Вентиляция из пола

С. Михненко

Фальшполы – очень популярное решение для организации внутреннего пространства в офисных помещениях, а теперь и в жилых домах. Объем под полом можно удачно использовать для размещения всех инженерных коммуникаций, включая отопление, водоснабжение, связь, электроснабжение, компьютерные сети. При этом обеспечивается удобный доступ к ним как для ремонта, так и для модернизации или для прокладки новых линий. В последнее время фальшполы все чаще используются для организации систем ОВК

Подачу приточного воздуха снизу, через отверстия в фальшполу, очень удобно сочетать с его предварительной подготовкой и кондиционированием – очисткой, осушением, нагревом, охлаждением. Такие системы особенно пригодны вместе с системами обогрева Air-to-Air («воздух-воздух»), включая солнечные воздушные фототермальные установки (см. «Солнечные воздушные коллекторы», журнал AW-Therm № 5, 2016). Приточные системы распределения воздуха, использующие фальшпол (UFAD – underfloor air distribution – распределение воздуха под полом), отличаются от вытесняющей вентиляции (DV – displacement ventilation – вытесняющая вентиляция). Если воздух поступает в помещение через фальшпол (или через каналы, размещенные под фальшполом), то это не обязательно означает, что это система вытесняющей вентиляции. Имеются важные различия между этими подходами в организации и характеристиках потока воздуха. Для правильного проектирование и надежного функционирования таких систем важно понимать основные различия между ними.

Системы UFAD

Система распределения и подачи воздуха, расположенная под фальшполом, работает так, чтобы, поднимаясь наверх, всплывающие струи воздуха на определенном уровне создали наиболее комфортные условия (т. н. стратифицированный слой). В этом смысле система распределения воздуха под полом и система вытесняющей вентиляции работают подобно друг другу. Оба подхода при правильном проектировании таких систем обеспечивают сокращение потребления энергии при заданном уровне комфорта и качества воздуха для потребителей. Однако работают они по-разному.

Подача воздуха через фальшпол решает сразу две задачи. Через фальшпол удобно подавать и распределять воздух для компьютерных систем, систем связи и другого оборудования с воздушным охлаждением, которые обычно располагаются ближе к полу помещения. Кроме того, создаются условия для интенсивного перемешивания воздуха с разной температурой. К тому же, подача из-под фальшпола – сравнительно недорогой способ подачи воздуха в системах распределения с постоянным или переменным расходом воздуха (VAV-системах), см. «Системы переменного расхода воздуха», Часть 1; «Системы переменного расхода воздуха» Часть 2.

Подачу воздуха из-под фальшпола также можно сочетать с нагреванием воздуха в помещении четырехтрубными вентиляторными конвекторами (фэнкойлами) и другими устройствами подачи и смешивания воздуха, установленными под полом.

Нередко используются схемы подачи, при которых обратный (комнатный) воздух частично смешивается со свежим приточным воздухом. Это позволяет экономно регулировать температуру локальной воздушной смеси и интенсивность притока в конкретном помещении. Такие системы классифицируются как специальные системы подачи наружного воздуха (DOAS – dedicated outdoor air system – специальная система подачи наружного воздуха) и часто комбинируются с установленными под фальшполом фэнкойлами.

В настоящее время все чаще водяные теплообменники таких фэнкойлов соединяются с тепловыми насосами, которые могут работать в инверсном режиме (для летнего охлаждения).

Чтобы обеспечить комфортный стратифицированный слой на уровне тел находящихся в помещении людей, используются специальные «вихревые» диффузоры.

Рис. 1. Воздушные потоки в системе распределения воздуха под полом формируются в результате подачи воздуха через смесительные диффузоры и перемешивания всплывающих струй

Главное различие между системами распределения воздуха под полом и системами вытесняющей вентиляции состоит в разнице между скоростью притока воздуха – в системах с вытесняющей вентиляции расход обычно намного меньше. Оба подхода используются для подачи свежего вентилированного воздуха, но по-разному − для регулирования температуры воздуха в помещении.

