outdoor air are calculated using the following formula: Table 2: Optimal room air temperature and relative humidity in the serviced area of public and administrative buildings during the cold season.


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.
International Journal of Applied Engineering Research ISSN 0973
-
4562 Volume 11, Number

3
(2016) pp

2030
-
2035

Research India Publications. http://www.ripublication.com

2030

Justification

for

the

Outlooks

of

Design

and

Application

of

Local

Recirculation

Diffusers

for

Energy
-
efficient

Ventilation

Systems



Dmitry

Vladimirovich

Kapko

LTD

“NPO

THERMEC”

Dmitrovskoehighway
,

46
-
2
,

Moscow
,

127238
,

Russia
.


Vyacheslav

Erikovich

Shkarpet

L
TD

“Arktos”

6

Predportoviyproezd
,

4
,

Saint
-
Petersburg
,

196240
,

Russia
.


Lyudmila

Yakovlevna

Balandina

LTD

“Arktos”

6

Predportoviyproezd
,

4
,

Saint
-
Petersburg
,

196240
,

Russia
.


Kristina

Vladimirovna

Kochariantc

LTD

“Arktos”

6

Predportoviyproezd
,

4
,

Saint
-
Petersb
urg
,

196240
,

Russia
.


Georgi

Vasilievich

Esaulov

Moscow

Architectural

Institute

(State

Academy)
,

11/4
-
1

building

4
,

Rozhdestvenka

street
,

Moscow
,

107031
,

Russia
.



Abstract

A

new

scheme

of

ventilation

system

with

local

recirculation

diffusers

(LRD)

was

propose
d
.

A

local

recirculation

diffuser

was

designed
.

Requirement

specifications

for

LRD

capacity

were

developed
.

Proposals

on

the

parameters of

LRD

were

developed
.

The

topic

of

improving

the

quality

of

internal

air

while

keeping

power

consumption

of

the

ventilat
ion

and

air

conditioning

systems

as

low

as

possible

has

been

getting

increased

attention

in

the

past

years
[7]
,

[5]
,

[4]
,

[3]
,

[6]
,

[2]
.

To

date
,

the

standard

heat

insulation

level

of

the

building

envel
ope

has

grown

significantly
[9]
.

At

the

same

time
,

signi
ficant

amounts

of

heat

are

generated

in

certain

types

of

public

buildings
,

such

as

office

premises
,

retail

buildings
,

sports
,

and

catering

facilities
,

in

course

of

their

operation
.

Us
ing

traditional

heating

and

ventilation

solutions

in

the

cold

and

transit
ion

seasons

results

in

overconsumption

of

energy

resources

because

the

outdoor

air

is

heated

in

the

input

unit

up

to

a

specified

temperature

(which

usually

equals

the

temperature

of

the

air

in

the

room)

while

the

air

conditioning

system

consumes

cold

to

as
similate

the

heat

generated

internally
.

The

aim

of

this

research

is

to

design

a

ventilation

system

with

local

recirculation

diffusers

that

is

capable

of

assimilating

excessive

internal

heat

by

underheating

the

intake

air
.

The

article

presents

the

ventilati
on

system

with

local

recirculation

diffusers

(“
LRD

)
,

the

LRD

design
,

requirements

to

LRD

capacity
,

and

proposal
s

on

the

sets

of

LRD

parameters
.


Keywords
:

Ventilation
,

recirculation
,

air

diffuser
,

energy

efficiency
,

energy

consumption

reduction
,

circuit
,

air

processing

capacity
,

parametric

series
,

LRD
.



Introduction

A

designer

of

an

internal

ventilation

system

has

to

solve

two

problems:

maintaining

a

high

quality

of

air

in

the

room
,

and

reducing

energy

consumption
[11]
,

[12]
.

In

view

of

this
,

more

and

more

attention

is

paid

to

research
es

into

existing

schemes

of

ventilation

systems

and

designing

new

ones

[7]
,

[5]
,

[
4
]
,

[
3
]
,

[
6
]
,

[
2
]
.

The

authors

have

developed

ventilation

system

with

local

recirculation

diffusers
.

The

technical

solutions

used

in

the

ventila
tion

system

under

review

and

its

special

featu
res

are

described

in

Article

[1]
.

The

proposed

system’s

main

functionality

is

assimilation

of

excessive

internal

heat

in

the

cold

and

transition

seasons

by

means

of

under heating

the

outdoor

air

in

the

input

sys
tem
.

Optimal

parameters

of

the

supply

air


flowing

into

the

work

area

of

the

room

are

attained

by

mixing

under

heated

intake

air

with

the

room

air

(recirculation

air)

in

the

local

recirculation

diffusers
.

The

area

of

application

of

the

proposed

ventilatio
n

systems

includes

public

buildings

with

s
ignificant

heat

emission

levels
,

which

are

observed

not

only

in

the

warm

period
,

but

also

in

the

transition

and

even

cold

periods
,

such

as

office

buildings
,

public

catering

facilities

(restaurants
,

cafes
,

canteens)
,

shopping

centres
,

and

sports

facilities
[
13
]
,

[14]
.

Ventilation

systems

with

local

recirculation

diffusers

have

the

following

advantages:

-


reduced

consumption

of

heat
ing

energy

used

to

heat

the

outdoor

air

(as

opposed

to

through
-
flow

ventilation

systems
);

-


reduced

consumption

of

electric

power

used

by

the

air

conditioning

system

to

assimilate

internal

heat

emissions;

-


reduced

consumption

of

electric

power

used

to

move

the

ventilation

air

(as

opposed

to

central

recirculation

ventilation

systems);

-


p
revention

of

contaminant

spreading

from

one

room

to

other

rooms

serviced

by

one

ventilation

system

(as

opposed

to

central

recirculation

systems)
.


This

article

presents

the

results

of

further

research

into

ventilation

systems

with

local

recirculation

diffu
sers
.

