution, air conditioning system, Moscow Institute of Architecture systems, air delivery velocity, air movement

The article describes a solution for conditioning air distribution  using directional nozzles in a unique facility - track and field facility in Mihaylovgrad (since 1993 – Montana, Bulgaria), that was built using Moscow Institute of Architecture designed constructions.

Описание:

В статье приведено решение раздачи воздуха СКВ направляющими соплами уникального объекта легкоатлетического манежа в г. Михайловград (с 1993 – г. Монтана, Болгария), который был построен с использованием конструкции? системы МАРХИ.

Использование направляющих сопел для раздачи воздуха в системах кондиционирования воздуха

В статье приведено решение раздачи воздуха СКВ направляющими соплами уникального объекта – легкоатлетического манежа в г. Михайловград (с 1993 – г. Монтана, Болгария), который был построен с использованием конструкций системы «МАРХИ».

Использование направляющих сопел для раздачи воздуха в системах кондиционирования воздуха

В современной литературе практически не освещаются пути и методология поиска необходимых проектных решений: как правило, предлагаются законченные решения. Однако рассмотрение проектов большинства известных зданий показывает, что выбор инженерных решений является определяющим при выборе архитектурной формы здания и его планировки. Интересно было бы проследить за тем, как создаются такие проекты, какие противоречия возникают между инженерными и архитектурными решениями и как достигается консенсус. В предлагаемой статье изложены проблемы поиска инженерных решений, в конечном счете влияющих на архитектуру здания.

Олимпийский легкоатлетический манеж в г. Монтана (Болгария)

Рисунок 1.

Олимпийский легкоатлетический манеж в г. Монтана (Болгария)

Решение по раздаче воздуха в помещениях большого объема

В конце 80-х годов кафедра «Инженерное оборудование зданий и сооружений» МАрхИ участвовала в проектировании легкоатлетического манежа из конструкций системы «МАРХИ» в г. Михайловград (рис. 1). Творческий коллектив возглавлял народный архитектор СССР, лауреат Ленинской и Сталинской премий первой степени И. Е. Рожин. Разработкой инженерного раздела проекта руководил профессор Ю. А. Табунщиков, раздел СКВ выполняла доцент Т. С. Шубина, раздел ОВ – доцент М. Н. Стрельчук. Большой интерес к проектированию легкоатлетического манежа в г. Михайловград из конструкций системы «МАРХИ» объяснялся тем обстоятельством, что Болгария купила право использования этих конструкций и построила завод по их производству. Необходимо было на примере легкоатлетического манежа продемонстрировать привлекательность, экономичность и широкие возможности использования этих конструкций в зданиях различного технологического назначения.

 

Большой крытый стадион The Yoyogi National Gymnasium был возведен в парке Yoyogi Park японской столицы к Олимпийским играм в Токио 1964 года. Стадион во время игр использовался как водная арена для проведения соревнований по плаванию и прыжкам в воду. Сегодня он действует в основном как стадион для хоккея на льду. Стадион вмещает чуть больше 30 000 зрителей, что сегодня не столь впечатляюще, но не в размерах очарование, а в изяществе и новаторском подходе. The Yoyogi National Gymnasium прославился особенным дизайном подвесной кровли и послужил прототипом многих последующих олимпийских объектов

 

Конструкции системы «МАРХИ» – это пространственные стержневые конструкции, позволяющие создавать здания и сооружения с практически неограниченным внутренним пространством, ничем не стесненным и отвечающим любым технологическим требованиям. Применение конструкций системы «МАРХИ» позволяет значительно экономить за счет низкого расхода металла на единицу площади.

Успешно были осуществлены при проектировании легкоатлетического манежа архитектурные, конструктивные и технологические части проекта, а также система кондиционирования воздуха для зрителей, сидящих на трибунах, с раздачей воздуха из-под кресел.

