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:

СКВ для музейных помещений на примере национальной художественной галереи в г. Йошкар-Оле

Air Conditioning and Ventilation Systems for Museum Rooms using the National Art Gallery in Yoshkar-Ola as an Example

O. Ya. Kokorin, Doctor of Engineering, Professor in Moscow State University of Civil Engineering
N. V. Tovaras, Candidate of Engineering, General Director of LLC NPF CHIMHOLODSERVICE
A. P. Inkov, Candidate of Engineering, Director of LLC ECOTERM
M. A. Kolosov, Candidate of Engineering, Associate Professor in N.E. Bauman Moscow State Technical University, Leading Specialist in LLC NPF CHEMHOLODSERVICE

Keywords: museum, ventilation, air conditioning, air temperature, air moisture, induction terminal, i-d diagram

Air conditioning and ventilation systems (ACVS) in museums, depositaries of art treasures and items on paper, fabric and wood are designed in line with much stricter requirements than in civil construction.

Demand controlled ACVS for showrooms of the National Art Gallery in Yoshkar-Ola commissioned in 2007 meets all of these requirements. In the course of operation it has demonstrated efficient and reliable work regardless of weather conditions and internal loads related to the art events of different types.

Описание:

О. Я. Кокорин, доктор техн. наук, профессор МГСУ
Н. В. Товарас, канд. техн. наук, генеральный директор ООО «НПФ «ХИМХОЛОДСЕРВИС»
А. П. Иньков, канд. техн. наук, директор ООО «ЭКОТЕРМ»
М. А. Колосов, канд. техн. наук, доцент МГТУ им. Н.Э. Баумана, ведущий специалист ООО «НПФ «ХИМХОЛОДСЕРВИС»

Системы кондиционирования и вентиляции (СКВ) музеев, хранилищ художественных ценностей и продукции на бумаге, тканях и дереве проектируются по существенно более жестким требованиям, чем это характерно в гражданского строительства.

Введенная в 2007 году адаптивная СКВ для экспозиционных залов национальной художественной галереи в г. Йошкар-Оле отвечает всем требованиям. За время эксплуатации она показала эффективную и надежную работу независимо как от погодных условий, так и от степени внутренних нагрузок, связанных с художественными мероприятиями различного направления.

СКВ для музейных помещений на примере национальной художественной галереи в г. Йошкар-Оле

СКВ для музейных помещений на примере национальной художественной галереи в г. Йошкар-Оле

Реализация вытесняющей вентиляции и работа СКВ в зимний период

В экспозиционных залах реализована вытесняющая вентиляции. Для этого из эжекционных доводчиков (ДЭ) воздух поступает в нижнюю зону помещения со скоростью потока не более 0,3 м/сек. Загрязненный воздух со всеми вредностями, поступающими от людей, вытесняется к потолку. Удаление загрязненного, нагретого воздуха производится из верхней зоны помещения. Таким образом, комфортный микроклимат в обслуживаемой зоне, характеризующийся хорошим качеством внутреннего воздуха, создается при низком расходе воздуха, обеспечивая комфортное и экономичное кондиционирование зала.

В ночном режиме работы влаговыделений в помещении нет, тепловлажностное отношение равно нулю, и влагосодержание воздуха не меняется. Задачей автоматической системы управления СКВ является только поддержание температуры в помещении на нижней границе допустимой зоны. Температура воздуха в обслуживаемой зоне tвн контролируется датчиками, которые настраиваются от центрального компьютера управления в зависимости от изменения tн. Зимой стоит задача подогрева помещений, и для этого к теплообменникам доводчиков подводится горячая вода. Датчики контроля в обслуживаемой зоне помещения автоматически меняют расход греющей воды в теплообменнике индивидуально в каждом доводчике, обеспечивая таким образом тонкую регулировку температуры и влажности в зале.

Зимой теплопоступления в экспозиционных залах минимальны, и СКВ работает следующим образом (см. рис. 2 в «АВОК», №6, 2016). Стрелками из точки Пн показаны два направления изменений параметров воздуха в ДЭ перед окончательной подачей его в зал: в ночном и в дневном режимах работы.

Через остекление и стены на южной стороне фасада возникают основные трансмиссионные теплопотери экспозиционных залов. На северном фасаде нет окон, и теплопотери тут значительно меньше. Остальные стены экспозиционных залов граничат с теплыми комнатами, и на них теплопотерь нет. Максимальные теплопотери будут наблюдаться в ночные часы зимой, когда в экспозиционных залах нет людей и нет дополнительных источников теплоты. Максимальные теплопотери каждого из залов могут достигать примерно 14 кВт.