International Journal of Applied Engineering Research ISSN 0973
-
4562 Volume 11, Number

3
(2016) pp

2030
-
2035

Research India Publications. http://www.ripublication.com

2031

Main

Text

At

first
,

two

versions

of

a

local

recirculation

diffuser

were

considered
.

-


A

v
entilation

circuit

mixing

outdoor

air

(in

this

article
,

the

outdoor

air

is

the

air

supplied

from

outdoors
,

cleaned

and

heated

to

a

subambient

temperature

(≥6°С)

in

the

central

air

conditioning

unit)

with

the

recirculation

air

directly

in

the

local

recirculation

diffuser

(
Figure

1)
-
Diagram

#

1;

-


A

ventilation

circuit

mixing

outdoor

and

recirculation

air

in

the

room

(
Figure

2)
-
Diagram

#
2


Since

consumption

of

outdoor

air

must

remain

stable

throughout

the

ventilation

system

operation
,
the

main

parameter

required

from

a

local

recirculation

diffuser

in

our

research

was

stability

of

the

air

pressure

fall

in

the

outdoor

air

circuit

in

case

of

changes

in

recircula
tion

air

use
.
This

is

why

the

authors

chose

Diagram
#
2
,
and

local

recirculation

diffusers

were

designed

for

the

mixing

system

where

input

air

is

supplied

from

above

in

streams

spreading

parallel

to

the

ceiling
,
and

the

outdoor

air

is

mixed

in

the

room

with

the

recirculation

air

(Figure

3)
.

The

local

recirculation

diffuser

works

as

follows
.
The

outdoor

air

is

supplied

at

a

subambient

temperature

(≥6°С)

from

the

input

system

in

Pipe

4;

Diffuser

5

generates

a

fan
-
shaped

stream

flowing

under

the

ceiling;

outdoor

air

consumption

stays

stable

throughout

the

system’s

operation
.
Fan

7

feeds

recirculation

air

(the

air

from

the

serviced

room)

through

Pipe

6

into

Static

Pressure

Chamber

1;

the

air

is

cleaned

as

it

passes

through

Filter

8
.
Eddying

Cells

3

on

Surface

2

ge
nerate

a

fan
-
shaped

stream

of

recirculation

air

that

spreads

parallel

to

the

ceiling
.
This

process

ensures

sufficient

mixing

of

the

outdoor

air

with

the

recirculation

air

(which

was

confirmed

by

computer

modelling;

its

results

will

be

published

in

our

next

article)
.




Fig
ure

1
:

Diagram

#
1
.

Ventilation

system

mixing

recirculation

air

with

outdoor

air

in

the

local

recirculation

diffuser

1
-
intake

of

outdoor

air;

2
-
fan

of

local

recirculation

diffuser;

3
-
filter;

4
-
intake

of

recirculation

air
,

SAU



supply

air

uni
t



Fig
ure

2
:

Diagram

#
2
.

Ventilation

system

mixing

recirculation

air

with

outdoor

air

in

the

room

1
-
intake

of

outdoor

air;

2
-
fan

of

local

recirculation

diffuser
,

3
-
filter;

4
-
intake

of

recirculation

air
,

SAU



supply

air

unit




Fig
ure

3
:

Local

r
ecirculation

diffuser

design


At

the

next

stage

of

their

work
,

the

authors

determined

the

requirements

to

the

air

processing

capacity

of

the

local

International Journal of Applied Engineering Research ISSN 0973
-
4562 Volume 11, Number

3
(2016) pp

2030
-
2035

Research India Publications. http://www.ripublication.com

2032

recirculation

diffuser

and

to

the

way

the

outdoor

air
-
recirculation

air

ratio

is

controlled
.

The

capacity

of

local

recirc
ulation

diffusers

depends

on:

-


The

purpose

of

the

room
,

which

determines

the

number

of

people

per

1

m
2

of

the

room
,

target

amount

of

outdoor

air

supplied

per

1

person

in

the

room
,

heat

insulation

qualities

of

the

building

envelope
,

highest

internal

heat

generation

values
,

and

room

geometry
.

-


The

air

distribution

layout

in

the

room
,

which

determines

the

area

serviced

by

one

local

recirculation

diffuser

in

order

to

ensure

the

best

thermal

acceptability

parameters

in

the

work

area

of

the

room

in

question
.


Local

recirculation

diffusers

should

be

used

primarily

to

supply

outdoor

air;

the

air

amount

is

calculated

based

on

the

number

of

people

in

the

room

and

the

regulations

on

outdoor

air

consumption

per

one

person

in

the

given

room

type
.

Table

1

shows

outdoo
r

air

consumption

values

per

one

person

in

accordance

with

the

regulations

existing

in

the

Russian

Federation
[15]
.

Considering

that

one

person

can

occupy

the

whole

room

alone

only

in

an

office

building
,

the

minimum

outdoor

air

processing

capacity

of

the

re
circulation

air

diffuser

was

taken

as

40

m
3
/hr
.


Table

1
:
Outdoor

air

consumption

rates

per

one

person

in

the

room
,

,

m
3
/

hrperson


Purpose

of

the

room

,

m
3
/


hrperson

Restaurant

40

Cafe

30

Canteen

20

Office

premises

with

natu
ral

ventilation

40

Office

premises

without

natural

ventilation

60

Shopping

centre

20

Sports

hall

without

spectator

seating

80



For

ventilation

systems

with

recirculation

air

diffusers
,

consumption

rates

of

recirculation

air

,

m
3
/hr
,

added

to

outdoor

air

are

calculated

using

the

following

formula:




Where

,


is

the

use

m
3
/hr
,

and

the

temperature
,

°С
,

of

the

outdoor

air
.


is

the

intern
al

air

temperature

in

the

room
,

°С;


is

the

temperature

of

supply

air
,

°С
.


The

temperature

of

outdoor

air
,

,

°С
,

must

have

a

limit

in

order

to

prevent

water

vapour

condensation

o
n

the

air

duct

surface
.