Нужно помнить, что в среднем каждый человек, находящийся в помещении, является источником тепла с мощностью 100 Вт. Каждый стационарный компьютер (рабочая станция), как правило, оснащается блоком питания мощностью 500−600 Вт. Местные светильники также в разной мере являются источниками тепла. В зависимости от параметров помещения (площадь и высота потолков), количества находящихся в помещении людей и размещенной техники, приточный воздух обычно подается с температурой +18°C или несколько ниже (до +15,5°C).

Подача воздуха через фальшпол очень удобна для помещений, которые потребляют гораздо больше энергии на летнее кондиционирование (охлаждение) воздуха, чем для зимнего отопления. Это характерно, например, для офисных помещений, поскольку именно здесь помимо внешнего источника тепла (летняя жара) имеются внутренние источники – персонал, вычислительная техника, другое оборудование. По некоторым оценкам для конкретных офисных зданий, расположенных в «средней полосе», разница в затратах на летнее кондиционирование воздуха может в восемь раз превышать стоимость зимнего отопления.

Применение для охлаждения в ночное время или днем прохладного приточного воздуха с температурой несколько ниже, чем комфортный уровень (20–22°C), удлиняет в течение года период, во время которого происходит «естественное охлаждение» наружным воздухом.

Этим экономится энергия на функционирование системы искусственной вентиляции. Ночное охлаждение бетонных плит перекрытия зданий прохладным наружным воздухом снижает потребность в аккумулировании холода и охлаждения приточного воздуха днем. Тем самым уменьшается потребление энергии на кондиционирование (на искусственное охлаждение) днем.

Подача воздуха через фальшпол существенно уменьшает затраты на систему жестких воздуховодов для распределения воздуха – их можно организовать через гибкие фольгированные рукава без сложного потолочного монтажа вентиляционных коробов, как это, как правило, делается для обычных систем вентиляции. Другое решение – подача воздуха без отдельных воздуховодов, непосредственно из-под пространства под фальшполом. Это снижает капитальные затраты.

Применение напольных регулируемых решеток (диффузоров) также способствует уменьшению капитальных затрат. Если при проектировании системы вентиляции максимально учитывать будущий интерьер и схему расположения рабочих мест, то уменьшение затрат на строительство будет еще ощутимее.

Однако системы приточной вентиляции снизу имеют «узкие места». При использовании систем UFAD тепловые струи, идущие от людей и оборудования, играют вторичную роль. Движение воздуха в рабочей зоне в основном формируется направленными напольными диффузорами. Если высота потолков в помещении значительна, то при этом происходит расслоение воздуха по вертикали. Несмотря на интенсивное перемешивание потоков воздуха в разных температурных слоях, трудно добиться равномерного градиента температур по всей высоте помещения. Еще труднее достичь того, чтобы «комфортный» стратифицированный слой с подходящей температурой располагался именно на высоте находящихся в помещении людей, т. е. 1,5–1,8 м.

Системы вытесняющей вентиляции

Скорость перемещения вентилируемого воздуха в современных системах вытесняющей вентиляции (DV) очень незначительна. Приточный воздух полностью состоит из наружного воздуха, и подается в помещение снизу через систему фальшполов, через систему каналов под фальшполом или через отверстия для притока воздуха на уровне плинтуса или пола. Системы вытесняющей вентиляции обычно используются только для вентиляции помещения, т. е. рециркуляция комнатного воздуха отсутствует. Поступающий в помещение воздух имеет температуру, очень близкую к комнатной (обычно она на 1–1,6°C меньше заданной). Затем воздух из помещения поступает к кондиционерам у потолка или по воздуховодам выводится наружу.

Системы вытесняющей вентиляции самостоятельно не применяются для отопления помещений – подаваемый теплый воздух быстро поднимается под потолок и скапливается там, и лишь частично опускается вниз вдоль более холодных стен. Перемешивание воздуха в помещении в основном вызывается всплывающими естественными струями рядом с людьми и оборудованием. При этом образуется стратифицированный слой теплого загрязненного воздуха, «выдавливаемого» из верхней части помещения.

Очень сложно использовать системы вытесняющей вентиляции также и для охлаждения. Это можно устроить только при незначительном холодопотреблении здания.

Основное назначение систем вытесняющей вентиляции – именно вентилирование, постоянная подача для находящихся в помещении людей свежего воздуха и выведение загрязнений из стратифицированной зоны воздуха в верхней части помещения. Т. е. вытесняющая вентиляция больше работает по «химсоставу» воздуха, а не по регулированию его температуры и/или влажности. Поэтому такие системы в целом чаще применяются в промышленных помещениях, где находится меньше людей, и где холодные сквозняки у пола не имеют такого большого значения.