В ночном режиме работы СКВ зала рециркуляционный воздух в объеме примерно 10000 м3/ч эжектируется ДЭ со стороны внутреннего остекления и из воздушной подушки под потолком. Проходя вдоль остекления внутренний воздух охлаждается с 23 примерно до 20 0C, что компенсирует примерно 10 кВт внешних теплопотерь. Поэтому в ночном режиме требуется еще примерно 4,0 кВт теплоты для компенсации трансмиссионных теплопотерь и примерно 6,7 кВт теплоты для подогрева приточного наружного воздуха, поступающего к ДЭ с температурой примерно tпн = 14 0C. Суммарная теплопроизводительность всех ДЭ способна покрыть все эти теплопотери.

Во встроенном теплообменнике тепло поступает от горячей воды к рециркуляционному потоку воздуха, нагревая его примерно до 23,5 0C (точка Вт, рис. 2). После смешения этого воздуха с приточным температура смеси составляет примерно tп = 21,0 0C, и воздух с этой температурой поступает в зал. В помещении зала этот воздух охлаждается до tв = 20 0C, компенсирует все теплопотери и поддерживает температуру и влажность в зале на требуемом уровне. Теплый воздух вытесняется к потолку, к верхней зоне помещения, где его температура повышается до +23,0 0C, и откуда он удаляется вытяжкой.

В дневном режиме, когда в зале присутствуют люди, работает освещение и есть теп-лопоступления от приборов, внутренняя температура повышается более 20 0C. Датчики температуры в помещении подают команду на сокращение расхода горячей воды через теплообменники, вплоть до полного их закрытия. Такое регулирование температуры позволяет не допускать скачков, и расчеты показали, что максимальное количество влаги от людей, которое может поступить в зал, не выводит параметры внутреннего воздуха за установленные границы. При полном закрытии поступления горячей воды в камере смешения в ДЭ температура воздуха опустится до tп = 18,4 0C. При такой температуре поток воздуха от ДЭ способен поглотить до 8,7 кВт явных тепловыделений.

За счет использования эжекционных доводчиков в сочетании с вытесняющей вентиляцией приточный воздух, поступающий в обслуживаемую зону, увеличивает свою способность к поглощению теплоты и влаги, что подробно рассмотрено в работах [7–9]. Приточный воздух, поступая в обслуживаемую зону, воспринимает примерно 60 % всех тепло- и влаговыделений в помещении. Остальные 40 % тепло- и влагопоступлений от людей вытесняются под потолок, где зимой создается воздушная подушка с температурой 23 0C.

Малый перепад температуры воздуха по высоте обслуживаемой зоны (примерно 1,6 0C) и тонкое регулирование tв и φв создают необходимые условия для сохранения художественных произведений и ценностей, находящихся в экспозиционных залах, и исключительно комфортные условия для посетителей.

Расчет СКВ в летний период

В летнем периоде эксплуатации СКВ экспозиционных залов расчет нагрузок на аппараты центрального кондиционера и выбор холодильных машин также выполнялись из условия 100 % обеспеченности, т. е. проектирование этих систем производилось на экстремальные расчетные условия:

  • абсолютная максимальная температура tн.max = +39,0 0C;
  • влажность φн.max = 73 %, что соответствует влагосодержанию dн.max = 33,0 г/кг и энтальпии iн.max = 124,1 кДж/кг.

После проектирования СКВ, выбора аппаратов и уточнения их характеристик выполнялась проверка работы системы при средних расчетных параметрах наружного воздуха в двух режимах: для ночного, когда в помещении нет влаговыделений (нет людей) и ограничены тепловые нагрузки, и для дневного, когда в экспозиционном зале максимум посетителей, т. е. максимум влаговыделений и максимальные внутренние и внешние теплопоступления в помещение.

Средние расчетные параметры наружного воздуха для летнего периода в Йошкар-Оле составляют [6]:

  • средняя температура tн.ср = = +25,8 0C;
  • средняя относительная влажность φн.ср.= 55 %, что соответствует влагосодержанию dн.ср = 12,0 г/кг и энтальпии iн.ср = 55 кДж/кг.

На рис. 5 приведена i-d-диаграмма влажного воздуха. Процессы обработки приточного воздуха для экспозиционного зала в центральном кондиционере и ДЭ построены для отдельного режима (рис. 5, точка Н). В теплый период года приточный наружный воздух перед подачей в зал очищается в фильтрах, охлаждается и осушается в центральном кондиционере.

I-d диаграмма

Рисунок 5.