Table

2

presents

the

ranges

of

air

temperature

and

relative

humidity

that

are

optimal

during

the

cold

season

in

the

rooms

featuring

significant

heat

emissions

according

to

Rulebook

of

the

Russian

Federation

GOST

30494
-
2011
[8]
.

Table

2
:
Optimal

room

air

temperature

and

relative

humidity

in

the

serviced

area

of

public

and

administrative

buildings

during

the

cold

season
.


Room

description

Air


temperature
,


°С
.

Relative


humidity
,


%

Classrooms

and

premises

for

intellectual

labour

19



21

45



30

High

occupancy

premises

where

people

mostly

sit

without

outerwear

20



21

45



30

High

occupancy

premises

where

people

mostly

sit

with

outerwear

on
.

14



16

45



30

High

occupancy

premises

where

people

mostly

stand

without

outerwear

18



20

45



30

Rooms

for

active

sports

17



19

45



30


Upon

analysing

the

standard

parameters

of

internal

air

in

the

rooms

under

review

with

an

i
-
d

diagram
,

the

authors

found

that

condensate

will

form

on

the

air

duct

surface

at

the

following

temperatures:

+8
.

6°С

for

classrooms

and

premises

for

intellectual

labour
,

high

occupancy

premises

where

people

mostly

sit

without

outerwear;

+7
.

5°С

for

high

occupancy

premises

where

people

mostly

stand

without

outerwear;

+6
.

8°С

for

rooms

for

active

sports;

+4
.

3°С

for

hi
gh

occupancy

premises

where

people

mostly

sit

with

outerwear

on
.


The

following

formula

is

used

to

establish

the

temperature

on

the

air

duct

surface

,

°С
,

(
Figure

4)
.




Where


is

the

room

air

temperature
,

°С;


is

th
e

temperature

of

air

inside

the

air

duct
,

°С;


the

heat

transfer

resistance

of

the

air

layer

around

the

air

duct

on

the

room

side
,

m
2

C/W
,

is

established

according

to

formula




Where


is

the

heat

los
s

ratio

of

the

air

duct’sout
e
surface
,

W/(m
2

C);

is

the

overall

heat

transfer

resistance

of

the

air

duct
,

m
2

C/W
,

is

established

using

the

following

formula:




Where


is

the

heat

loss

ratio

of

the

air

duct’s

internal

surface
,

W/(m
2

C);


is

t
he

air

duct

wall

thickness
,

mm;


is

the

air

duct

wall

heat

transfer

ratio
,

W/(m

C)
.

International Journal of Applied Engineering Research ISSN 0973
-
4562 Volume 11, Number

3
(2016) pp

2030
-
2035

Research India Publications. http://www.ripublication.com

2033



Fig
ure

4
:

Design

circui
t

of

the

air

duct

heat

transfer

1
-
air

duct

with

the


thick

wall

that

has

the

heat

transfer

ratio

-
intake

ai
r

temperature;

-
room

air

temperature;

-
temperature

on

air

duct

surface



Using

formula

(2)
,

we

express

the

air

temperature

inside

the

air

duct
,

,

C:




Using

formula

(5)
,

we

calculate

the

values

of

air

temperature

i
n

the

duct

that

will

lead

to

condensation

of

water

vapours

on

the

duct

surface

for

various

room

groups;

the

resulting

values

are

shown

in

Table

3
.


Table

3
:
Values

of

air

temperature

inside

the

duct
,

at

which

water

vapours

start

condensing

on

the

duct

surf
ace

in

various

room

types

in

public

and

administrative

buildings


Room

description

Water

vapour

condensation

temperature
,

C

Temperature

of

air

inside

the

air

duct
,

°С

Classrooms

and

premises

for

intellectual

labour

8
.

6

4
.

66

High

occupancy

premises

whe
re

people

mostly

sit

without

outerwear

8
.

6

4
.

29

High

occupancy

premises

where

people

mostly

sit

with

outerwear

on
.

4
.

3

0
.

63

High

occupancy

premises

where

people

mostly

stand

without

outerwear

7
.

5

3
.

52

Rooms

for

active

sports

6
.

8

2
.

94


Using

th
e

values

shown

in

Table

3

we

can

infer

that

water

vapour

condensation

on

the

air

duct

surface

can

occur

at

the

outdoor

temperature

around

+5C
.

In

view

of

this
,

in

course

of

subsequent

design

of

ventilation

systems

with

local

recirculation

diffusers
,

the

l
owest

temperature

of

air

supplied

from

the

input

system

to

the

LRD

is

assumed

to

be

+6C
.

Thus
,




Using

equation

1
,

we

can

express

the

value

,

C:




If

we

do

equations

6

and

7

together
,

we

arrive

at

the

following

result
:




Thus
,

the

high
est

ratio

of

the

recirculation

air

to

the

outdoor

air

is

described

by

the

following

expression:





Table

4

shows

the

values

of

the

highest

relation

between

the

recirculation

air

and

outdoor

air

calculated

using

Formula

9

for

various

room

air

temperatures
,

,

C
,

and

the

difference

between

the

room

air

temperature

and

the

intake

air

temperature

at

the

supply

air

opening
,

,

C
.


Table

4
:
The

required

highest

ratio

of

recirculation

airto

outdoor

air

a
t

various

room

air

temperatures

an
d

the

difference

between

the

room

air

temperature

and

the

intake

air

temperature
at

the

supply

air

opening




Table

5

shows

permissible

temperature

deviations

in

the

intake

air

flows

from

the

standard

air

temperature

in

the

work

area

for

the

case

where

ex
cessive

heat

in

the

public

building

is

assimilated

according

to

Construction

Regulation

SP

60
.

13330
.

2012

[10]
.


Table

5
:
Permissible

temperature

deviations

in

the

intake

air

flow

from

the

standard

air

temperature

in

the

work

area

for

the

case

where

exces
sive

heat

in

the

public

buildings

is

assimilated
.


How

people

are

placed

in

the

room

Permissible

deviations

in

the

air

temperature
,

°С

In

the

area

directly

reached

by

the

supply

air


1
.