Но возникли серьезные трудности с проектированием систем кондиционирования воздуха для ядра манежа из-за поиска мест для расположения установок кондиционирования воздуха. Для обеспечения необходимого воздухообмена предполагалось установить 14 кондиционеров. Первым и очевидным предложением было расположить кондиционеры в подвальной части манежа. Однако болгарские специалисты отказались, высказав опасение, что, поскольку манеж расположен на берегу реки, в весенний период ее разлива возможно подтопление подвала грунтовыми водами. На другое предложение – расположить кондиционеры на крыше здания – не согласились архитекторы, так как четырнадцать «ящиков», каждый высотой около 2,5 м, портили весь архитектурный замысел проекта. Работа зашла в тупик. Один из архитекторов – доцент С. В. Кузнецов – предложил обратить внимание на крытый стадион самого влиятельного японского архитектора XX века Кэндзо Тангэ – универсальную арену, построенную к летним Олимпийским играм 1964 года в Токио (рис. 2).

Большой крытый стадион The Yoyogi National Gymnasium, Токио

Рисунок 2.

Большой крытый стадион The Yoyogi National Gymnasium, Токио. На торце здания видны направляющие сопла

Конструкции системы «МАРХИ» – это пространственные стержневые конструкции, позво-ляющие создавать здания и сооружения с практически неограниченным внутренним пространством, ничем не стесненным и отвечающим любым технологическим требованиям. Применение конструкций системы «МАРХИ» позволяет значительно экономить за счет низкого расхода металла на единицу площади. Экономический эффект может достигать более 60 % от стоимости традиционного покрытия

Интересно, что по архитектурной форме стадион напоминал пагоду. Но самое главное было в том, что внутри него располагались сопла для раздачи воздуха системы кондиционирования воздуха, а сами кондиционеры были расположены снаружи, у торцов здания стадиона. Было очевидно, что использование аналогичного решения для системы кондиционирования нашего легкоатлетического манежа является тем вариантом, который мы искали.

Проведенные консультации с отечественными специалистами показали, что использование направляющих сопел для раздачи воздуха отопительно-вентиляционных систем не только было известно в нашей стране, но даже были разработаны «Рекомендации по расчету оптимально-вентиляционных систем с направляющими соплами» [1] для применения при проектировании и эксплуатации систем общеобменной вентиляции и воздушного отопления в помещениях промышленных зданий, оборудованных приточной общеобменной вентиляцией. С тех пор подобных рекомендаций не разрабатывалось. Система воздухораспределения направляющими соплами имела широкое распространение за рубежом. Сейчас такие системы с успехом используются в промышленных зданиях и больших складских помещениях [2, 3, 4].

Отопительно-вентиляционные системы с направляющими соплами подают в помещение нагретый (или охлажденный) воздух основными и направляющими струями (рис. 3).

Большой крытый стадион The Yoyogi National Gymnasium, Токио

Рисунок 3.

Отопительно-вентиляционная система с направляющими соплами:
а – горизонтальными; б – горизонтальными и вертикальными

Основные струи 1 подаются через небольшое число воздухораспределителей 2 с малой начальной скоростью. Направляющие струи 3, имеющие большую начальную скорость, подаются через горизонтальные 4 и вертикальные 5 или только горизонтальные сопла малого диаметра, расположенные вдоль оси основного протока [1–3]. Горизонтальные направляющие струи позволяют увеличить длину зоны эффективного действия системы и количество теплоты (холода) в приточном воздухе по сравнению с сосредоточенной подачей. Вертикальные направляющие струи эжектируют содержащийся в основных струях воздух (нагретый или охлажденный) и подают его в рабочую зону. Так как циркуляция воздуха в помещении определяется в основном направляющими струями, изменение расхода воздуха, подаваемого основными струями, практически не приводит к изменению системы циркуляции. Это позволяет при уменьшении количества поступающих в помещение вредных веществ уменьшать расход приточного воздуха вплоть до расхода, подаваемого из сопла, что составляет 10–30 % максимального.

Системы применяются:

  • с горизонтальными направляющими соплами (рис. 3а);
  • с горизонтальными и вертикальными направляющими соплами (рис. 3б).