I-d диаграмма: построение двух режимов работы СКВ для экспозиционного зала в теплый период года. Обозначение процессов: Н → ОХ – охлаждение и осушение санитарной нормы приточного наружного воздуха в воздухоохладителе приточного агрегата; ОХ → Пн – нагрев в вентиляторе и воздуховодах; В → Вт – охлаждение рециркуляционного потока воздуха в теплообменнике ДЭ; Пн → П Вт – смешение потоков в ДЭ; П → В – поглощение влагои тепловыделений в зоне обслуживания, нахождения людей, трансформация параметров воздуха в «ночном» и «дневном» режимах работы СКВ; В → У – поглощение влаго- и тепловыделений под потолком зала

За счет охлаждения воздуха в секции воздухоохладителя (см. рис. 5, процесс Н → ОХ) до температуры +14,0 0C выполняется конденсационная осушка воздуха до необходимой степени влажности, влагосодержание при этом уменьшается до 9,3 г/кг, т. е. до величины, позволяющей наиболее эффективно поддерживать влажность при вентиляции экспозиционных залов. Необходимый для работы секции осушки холод к воздухоохладителям кондиционеров поступает от холодильных агрегатов с хладоносителем, начальная температура которого +7,0 0C.

После центрального кондиционера холодный осушенный воздух (точка Пн), относительная влажность которого φпн = 90÷95 %, влагосодержание примерно dпн = 9,3 г/кг вентиляторами нагнетается по распределительной сети к ДЭ в зале. Воздух с такими параметрами летом способен наиболее эффективно поддерживать тепловой и влажностный баланс в экспозиционных залах галереи.

Окончательное регулирование влажности воздуха в помещениях строго в пределах 50÷60 % и точное регулирование температуры в пределах tвн = +20,0÷24,0 0C осуществляются в экспозиционных залах системой автоматического управления по сигналам от датчиков температуры и влажности, размещенных в залах. Температура в залах регулируется приточным холодным воздухом от кондиционеров и дополнительным охлаждением рециркуляционного потока внутреннего воздуха во встроенных теплообменниках ДЭ.

Для этого ко всем четырехтрубным ДЭ от холодильной станции подводится хладоноситель – дистиллированная вода – с температурой +14,0 0C. Температура хладоносителя автоматически поддерживается на холодильной станции смешением холодной воды при температуре twх1 = +7,0 0C от холодильной машины и с отепленной водой из зала. Смешение выполняется в трехходовом вентиле, обеспечивающем после себя хладоноситель с температурой t = +14,0 0C.

Летом в ночном режиме работы СКВ и когда в залах нет людей, в помещение поступает до 20 кВт тепла через стены и с солнечным светом. Как показали расчеты, воздух с параметрами в точке Пн, при отсутствии влаговыделений в залах, наиболее эффективно обеспечивает заданные климатические условия. При максимальном прогреве этого воздуха до температуры +24,0 0C он обладает максимальной теплоаккумулирующей способностью, а относительная влажность его при этом не опустится ниже минимально допустимой границы 50 %. Система автоматики поддерживает относительную влажность в пределах 50÷60 %, управляя только дополнительным охлаждением воздуха в ДЭ.

В этом режиме внутренний воздух, проходя у поверхности остекления, нагревается примерно до температуры +25,0 0C и эжектируется в ДЭ, где охлаждается в теплообменниках при постоянном влагосодержании (рис. 5, процесс В → Вт). После этого он смешивается со свежим приточным воздухом (точка П), температура которого tпн = +15,0 0C. Система управления климатом по сигналам от датчиков температуры и влажности в залах автоматически регулирует подачу хладоносителя к теплообменникам, плавно изменяя температуру эжектируемого воздуха в точке Вт.

Из ДЭ воздух в состоянии т. П подается в нижнюю зону зала, обеспечивая, таким образом, механизм вытесняющей вентиляции. При этом за счет расслоения параметров воздуха, за счет диффузии и конвекции влаги и теплоты по высоте зала, за счет вытеснения теплого воздуха к потолку повышаются влагосодержание и температура воздуха в верхней зоне помещения. Повышенное влагосодержание в верхней зоне обеспечивает дополнительную ассимиляцию влаги и тепла в расчете на единицу приточного воздуха.

В дневном режиме работы СКВ в помещениях присутствуют люди и возрастают теплопритоки. Предельные нагрузки на зал оцениваются в 27 кВт избыточного тепла и примерно 12,5 кг/ч избыточных влаговыделений от людей. Смесь инжектируемого и приточного воздуха (см. рис. 5, точка П) в этом случае имеет параметры, зависящие от внутренних нагрузок в зале. Процессы изменения параметров приточного и рециркуляционного воздуха при смешении показаны на рис. 5. В эжекционных доводчиках готовится воздух с параметрами точки П, способный поглотить избытки тепла и влаги, не выходя за пределы разрешенных значений в обслуживаемой зоне.