5

Outside

the

area

directly

reached

by

the

supply

air

.

2
.

0



International Journal of Applied Engineering Research ISSN 0973
-
4562 Volume 11, Number

3
(2016) pp

2030
-
2035

Research India Publications. http://www.ripublication.com

2034

If

we

compare

Tables

4

and

5
,

we

can

conclude

that

a

local

recirculation

diffuser

can

be

used

in

all

of

the

rooms

in

question

in

m
ixing

ventilation

systems

supplying

air

streams

from

above

that

spread

parallel

to

the

ceiling
,

subject

to

the

following

recirculation

air
-
outdoor

air

ratio:




After

this
,

the

authors

analysed

the

following

parameters

of

the

rooms

that

affected

air

distr
ibution

and

the

resulting

microclimate:

-


r
oom

area

per

one

person

,

m
2
/

person;

-


standard

outdoor

air

consumption

rates

per

one

person

in

the

room
,

,

m
3
/(hr

person);

-


r
oom

height
,

,

m;

-


work

area

height

in

the

room
,

,

m;

-


air

distribution

in

the

room
.


Proposals

on

a

set

of

paramet
e
r
s

of

local

recirculation

diffusers

were

developed

based

on

the

analysis

results

(Table

6)
.


Table

6
:

Set

of

parameters

of

local

recirculation

diffusers




The

set

i
ncludes

three

LRD

sizes

with

the

following

parameters:

-


Outdoor

air

supply:

40120

m
3
/hr

for

standard

size

1
,

100180

m
3
/hr

for

standard

size

2
,

170250

m
3
/hr

for

standard

size

3;

-

recirculation

air

supply

within

the

following

range

of

values:

0440

m
3
/
hr

for

standard

size

1
,

0720

m
3
/hr

for

standard

size

2
,

01000

m
3
/hr

for

standard

size

3;

-

dimensions

of

the

local

recirculation

diffuser

pane:

450х450

mm

for

standard

size

1
,

600х600

mm

for

standard

size

2
,

750х750

mm

for

standard

size

3
.



Conclusion

Ven
tilation

systems

with

local

recirculation

diffusers

have

good

outlooks

because

their

use

in

rooms

with

significant

heat

emissions

ensures

reductions

both

in

heating

and

electric

power

consumption

[7]
.

The

authors

have

designed

a

system

of

local

recirculati
on

diffusers
,

developed

air

processing

capacity

technical

requirements
,

and

proposed

parameter

sets
.

Local

recirculation

diffusers

require

further

research

and
,

in

particular
,

experimental

measurements

of

thermal

acceptability

in

the

rooms

where

they

are

u
sed
.



Acknowledgements

This

research

was

supported

by

the

Ministry

of

Education

and

Science

of

the

Russian

Federation

under

the

federal

target

program

“Research

and

Development

on

Priority

Directions

of

the

Research

and

Technological

Complex

of

Russia

in

the

Years

2014
-
2020”

(Grant

Agreement

#

14
.

576
.

21
.

0037

dated

27

June

2014
,

Unique

Identifier

RFMEFI57614X0037)
.



References


[1]

Naumov
,

A
.

L
.

,

Kapko
,

D
.

V
.

(2013)
.

Results

of

experimental

studies

of

a

local

air

conditioning

system

in

administration

build
ings
.

Industrial

and

Civil

Engineering
,

4
,

17
-
19
.

http://www
.

pgs1923
.

ru/russian/rindex
.

htm
.

[2]

Dutton
,

S
.

M
.

,

Fisk
,

W
.

J
.

(2014)
.

Energy

and

indoor

air

quality

implications

of

alternative

minimum

ventilation

rates

in

California

offices
.

Building

and

Environment
,

82
,

121
-
127
.

http://www
.

science

direct
.

com/
science/article/pii/S03601
32314
0

0
2
6
13
.

[3]

Han
,

Kw
.

,

Zhang
,

J
.

S
.

,

Guo
,

B
.

(2014)
.

A

novel

approach

of

integrating

ventilatio
n

and

air

cleaning

for

sustainable

and

healthy

office

environments
.

Energy

and

Buildings
,

76
,

32
-
42
.

http://www
.

sciencedirect
.

com/science/article/pii/
S0378778
8140

01698
.

[4]

Naum
ov

A
.

L
.

,

Kapko
,

D
.

V
.

,

Brodach
,

M
.

M
.

(2014)
.

Ventilation

systems

with

local

recirculation

diffusers
.

Energy

and

Buildings
,

85
,

560
-
563
.

http://www
.

sciencedirect
.

com/science/article/pii/S0378778814007889
.

[5]

Rackes
,

A
.

,

Waring
,

M
.

S
.

(2014)
.

Using

multiobjective

optimizations

to

discover

dynamic

building

ventilation

strategies

that

can

improve

indoor

air

quality

and

reduce

energy

use
.

Energy

and

Buildings
,

75
,

272
-
280
.

http:
//www
.

sciencedirect
.

com/science/article/pii/S0378778814001364
.

[6]

Kim

M
.

J
.

,

Braatz
,

Richard

D
.

,

Kim

J
.

T
.

,

Yoo

Ch
.

K
.

.

(2015)
.

Indoor

air

quality

control

for

improving

passenger

health

in

subway

platforms

using

an

outdoor

air

quality

dependent

ventilation

system
.

Building

and

Environment
,

92
,

407
-
417
.

http://www
.

sciencedirect
.

com/science/article/pii/S0360
13231500222X
.

[7]

Persily
,

A
.

K
.

,

Ng
,

L
.

C
.

,

Emmerich
,

S
.

J
.

(2015)
.

IAQ

and

energy

impacts

of

v
entilation

strategies

and

building

envelope

air

tightness

in

a

big

box

retail

building
.

Building

and

Environment
,

92
,

627

634
.

http://www
.

sciencedirect
.

com/science/article/pii/

S036
0132315300093
.

[8]

Rulebook

of

the

Russian

Federation

GOST

30494
-
2011

Residential

an
d

public

buildings
.