Поскольку для вытесняющей вентиляции характерно использование именно естественных тепловых потоков, то они характеризуются и малым потреблением энергии.

На рис. 2 схематически показано движение потоков воздуха в системе вытесняющей вентиляции. Движение воздуха в основном вызывается всплывающими струями от источников тепла (люди и оборудование), находящихся в самом помещении.

В помещение постоянно подведен свежий воздух, при этом нагретый до комнатной температуры воздух постоянно вытесняется в верхнюю часть помещения, и таким образом в зоне притока постоянно высвобождается новый объем для замещения.

Воздух, перемещаясь вдоль пола с небольшой скоростью, равномерно «растекается» в нижней части помещения. Человеческое тело и работающее оборудование (например, компьютер), нагревает воздух вблизи себя. Этот чуть более нагретый воздух постоянно поднимается вверх. Таким образом, возникает постоянное движение воздуха вблизи человека, находящегося в помещении, и свежий воздух постоянно поступает в зону дыхания человека.

Рис. 2. Из-за малого расхода приточного воздуха в системе вытесняющей вентиляции движение воздуха в основном вызывается всплывающими струями

Системы вытесняющей вентиляции, как правило, не предназначены и специально не рассчитаны для какого-либо регулирования температуры в помещении. Охлаждающий эффект из-за того, что приточный воздух несколько холоднее, чем в среднем в помещении, крайне незначителен. Но можно сказать, что системам вытесняющей вентиляции в определенной мере присуща «саморегуляция» – вокруг объекта (или субъекта), который теплее, чем всплывающие приточные струи, происходит более интенсивная циркуляция и подъем всплывающих струй. Т. е. вокруг теплого объекта/субъекта циркулирует большее количество воздуха. Одновременно с этим, в помещениях, где нет внутренних источников тепла для всплывания струй (пустое помещение после работы), нет и активного притока воздуха. Это несколько экономит энергию на подготовку приточного воздуха. Для офисных или промышленных помещений это качество вытесняющих систем может оказаться весьма полезным.

Приточный воздух вблизи решеток для выпуска воздуха в помещение имеет очень небольшую скорость (обычно меньше 0,2 м/с), т. е. «вытесняющие системы» имеют гораздо меньший расход воздуха по сравнению с другими типами систем UFAD. Эмпирическое правило – общий расход воздуха обычно не превышает 24 л/с на человека.

Обычно для всего здания применяются системы низкого давления с постоянным расходом воздуха без регулирования температуры в помещении.
Поэтому системы вытесняющей подачи воздуха обладают несложной инфраструктурой и устройством. Это существенно экономит капиталовложения и снижает потребление энергии для подачи и распределения воздуха. Для регулирования приточного воздуха в рабочей зоне могут применяться небольшие локальные устройства, что тоже позволяет уменьшить общие капитальные затраты.

Удачным решением для экономии энергии признается рекуперация тепла, поскольку в вытесняющих системах всегда есть постоянный отток воздуха, который можно без смешивания направить на теплообмен с приточным.

Регулирование температуры в DV-системах

Как было сказано выше, вытесняющие системы не приспособлены для отопления. Они также практически бесполезны для охлаждения. Тем не менее, использовать системы вытесняющей вентиляции в отапливаемых помещениях можно. Современные DOAS-системы вытесняющей вентиляции работают совместно с системами отопления лучистой энергией. Это и локально направленные, и потолочные системы инфракрасного обогрева, см. рис. 3. Такие «совместные» климатические установки, помимо обеспечения качества воздуха в помещении, характеризуются малым потреблением энергии. Кроме того, лучистые системы обогрева решают вопрос с экономичным отоплением помещений с высокими потолками.