Отопительно-вентиляционная система с направляющими соплами включает две самостоятельные приточные установки. Одна из них предназначена для подачи основных струи воздуха, другая - для подачи направляющих струй воздуха. Приточная установка, подающая основные струи, может состоять из нескольких вентиляторных агрегатов. Приточная установка, подающая направляющие струи, должна иметь резервный вентилятор.

В п. 2.4 руководства [1] указывается, что максимальная скорость подачи воздуха из сопел не должна превышать 30 м/с, если приточные установки комплектуются кондиционерами КТЦ, и 40 м/с, если используются вентиляторы с давлением не менее 2 кПа. Минимальная скорость выпуска струи определяется расчетом и может быть даже порядка 2 м/с. Подвижность (скорость) воздуха в легкоатлетическом манеже не должна превышать 0,3–0,5 м/с. Как показали исследования, вполне возможно запроектировать систему кондиционирования воздуха с раздачей воздуха направляющими соплами, обеспечивающими внутри помещения подвижность воздуха не более 0,3 м/с.

Направляющие сопла компании Flakt Woods

Рисунок 4.

Направляющие сопла компании Flakt Woods

Однако метод расчета, изложенный в рекомендациях [1], относился к производственным зданиям и учитывал возможности их специфики, например расположение нескольких сопел внутри здания по горизонтали, что принципиально не могло применяться в помещении легкоатлетического манежа. Возникла необходимость разработки собственного специального метода расчета раздачи воздуха направляющими соплами при расположении самих сопел в торцах здания. Этот метод расчета был разработан доцентом Т. С. Шубиной. Сейчас такие сложные задачи успешно решаются методом математического моделирования*. Но возникла другая проблема: при расчете направляющих сопел, расположенных с противоположных торцов манежа, длина зоны эффективного действия приточной струи была не более 40 м, т. е. меньше 60 м (расстояние до середины манежа). В процессе движения за счет сопротивления внутреннего воздуха струя распадалась на две части, одна из которых поднималась вверх и «цеплялась» за покрытие (потолок) манежа, другая спускалась вниз и «цеплялась» за пол манежа. Получалось, что система кондиционирования с раздачей воздуха направляющими соплами, сохраняя красивый архитектурный облик манежа и не требуя расположения установок кондиционирования в подвале или на крыше здания, не в состоянии обеспечить требуемые параметры воздуха в средней части манежа. Снова тупик?

И тогда мы снова обратились к проекту крытого стадиона архитектора Кэндзо Тангэ. Как ему удалось решить эту проблему? Архитекторы предположили: наверное, за счет увеличения высоты здания, и этим может объясняться выбор формы строения в виде пагоды. Такая конфигурация здания позволяла увеличить высоту расположения сопел и избежать эффекта разрушения струи, прежде чем она достигнет середины помещения. Проведенные расчеты подтвердили эти предположения: оказалось, что, увеличивая высоту манежа на 4 м и высоту расположения направляющих раздающих сопел, удается полностью обеспечить требуемые параметры воздуха по всему спортивному ядру манежа.

А что архитекторы? Не видя другого выхода, они согласились с необходимостью увеличения высоты помещения манежа на 4 м.

Найденные инженерные решения получили высокую оценку болгарских специалистов.

Выводы

Раздача воздуха при помощи направляющих сопел в системах воздушного отопления и системах кондиционирования обеспечивает практически безградиентное распределение температуры воздуха по высоте и хорошо решает вопрос воздухораспределения и обеспечения микроклимата в крытых стадионах, промышленных зданиях, больших складских помещениях и т. д.

Литература

* Денисихина Д., Колосницын А., Луканина М. «Ледовые арены Сочи. Опыт математического моделирования» («Здания высоких тех- нологий», лето 2013).

купить online журнал подписаться на журнал
Поделиться статьей в социальных сетях:

Статья опубликована в журнале “АВОК” за №2'2016

распечатать статью распечатать статью PDF pdf версия


Реклама
Реклама на нашем сайте
Яндекс цитирования

Подписка на журналы

АВОК
АВОК
Энергосбережение
Энергосбережение
Сантехника
Сантехника
Онлайн-словарь АВОК!


Реклама на нашем сайте