Microclimate

parameters

for

indoor

enclosures
.

[9]

Rulebook

of

the

Russian

Federation

SP

50
.

13330
.

2012

Thermal

protection

of

buildings
.

[10]

Rulebook

of

the

Russian

Federation

SP

60
.

13330
.

2012

Heating
,

ventilation

and

conditioning
.

[11]

Joo
,

J
.

,

Zheng
,

Q
.

,

Lee
,

G
.

,

Tai

Kim

J
.

,

Kim

S
.

(2012)
.

Optimum

energy

use

to

satisfy

indoor

air

International Journal of Applied Engineering Research ISSN 0973
-
4562 Volume 11, Number

3
(2016) pp

2030
-
2035

Research India Publications. http://www.ripublication.com

2035

quality

needs
.

Energy

and

Buildings
,

46
,

62
-
67
.

http://www
.

sciencedirect
.

com/science/article/pii

/S03
78778811005081
.

[12]

Van

den

Bulck

N
.

,

Coomans
,

M
.

,

Wittemans
,

L
.

,

Hanssens
,

J
.

,

Steppe
,

K
.

(2013)
.

Monitoring

and

energetic

performance

analysis

of

an

innovative

ventilation

concept

in

a

Belgian

greenhouse
.

Energy

and

Buildings
,

57
,

51
-
5
7
.

http://www
.

sciencedirect
.

com/science/article/pii/S037877881200624X
.

[13]

Tarabanov

M
.

G
.

(2008)
.

Design

features

of

high
-
rise

buildings

air

conditioning

systems

//

ABOK
,

7
,

56
-
60
.

http://www
.

abok
.

ru/for_spec/articles
.

php?

nid=4121

[14]

Kokorin

O
.

Ya
.

(2009)

Energy

efficient

air

conditioning

systems

of

high
-
rise

buildings

К

//

ABOK
,

1
,

19
-
23
.

http://www
.

abok
.

ru/for_spec/

articles
.

php?nid=4214

[15]

Rulebook

of

the

Russian

Federation

SP

118
.

13330
.

2012

Public

buildings

and

works
.


10


[6]
Spencer M. Dutton, William J. Fisk
.
Energy

and indoor air quality implications of alternative
minimum

ventilation

rates in California offices
.
Bui
lding and Environment,

Volume 82,

December
2014,

Pages 121
-
127

[7]
Alexander

L. Naumov, Dmitry

V. Kapko, Marianna M. Brodach. Ventilation systems with
local recirculation diffusers. Energy

and

Buildings

85 (2014) 560
-
563.

[8]
Государственный
с
тандарт Российской Федерации

ГОСТ

30494
-
2011
Здания жилые и
общественные. Параметры микроклимата в помещениях

[9]

Свод правил Российской Федерации

СП

60.13330.2012

Отопление, вентиляция и
кондиционирование воздуха

[10]
Свод правил Российской Федерации

СП

50.13330.2012
Тепловая

защита

зданий


9


Таблица
6


П
араметрическ
ий

ряд рециркуляционных воздухораспределителей

№№

Расход
наружного
воздуха,
,
м
3


Расход
рециркуляционного
воздуха,
, м
3


Суммарный расход
приточного
воздуха,
, м
3


Размеры панели
рециркуляционного
воздухораспределителя,
A x B, мм

1

40 ÷ 120

0 ÷ 440

40 ÷ 560

450 х 450

2

100 ÷ 180

0 ÷ 720

100 ÷ 900

600 х 600

3

170 ÷ 250

0 ÷ 1000

170 ÷ 1250

750 х 750

Параметрический ряд включает в себя три типоразмера рециркуляционных
воздухораспределителей со следующими характеристиками:

-

подача наружного воздуха в объеме: 40÷120 м
3
/ч для типоразмера 1,
100÷180 м
3
/ч для
типоразмера 2, 170÷250 м
3
/ч для типоразмера 3;

-

подача рециркуляционного воздуха в диапазоне: 0÷440 м
3
/ч для типоразмера 1, 0÷720 м
3

для типоразмера 2, 0÷1000 м
3
/ч для типоразмера 3;

-

размер панели рециркуляционного воздухораспределите
ля: 450х450 мм для типоразмера
1, 600х600 мм для типоразмера 2, 750х750 мм для типоразмера 3.


3
.
Выводы

Системы вентиляции с рециркуляционными воздухораспределителями являются
перспективными поскольку обеспечивают снижение потребления как тепловой, так и
электрической энергии при их применении в помещениях со значительными тепловыделениями.

Разработана конструкция рециркуляционных воздухораспредел
и
т
е
лей, требования по
воздухопроизводительности и предложения по параметрическому ряду.

Разработка
рециркуляционных воздухораспределителей требует дальнейшего изучения и, в
особенности, проведения экспериментальных измерений теплового комфорта в помещении при их
применении.


Благодарности

Исследования выполнены при финансовой поддержке

Министерств
а

образования

и науки

Российской Федерации

в рамках федеральной

целевой программы

«Исследования и разработки

по
приоритетным направлениям развития

научно
-
исследовательского

комплекса

и техническим

России в

годы

2014
-
2020
»
(Соглашение о предоставлении
субсидии №

14.576.21.0037

от 27 июня

2014 года,

уникальный идентификатор

RFMEFI57614X0037
).