При максимальных нагрузках процесс ассимиляции тепла и влаги в зале идет от состояния т. П к границе зоны допустимых параметров в т. З (см. рис. 5). В этом случае при допустимой верхней температуре +24,0 0C относительная влажность в обслуживаемой зоне не поднимается выше 60 %. Влажный воздух вытесняется в верхнюю зону зала, откуда он удаляется через вытяжку. Способность приточного воздуха поглощать избыточное тепло и влагу в сочетании с вытесняющей схемой вентиляции в зале позволяет эффективно и надежно обеспечивать допустимые условия в экспозиционных залах.

Как показал опыт эксплуатации залов, даже при экстремальных внешних условиях температура воздуха в обслуживаемой зоне не поднимается выше +22,5 0C. Таким образом обеспечиваются тепловой комфорт для людей и отсутствие заметного градиента температуры по высоте обслуживаемой зоны (зоны пребывания людей), что отвечает требованиям к режиму работы СКВ в залах экспозиции художественных галерей.

В теплый период года в ночные часы, когда температура наружного воздуха по мокрому термометру может опускаться ниже 13,8 0C, можно остановить холодильные агрегаты, а охлаждение воздуха в кондиционерах выполнять только за счет адиабатного увлажнения, что позволяет несколько снизить потребление электроэнергии. Сравнение созданной авторами энергосберегающей СКВ с зарубежными аналогами [10–12] показывает значительные преимущества по созданию требуемых параметров воздуха в обслуживаемой зоне, в условиях изменения тепло- и влаговыделений в помещении.

Преимущества разработанной энергосберегающей СКВ для музейных помещений:

  • возможность круглогодичной работы в энергосберегающем режиме, обеспеченная применением адиабатного охлаждения и эффективной системы вытесняющей вентиляции;
  • вытесняющая вентиляция обеспечивает комфортное и экономичное кондиционирование воздуха при низком расходе воздуха, высокое качество микроклимата в помещениях, низкий градиент температуры по высоте обслуживаемой зоны;
  • автоматическое обеспечение заданных климатических условий в залах, их стабильность, отсутствие резких скачков температуры и относительной влажности даже при резких изменениях внешних условий. Контроль, очистка и регулирование подачи свежего и удаление отработанного воздуха выполняются центральными приточно-вытяжными кондиционерами, снабженными секцией адиабатного охлаждения;
  • низкая стоимость эксплуатационных затрат на отопление и кондиционирование;
  • низкая стоимость СКВ способствует снижению суммарных капитальных затрат, а ее высокая энергоэффективность позволяет снизить эксплуатационные затраты и экономить энергоресурсы.

Литература

  1. Thomson G. The Museum Environment. Scientific Adviser. 2nd ed. – London: Butterworths, 1986.
  2. Технология, исследование и хранение произведений станковой и настенной живописи / Под ред. Ю. И. Гренберга. – М.: Изобразительное искусство, 1987.
  3. СНиП 2.08.02–89* «Общественные здания и сооружения». – М., 1989.
  4. Межгосударственный стандарт. ГОСТ 30494–96 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях». – М., 1996.
  5. СНиП 2.04.05–91 «Отопление, вентиляция и кондиционирование». – М.: ГУП ЦПП, 1998.
  6. СНиП 23-01–99 «Строительная климатология». – М.: ГУП ЦПП, 2000.
  7. Кокорин О. Я. Энергосберегающие системы кондиционирования воздуха. – М.: Локальные энергосистемы, 2007.
  8. Кокорин О. Я. Энергосбережение в системах отопления, вентиляции, кондиционирования. – М. М.: АСВ, 2013.
  9. Кокорин О. Я., Колосов М. А., Егоров К. С. Особенности системы вентиляции Большого зала Московской государственной консерватории им. П. И. Чайковского // АВОК. – 2013. – № 2. –С. 50–57; – № 3. – C. 14–20.
  10. Материалы сайта «The National Gallery, Trafalgar Square, London». URL: http: // www.nationalgallery.org.uk/paintings/
  11. Grattan D., Michalski St. Environmental Guidelines for Museums – Temperature and relative Humidity. – London: Butterworths, 2013.
  12. Шляхтина Л. М. Основы музейного дела. Теория и практика: учеб. пособие. – М.: Высшая школа, 2005.
купить online журнал подписаться на журнал
Поделиться статьей в социальных сетях:

Статья опубликована в журнале “АВОК” за №7'2016

распечатать статью распечатать статью PDF pdf версия


Статьи по теме

Реклама
Реклама на нашем сайте
Яндекс цитирования

Подписка на журналы

АВОК
АВОК
Энергосбережение
Энергосбережение
Сантехника
Сантехника
Онлайн-словарь АВОК!


Реклама на нашем сайте