Рис. 3. Офисная воздухо-воздушная система ОВК: вытесняющая система с подачей через фальшпол вместе с системой лучистого обогрева

При использовании системы лучистого обогрева может быть легко обеспечена «результирующая ощущаемая температура в помещении», равная +22°C, даже если температура окружающего воздуха в комнате равна +18°C (рис. 3). Этот «парадокс» объясняется «общим ощущением комфорта». Температура воздуха сама по себе не может служить обобщенным показателем эффективности систем регулирования внутреннего климата в помещении. Исследования показали, что для человека ощущение комфортности микроклимата на 40–50% обусловливается тепловым излучением, на 30–40% – конвекцией и скоростью перемещения воздушных струй, и на 10–20% – влажностью, т. е. возможностью влаги испаряться с поверхности кожи. Обычно в воздухо-воздушных системах ОВК больше уделяется внимание аспектам кратности воздухообмена, конвекции (скорости воздуха) и общей влажности в помещении, и очень мало индивидуальному «ощущению тепла» на рабочем месте, что обеспечивается уровнем теплового излучения.

Благодаря вытесняющей системе качество воздуха в помещении поддерживается на высоком уровне – воздух в комнате постоянно заменяется свежим (постоянно удаляется отработанный воздух вместе с находящимися в нем загрязняющими веществами). А система лучистого обогрева создает зону «теплового комфорта» непосредственно на рабочем месте. Вместе с тем, всплывающие струи активнее образуются и перемешивают воздух именно там, где находится более теплый объект (человек и/или работающая техника). Это характерное свойство систем с вытеснением воздуха рассмотрено выше.

Системы с вытеснением совместно с лучистым обогревом широко распространены в Европе, где было выполнено множество исследований и накоплен большой опыт работы этих систем. Излучающие системы обогрева совместно с системами вытесняющей вентиляции обеспечивают прекрасные условия микроклиматического комфорта и высокое качество комнатного воздуха, экономя при этом потребляемую энергию. Они затрачивают существенно меньшее количество энергии, чем обычные «воздухо-воздушные» системы ОВК.

Европейская статистика и анализ систем с излучающими панелями, работающими совместно с системами вытесняющей вентиляции, показывает, что наибольшей энергоэффективностью обладают системы регулирования температуры с излучающими термоактивными бетонными плитами перекрытия (огромная термальная масса бетона способствует формированию чрезвычайно устойчивых внутренних климатических условий). Такие системы могут работать как зимой (отопление), так и летом (охлаждение). Благодаря значительной теплоемкости системы ОВК с излучающими панелями и вытесняющей вентиляцией потребляют обычно на 60–70% меньше энергии, чем обычные четырехтрубные вентиляторные конвекторы (фэнкойлы) или воздухо-воздушные системы с переменным расходом воздуха (VAV). Другие системы лучистого обогрева (инфракрасные направленные обогреватели) позволяют экономно и, при необходимости, быстро создать тепловой комфорт на рабочем месте во время неожиданных похолоданий в межсезонье.

Общие проблемы систем UFAD и DV

При очевидном сходстве работы систем распределения воздуха под полом (UFAD) и систем вытесняющей вентиляции (DV) они обе имеют и общие проблемы. Главная из них – поддержание чистоты пространства под полом.

При использовании системы распределения воздуха под полом без выделенных каналов-воздуховодов пыль и взвешенные частицы из пространства под фальшполом переносятся воздушным потоком и попадают в помещение. Хотя скорость воздуха в системе вытесняющей вентиляции (DV) с подачей воздуха из-под фальшпола намного меньше, чем в других системах UFAD, возможность попадания загрязнений остается и для нее. В том числе из-за попадания пыли и загрязнений под фальшпол через диффузоры при уборке помещения.

Более предпочтительны системы подачи воздуха из-под фальшпола с выделенными каналами. Их можно недорого обустроить гибкими пластиковыми или фольгированными рукавами, которые не мешают обслуживанию других инженерных систем и коммуникаций, размещенных под фальшполом. Итак, проблема пыли под фальшполом – решаема. Намного сложнее так рассчитать движение воздушных потоков, чтобы создать тепловой комфорт именно в нужном месте.

Разумеется, системы распределения воздуха под фальшполом не претендуют на широчайшее применение. Это «нишевое» решение. Оно хорошо работает и достаточно экономично, если функция вентилирования объединяется с функцией управления температурой в помещении другими системами – фэнкойлами, теплыми стенами и потолками, с другими типами лучистых систем.

Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі та корисні відео на Youtube-каналі та у TikTok.  Долучайтесь!

Переглянуто: 5 867