Список

литературы

[1]

Lisa C. Ng
,

Andrew K. Persily
,

Steven J. Emmerich
. IAQ and energy impacts of ventilation
strategies and buil
ding envelope airtightness in a big box retail building.
Building and Environment
,

Volume 92
, October 2015, Pages 627

634

[2]
Rackes

A.
, Waring

M.S.
Using multiobjective optimizatio
ns to discover dynamic
building

ventilation

strategies that can improve indoor air quality and reduce

energy

use
.
Energy

and

Building
s
,

Volume

75,

June

2014,

Pages

272
-
280

[3]

Наумов А. Л., Капко Д. В. Результаты экспериментальных исследований системы
локального кондиционирования воздуха в административных зданиях. Промышленное

и

гражданское

строительство
, 2013, #4,
Стр
. 17
-
19

[4]
Han

Kw.
, Zhang

J.S.
, Guo

B. A novel approach of integrating ventilation and air cleaning for
sustainable and healthy office
environments.
Energy

and Buildings,

Volume 7
6
,

June 2014,

Pages
32
-
42

[5]
MinJeong Kim
,

Richar
d D. Braatz
,

Jeong Tai Kim
,

ChangKyoo Yoo
.
Indoor air quality control
for improving passenger health in subway platforms using an outdoor air quality dependent

ventilation

system
.
Building and Environment,

Volume 92,

Oct
ober 2015,

Pages 407
-
417

8


Таблица
4



Значения необходимого максимального соотношения рециркуляционного

и наружного воздуха п
ри различных значениях температуры воздуха в помещении

и разницы между температурой воздуха в помещении и температурой приточного воздуха

на выходе из приточного отверстия

Температура
воздуха в
помещении,
,
°С

Разницы между температурой воздуха в поме
щении и температурой
приточного воздуха,
, °С

1

2

3

4

5

6

7

8

14

7.00

3.00

1.67

1.00

0.60

0.33

0.14

0.00

15

8.00

3.50

2.00

1.25

0.80

0.50

0.29

0.13

16

9.00

4.00

2.3
0

1.50

1.00

0.67

0.43

0.25

17

10.00

4.50

2.70

1.75

1.20

0.83

0.57

0.38

18

11.00

5.00

3.00

2.00

1.40

2.00

0.71

0.50

19

12.00

5.50

3.30

2.25

1.60

1.17

0.86

0.63

20

13.00

6.00

3.70

2.50

1.80

1.33

1.00

0.75

21

14.00

6
.50

4.00

2.75

2.00

1.50

1.14

0.88


В таблице
5

приведены допустимые отклонения температуры воздуха в струе приточного
воздуха от нормируемой температуры воздуха в рабочей зоне при ассимиляции избытков теплоты
в помещении общественных зданий согласно
СП 60.13330
.2012

[
9
].


Таблица
5



Допустимые отклонения температуры воздуха в струе приточного воздуха от
нормируемой температуры воздуха в рабочей зоне при ассимиляции избытков теплоты в
помещении общественных зданий

Размещение людей в помещении

Допустимые отклонения температура воздух
а, °С

В зоне прямого

воздействия приточной струи

1.5

Вне зоны прямого

воздействия приточной струи

2.0


Сопоставляя таблицы
4

и
5

можно сделать вывод, что рециркуляционный
воздухораспределитель можно применять во всех
рассматриваемых
помещениях

в систе
ме
перемешивающей вентиляции с подачей воздуха сверху вниз настилающимися на потолок
струями
при следующем соотношении расхода рециркуляционного возд
уха к расходу наружного
воздуха
:


После этого авторами статьи были проанализированы следующие

факторы

рассматриваемых помещений
, влияющие на
воздухораспределение и формируемый микроклимат
:

-

площадь помещения, приходящаяся на одного человека,
, м
2
/чел;

-

нормируемый расход подаваемого наружного воздуха на 1 человека в помещении,
,
м
3
/
(
ч

чел
)
;

-

высота помещения,
, м;

-

высота рабочей зоны в помещении,
, м;

-

схема воздухорас
пределения в помещении.

На основе проведенного анализа были разработаны
предложения по параметрическому
ряду

рециркуляционных воздухораспределителей

(таблица 6
).





7


Из формулы (2) выразим значение температуры воздуха внутри воздуховода,
, °С
:


Используя
формулу (5), получим значения температуры воздуха в воздуховоде, при
которых произойдет конденсация водяных паров на

поверхности

воздуховод
о
в

для различных
групп помещений; полученные значения приведены в таблице 3.


Таблица
3



З
начения температуры
воздуха

внутри воздуховода, при которой будет происходить
конденсация водяных паров на поверхности воздуховода для различных групп помещений
общественных и административных зданий


Характеристика помещений

Температура
конденсации
водяных паров
,
°С

Температ
ура
воздуха внутри
воздуховода
,
°С

Помещения, в которых люди заняты умственным трудом,
учебой

8.6

4.66

Помещения с массовым пребыванием людей, в которых люди
находятся преимущественно в положении сидя без уличной
одежды

8.6

4.29

Помещения с массовым
пребыванием людей, в которых люди
находятся преимущественно в положении сидя в уличной
одежде

4.3

0.63

Помещения с массовым пребыванием людей, в которых люди
находятся преимущественно в положении стоя без уличной
одежды

7.5

3.52

Помещения для занятий
подвижными видами спорта

6.8

2.94


Из полученных значений, приведенных в таблице 3, можно сделать вывод, что конденсация
водяных паров на поверхности воздуховодов возможна при температуре приточного воздуха
около +5°С. В связи с этим при дальнейшей
разработке систем вентиляции с рециркуляционными
воздухораспределителями минимальная температура, которая подается от приточной установки к
РВР, принята равной +6°С.

Таким образом,


Используя ура
внение
1, можно выразить значение
, °С:


Решая совместно уравнения
6

и
7
, получим:


Таким образом, максимальное соотношение рециркуляционного и наружного воздуха
характеризуется выражением:


В таблице
4

представлены значения необходимого максимального соотношения
рециркуляционного и наружного воздуха, вычисленного по формуле
9
, при различных значениях
температуры воздуха

в помещении,
, °С, и разницы между температурой воздуха в помещении и
температурой приточного воздуха
на

выходе из приточного отверстия,
, °С.



6


После анализа нормируемых параметров внутреннего воздуха в рассматриваемых
помещениях с помощью
i
-
d

диаграммы было определено
, что

выпадение конденсата будет
происходить при температуре на поверхности воздуховода:

+8.6°С


для помещений, в которых люди заняты умственным трудом, учебой, и
п
омещени
й

с массовым пребыванием людей, в которых люди находятся преимущественно в
положении сидя

без уличной одежды;


+7.5°С


для помещений с массовым пребыванием людей, в которых люди находятся
преимущественно в положении стоя без уличной одежды;

+6.8°С


для помещений для занятий подвижными видами спорта;

+4.3°С


для помещений с массовым пребыван
ием людей, в которых люди находятся
преимущественно в положении сидя в уличной одежде.

Температура на поверхности воздуховода,
, °С,

(рисунок 4) определяется по формуле:



Где



температура воздуха в помещении, °С;




температура воздуха внутри воздуховода, °С;




сопротивление теплопередаче воздушного слоя у воздуховода со стороны помещения,
м
2

°
С/Вт, определяется по формуле:


Где



коэффициент теплоотдачи
внешней
поверхности воздуховода, Вт/(

м
2

°С);




общее сопротивление теплопередаче воздуховода
, м
2

°С/Вт, определяется по формуле:


Где



коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности воздуховода, Вт/(

м
2

°С);




толщина стенки воздуховода, м;




коэффициент теплопроводности стенки воздуховода, Вт/(м

°С).


Рисунок 4


Расчетная схема теплопередачи воздуховода

1


воздуховод, стенка которого толщиной

с коэффициентом теплопроводности





температура приточного воздуха,



температур
а воздуха в помещении,



температура на поверхности воздуховода



5


таблице 1 приведены
р
асходы наружного воздуха на одного человека
, регламентируемые
нормативами Российской Федерации
.

Поскольку

нахождение одного человека в
рассматриваемых
помещени
ях

возможно только
в офисах
,

минимальная

воздухопроизводительность рециркуляционного воздухораспределителя
по наружному воздуху
была принята

равной 40 м
3
/ч.


Таблица 1


Нормируемый расход наружного во
здуха на 1 человека в помещении,


, м
3

·
чел

Назначение помещения


, м
3

·
чел

Ресторан

40

Кафе

30

Столовая

20

Офис с естественным проветриванием

40

Офис без естественного проветривания

60

Торговый центр

20

Спортивный зал без зрительских
мест

80


При применении систем вентиляции и кондиционирования воздуха с рециркуляционными
воздухораспределителями необходимый расход рециркуляционного воздуха,
, м
3
/ч,
подмешиваемого к наружному, определяется по формуле:


Где
,



расход, м
3
/ч, и температура, °С,

наружного воздуха;




температура внутреннего воздуха в помещении, °С;




температура приточного воздуха, °С.

При этом температура наружного воздуха,
, °С, ограничена из условия предотвращения
выпадения конденсата на поверхности воздуховодов. В таблице 2 для холодного периода года
представлены диапазоны оптимальных значений температуры воздуха и относительной
влажности
в помещениях согласно ГОСТ
30494
-
2011

[
8
],

которые характеризуются значительными
тепловыделениями.


Таблица 2


Оптимальные значения температуры воздуха и относительной влажности в
обслуживаемой зоне общественных и административных зданий для хол
одного периода года

Характеристика помещений

Температура
воздуха, °С

Относительная
влажность, %

Помещения, в которых люди заняты умственным трудом,
учебой

19 ÷ 21

45 ÷ 30

Помещения с массовым пребыванием людей, в которых люди
находятся преимущественно в
положении сидя без уличной
одежды

20 ÷ 21

45 ÷ 30

Помещения с массовым пребыванием людей, в которых люди
находятся преимущественно в положении сидя в уличной
одежде

14 ÷ 16

45 ÷ 30

Помещения с массовым пребыванием людей, в которых люди
находятся преимуще
ственно в положении стоя без уличной
одежды

18 ÷ 20

45 ÷ 30

Помещения для занятий подвижными видами спорта

17 ÷ 19

45 ÷ 30


4



Рисунок
3



Конструкция рециркуляционного воздухораспределителя


На следующем этапе работы были сформулированы требования к
воздухопроизводительности рециркуляционного воздухораспределителя и к регулированию
соотношения расходов наружного и
рециркуляционного воздуха.

Воздухопроизводительность рециркуляционных воздухораспределителей зависит:

-

от назначения помещения, которое определяет расчетное количество людей на 1 м
2

помещения, расчетное количество подаваемого наружного воздуха на 1 челове
ка в помещении,
теплозащитные характеристики ограждающих конструкций, максимальные внутренние удельные
теплопоступления, геометрические характеристики помещения;

-

от схемы воздухораспределения в помещении, которая определяет площадь,
обслуживаемую од
н
им

р
ециркуляционны
м

воздухораспределител
ем для обеспечения
оптимальных параметров теплового комфорта в рабочей зоне помещения
.

Через рециркуляционные воздухораспределители, в первую очередь, должен подаваться
наружный воздух, количество которого определяется и
сходя из количества людей в помещении и
нормируемого расхода наружного воздуха на одного человека для данного типа помещений. В
3



Рисунок
2



Схема №2.
Схема системы переме
шивающей
вентил
я
ции

со смешением
рециркуляционного и наружного воздуха в помещении

1


забор наружного воздуха, 2


вентилятор рециркуляционного воздухораспределителя,

3


фильтр, 4
-

забор рециркуляционного воздуха

Поскольку расход наружного воздуха долж
ен быть постоянен в течение эксплуатации
системы вентиляции, главным требованием к конструкции рециркуляционного
воздухораспределителя являлось постоянство перепада давления в контуре наружного воздуха при
изменении расхода рециркуляционного воздуха. Поэто
му а
вторами

статьи
было отдано
предпочтение
схеме

№2
,

и

была разработана конструкция рециркуляционных
воздухораспределителей для перемешивающей системы вентиляции с подачей приточного
воздуха сверху вниз настилающимися на потолок струями

со смешением наружного и
рециркуляционного воздуха в помещении
(рисунок
3
).

Принцип действия рециркуляционного воздухораспределителя следующий. Наружный
воздух с пониженной температурой (

6°С) от приточной установки подается в патрубок 4,
диффузор 5 форми
рует
веерную
настилающуюся на потолок струю, расход наружного воздуха
постоянен в течение эксплуатации системы. С помощью вентилятора 7 через патрубок
6

в камеру
статического давления 1 подается рециркуляционный воздух (воздух из
обслуживаемого

помещения),

который, проходя через фильтр 8, очищается. Турбулизирующие ячейки 3 на лицевой
панели 2 формируют настилающуюся на потолок
веерную
струю рециркуляционного воздуха.
Таким образом, обеспечивается достаточное смешение наружного и рециркуляционного воздуха.


2


тепловыделениями, характерными не только в теплый, но и переходный и даже холодный
период
ы

года; к таким помещениям относятся
, например
:

офисные, помещения общественного
питания (рестораны, кафе, столовые), торговые, спортивные. К преимуществам систем вентиляции
с рециркуляционными воздухораспределителями следует отнести:

-

снижение расхода т
епловой энергии на нагрев наружного воздуха (по сравнению с
прямоточными системами вентиляции);

-

снижение расхода электрической энергии, потребляемой системой кондиционирования
воздуха для ассимиляции внутренних тепловыделений;

-

снижение расхода
электрической энергии на перемещение вентиляционного воздуха (по
сравнению с системами вентиляции с центральной рециркуляцией);

-

исключение распространения загрязняющих веществ из одного помещения в другие,
обслуживаемые одной вентиляционной установкой (п
о сравнению с системами вентиляц
ии с
центральной рециркуляцией).

В настоящей статье
представлены результаты дальнейшего изучения систем вентиляции с
рециркуляционными воздухораспределителями.


2.
Основная часть

На первых этапах работы рассматривались два
варианта конструкции рециркуляционного
воздуха:

-

со смешением наружного

(
здесь и далее под наружным воздухом понимается забираемый
с улицы воздух, очищенный и нагретый до

пониженной температуры (≥6°С)

в центральном
кондиционере
)

и рециркуляционного возду
ха непосредственно в рециркуляционном
воздухораспределителе (рисунок 1)



схема №1
;

-

со смешением наружного и рециркуляционного воздуха в помещении (рисунок 2)



схема
№2
.


Рисунок
1



Схема №1.
Схема системы перемешивающей
вентиляции
со смешением
рециркуляционного и наружного воздуха в рециркуляционном воздухораспределителе

1


забор наружного воздуха, 2


вентилятор рециркуляционного воздухораспределителя, 3


фильтр, 4
-

забор рециркуляционного воздуха

1


Исследование оптимизации к
онструкци
и

рециркуляционных воздухораспределителей

для

энергоэффективных

систем вентиляции


В. Э. Шкарпет, Ю. А. Табунщиков, М. М. Брадач, Д. В. Капко, К. В. Кочарянц

а

ООО

«
Арктос
»,
Санкт
-
Петербург
,
Россия

b

Московский
Архитектурный Институт (Государственная Академия), Москва, Россия

c

ООО «НПО ТЕРМЭК», Москва, Россия


Выполненные работы

Разработана
новая система вентиляции с рециркуляционными воздухораспределителями
(РВР)

Разработана конструкция РВР

Разработаны
технические требования по воздухопроизводительности РВР

Разработаны предложения по параметрическому ряду РВР


Аннотация

Вопросу повышения качества внутреннего воздуха при минимальном энергопотреблении
систем вентиляции и кондиционирования воздуха уделяется

все больше внимания [1
-
6
].


В настоящее время нормативный уровень теплозащиты наружных ограждений значительно вырос
[
10
]. При этом
некоторые категории помещений общественных

здани
й (такие как, офисные,
торговые, спортивные, помещения общественного питания
)

характеризуются значительными
тепловыделениями в период эксплуатации. При использовании традиционных решений по
отоплению и вентиляции в холодный и переходный периоды года возникает перерасход
энергетических ресурсов: наружный воздух нагревается в калори
фере приточной установки до
заданной температуры (обычно равной поддерживаемой в помещении температуре воздуха), в то
же время потребляется холод системой кондиционирования воздуха для ассимиляции внутренних
тепловыделений.
Авторами статьи была разработана

схема системы вентиляции с
рециркуляционными воздухораспределителями. Позволяющая ассимилировать внутренние
теплоизбытки за счет недогрева приточного воздуха. В статье представлена схема системы
вентиляции с рециркуляционными воздухораспределителями (РВР)
, разработанная конструкция
РВР, требования к воздухопроизводительности РВР, а также предложения по параметрическому
ряду РВР.


Ключевые слова

В
ентиляци
я
, рециркуляция, воздухораспределител
ь
, энергетическая эффективность,
снижение энергопотребления, конс
трукция, воздухопроизводительность, параметрический ряд


1.
Введение

Поддержание

высокого

качества

воздуха

в

помещении

и

снижение

энергопотребления

здания



две

задачи
,
которые

стоят

перед

проектировщиками

при

выборе

схемы

вентиляции

в

помещении
.
В связи с этим все больше внимания уделяется исследованию существующих и
разработке новых систем вентиляции
[
1
-
6
]
.

Авторами статьи была разработана схема вентиляции с
локальными рециркуляционными воздухораспределителями
(
ventilation

system

with

local

recirculation

diffusers
)
.

С
хемные решения

разработанной схемы вентиляции

и
еѐ
особенности
представлены в статье
[7]
. Главной функцией предложенной схемы вентиляции является
ассимиляция внутренних теплоизбытков в холодный и переходный периоды года за счет
н
едогрева наружного воздуха в при
точной вентиляционной установке. При этом

поддержание
оптимальных параметров приточной струи в рабочей зоне помещения осуществляется с помощью
смешивания недогретого наружного воздуха с воздухом помещения (рециркуляционным
в
оздухом) с помощью рециркуляционных воздухораспределителей. Областью применения
разработанной схемы вентиляции являются помещения

общественных зданий

со значительными

Приложенные файлы

  • pdf 7029318
    Размер файла: 1 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий