Автор: Іващенко Г.О.
Ця стаття опублікована в друкованій та електронній версії міжнародного журналу "Наука та освіта сьогодні" №7 (42) 2019 р. видавництва "Проблеми науки", пройшла позитивний експертний висновок та має відповідний сертифікат про публікацію
Дорогі друзі, давайте розберемося в цій статті, чому сучасні методи проектування кліматичних систем диктують нові підходи до створення кліматичних технологій на основі обов'язкового трьох мірного комп'ютерного CFD моделювання проектованого мікроклімату приміщень з достовірним прогнозуванням температурно-вологісних, швидкісних, газових та повітряних потоків, параметрів та ряду інших параметрів, що дають повну картину повітророзподілу вже на початковому етапі проектування? Чому, досі, багато проектно-архітектурних компаній та інститутів ігнорують даний процес достовірного комп'ютерного прогнозування, хоча, наприклад, стандарти та ГОСТи [1], що регламентують порядок визначення та інтерпретації параметрів комфортності при CFD моделюванні, набули чинності та діють вже більше десяти років? У чому переваги математичного тривимірного прогнозування та аналізу мікроклімату на початковому етапі проектування? І що взагалі таке CFD моделювання HVAC, чи можливо без нього обійтися, адже раніше про нього навіть ніхто не чув? На ці та інші питання, наскільки можливо об'єктивно на мій погляд, на основі конкретних прикладів і спробую відповісти в цій статті.
Почнемо по порядку, розберемося з термінологією, основами та перевагами розглянутої технології. CFD моделювання (Computational Fluid Dynamics) - це підрозділ обчислювальної гідродинаміки, що включає сукупність фізичних, математичних та чисельних методів, призначених для обчислення характеристик потокових процесів, іншими словами: дослідження в галузі гідродинаміки на основі рівнянь гідро-або газодинаміки потоків з широкими можливостями представлення розрахункових даних . В результаті CFD моделювання ми отримуємо об'єкт дослідження з візуалізацією колірного поля градієнта практично будь-яких параметрів гідро-газо-динамічних потоків, тобто, грубо кажучи, ми маємо можливість візуально побачити не тільки всю картину розподілу гідро-газо-динамічних потоків, вплив зовнішніх факторів ( сонячної радіації, атмосферного тиску, потоків із суміжних приміщень або прорізів, інфільтрації, тепло-волого-газо-виділень від технологічного обладнання, освітлення, людини та інше), але і, грубо кажучи, «ткнувши» в будь-яку точку в 3-D просторі досліджуваного об'єкта - побачити всі параметри, що нас цікавлять. Все це надалі лягає в основу виконання певних завдань з подальшим включенням результатів у розробку проектної документації, наприклад, вироблення концепцій з розміщення та типу повітророзподільних та повітрозабірних пристроїв, визначення конкретних температурно-вологісних параметрів, достовірне прогнозування видалення шкідливих газових речовин до норм ГДК математичних розрахунків та внесення змін при конструкторській розробці вентиляційних та аспіраційних пристроїв (бортових та кільцевих місцевих відсмоктувачів, систем газоочищення, фільтрів, скруберів, циклонів та багато іншого), дослідженню різних повітряно-температурних течій та вплив їх на об'єкти аналізу, визначення параметрів комфорту у робочих зонах, створення максимально комфортного мікроклімату, екологічно чистих та енергоефективних приміщень тощо... Одним словом, можливості CFD моделювання у дослідженні гідро-газо-динамічних процесів і застосування ні їх розробки конструкторської і проектної документації просто безмежні. Далі. HVAC (Heating Ventilation Air Conditioning) - у дослівному перекладі, системи опалення, вентиляції та кондиціювання повітря, а в більш широкому розумінні - технології підтримки нормованих, безпечних та комфортних параметрів температури, вологості, швидкості повітряного потоку, повітрообміну в цілому, хімічного складу повітря та інших параметрів у приміщеннях будівель та споруд різного призначення. Тобто, CFD моделюванні HVAC - це потужне рішення обчислення гідродинаміки, що дозволяє моделювати ефекти потоку рідин та газів в умовах прогнозованої реальності, запускати необмежену кількість «сценаріїв» та ефективно аналізувати наслідки потоків, теплообміну, гідродинамічних та зв'язаних сил, що діють на компоненти та проходять через них, які є критично важливими для успішного проектування ще на початковому етапі.
Малюнок 1. Приклад CFD моделювання HVAC:
У чому основні плюси CFD-моделювання, я думаю, ми розібралися. Чому ж тоді досі, за явних переваг тривимірного математичного моделювання, яке не має на даному етапі жодних альтернативних рішень, проектно-архітектурні бюро продовжують про це тільки говорити, але не поспішають впроваджувати в проектну практику? Давайте розберемося у мінусах. Моє тверде переконання, що, по-перше, це дуже складна робота, яка вимагає висококваліфікованих фахівців, великих трудовитрат і часу. А це означає збільшення термінів проектування та помітного подорожчання вартості проектних робіт. Також сюди можна віднести ексклюзивність і одиничність виконуваних проектів, а також наявність у виконавця, тобто проектанта, потужних (дуже потужних і дорогих) комп'ютерів для даних розрахунків. По-друге, аналіз CFD моделювання беззастережно вкаже на всі недоліки та промахи прийнятих проектних рішень, а отже, на професіоналізм та якість робіт проектанта, і вже не вдасться зробити проект «як би» за всіма нормами, але на практиці не дає необхідних результатів і якості. Отже, обійтися мінімальними затратами праці не вийде. Проектант, в більшості випадків, не зацікавлений, щоб його розрахунки і рішення «перевірялися ще раз» і спростовувалися при аналізі CFD-моделювання. Наприклад, він розрахував нормовану швидкість, температуру, вологість повітря в робочій зоні, підібрав кліматичне обладнання, проробив величезний обсяг робіт, а достовірне CFD прогнозування показало зовсім інші результати... По-третє, виконання досліджень з моделювання CFD вимагає більш ретельних і максимально повних робіт на підготовчому етапі: зі збирання вихідних даних, інженерного обстеження, попередніх вимірів, а отже, наявність певного досвіду, залучення додаткових ресурсів та фахівців. Адже відсоток достовірності прогнозування CFD моделювання безпосередньо залежить від якості та обсягу внесених вихідних даних до досліджуваної моделі об'єкта. За повноцінних вихідних даних достовірність прогнозування має бути не менше 90%.
Для виконавця незацікавленість зрозуміла. А що ж для замовника, окрім затримки виходу проектних рішень та додаткових витрачених фінансових ресурсів, у чому ще недоліки? Я переконаний, що для замовника більше недоліків немає, все інше – це перераховані вище плюси! Але. Тут, як і в іншому нашому житті, до всього треба підходити «без фанатизму». На мій погляд, застосування CFD моделювання не завжди обґрунтоване, я маю на увазі невеликі проекти, стандартні та типові, де все вже давно перевірено досвідом та часом. Повторюся, це моя суб'єктивна думка, адже «красиві кольорові картинки» CFD моделювання та витрати на них іноді просто не доцільні та не виправдовують себе. Інша справа – складні об'єкти та завдання з певними параметрами та вимогами, де без CFD моделювання неможливо отримати позитивний результат. Однозначно, до таких об'єктів, що вимагають беззастережного виконання CFD моделювання HVAC, я відношу будівлі та споруди з великими обсягами та кількістю людей, зі складною геометрією або, наприклад, з великими теплонадлишками не тільки від людей, освітлення, обладнання, а й від тієї ж сонячної. радіації: торгові та зали для глядачів, атріуми, басейни, спортивні споруди, банки, ресторани та інше; виробничі приміщення різних галузей: металургія, енергетика, машинобудування, хімпром та інше з великою кількістю технологічного обладнання, тепло-, волого- та газовиділеннями; приміщення з особливими індивідуальними вимогами щодо мікроклімату: музеї, виставкові зали, ЦОД та серверні (з дорогим тепловиділяючим обладнанням), лабораторії, «чисті» приміщення операційних та інші. Більш того, великі та серйозні об'єкти вимагають великих капіталовкладень для влаштування інженерних систем опалення, вентиляції та кондиціювання повітря (далі ОВіК) і я однозначно вважаю, що замовнику, витрачаючи величезні гроші на пристрій систем ОВіК, перед початком будівельно-монтажних робіт (далі БМР) необхідно достовірно переконатись у ефективності прийнятих проектних рішень та доцільності витрат на їх реалізацію. Однією з моїх спеціалізацій є незалежний аудит вже зданих в експлуатацію проектів, на жаль, як правило, з подальшою їх реконструкцією, технічним переозброєнням, тобто доведенням їх до розуму. І повірте, у моїй практиці не поодинокі випадки, коли, наприклад, замовник витратив величезні гроші, на проект, обладнання, матеріали, будівельно-монтажні роботи, а в результаті немає того ефекту, на який він очікував, або цей ефект практично дорівнює нулю. Наприклад, після незадовільних результатів за підсумками виконаних робіт з влаштування систем ОВіК, запрошують незалежного експерта і після проведеного аудиту, він виносить висновок (підтверджений обстеженням, вимірами, розрахунками та іншим), що все, що ви змонтували можна, грубо кажучи, «взяти та викинути » і починати все спочатку - робити новий грамотний проект з гарантією (яку можна отримати тільки після достовірного прогнозування CFD моделювання), а вже після цього приступати до закупівлі нового обладнання та нових БМР. В результаті - втрата грошей, судові позови, експертизи, витрачені нерви і, найголовніше, втрачений час... Звичайно можна було б сказати про замовника, що "скупий платить двічі", але я відніс би це до елементарного незнання замовником усіх нюансів проектування , які він і не повинен знати, але які інколи навмисне замовчує проектант, і довірою замовника до виконавця: вони ж проектувальники, закінчували інститути, є досвід і так далі, а за фактом я б їх назвав "горе-проектувальниками", через недбалість або низької кваліфікації яких (навмисне чи не навмисне – це вже інше питання) замовнику доводиться викидати гроші (і час) буквально «на вітер», у прямому та переносному значенні. Тобто напрошується однозначний висновок, що при великих та складних проектах систем ОВіК, замовнику просто життєво необхідно «підстрахуватися» і витратити енну суму та час на проведення CFD-моделювання, яке згодом виключить фінансові та подальші ризики, і однозначно багаторазово окупиться у разі, якщо проект раптом виявиться «мертвим» – не ефективним та не робочим.
Малюнок 2. Приклад дослідження параметрів комфортності людини під час перебування її у зоні дії повітряного потоку:
Умовно склад робіт при CFD моделюванні можна розбити на кілька основних етапів:
- підготовчий етап (збір вихідних даних, формування геометрії досліджуваної моделі, необхідних фізичних умов та інше);
- безпосередньо сам розрахунок (чисельне рішення основних рівнянь за базовими фізичними параметрами);
- аналіз (дослідження) із відображенням результатів.
Причому для досягнення необхідного результату розрахунок та аналіз проводиться необмежену кількість разів, з побудовою сіткової моделі простору на великій кількості поперечних та поздовжніх перерізів, з верифікацією загальної геометрії розрахункової моделі, яка відтворюється з усіма подробицями в масштабі 1:1.
Розглянемо застосування CFD моделювання HVAC, розв'язувані ним завдання та різні нюанси проектування на конкретних прикладах нижче.
Малюнок 3. Приклад результатів CFD-моделювання розрізу камери лінії гарячого цинкування з ваннами травлення, знежирення та флюсування:
1. Один із стандартних прикладів застосування CFD моделювання. Об'єкт: критий громадський басейн на 30 осіб (плюс 350 глядачів) у ДК НКМЗ м. Краматорськ, Україна, проект реалізований у січні 2014 р. Особливостями проектування даних систем ОВіК басейну були: нові проектні рішення із застосуванням сучасного кліматичного обладнання плавців та відвідувачів, ефективне осушення та видалення вологи, дотримання швидкості повітряного потоку в робочій зоні та над дзеркалом басейну, з максимальним використанням існуючих комунікацій, вентиляційних каналів, повітроприймальних та повітророзчинних отворів під вентиляційні решітки та дифузори для мінімального. На стадії проектування «П» однозначно було прийнято рішення про проведення CFD-моделювання. Спочатку було проведено дослідження повітряно-температурних та вологих потоків з урахуванням існуючих комунікацій та побажань замовника. У ході аналізу були внесені коригування, виключені колізії, було проведено додаткове моделювання з різним числом вихідних даних та визначено остаточну концепцію з візуалізацією газодинамічних потоків, внаслідок чого було отримано бажаний результат з мінімальними витратами на реконструкцію та перебудову, зі створенням необхідного мікроклімату приміщень. енергоефективністю та мінімальними витратами на БМР, придбання кліматичного обладнання та подальшу експлуатацію.
2. Приклади застосування чисельного тривимірного моделювання при конструюванні повітрозабірних пристроїв систем вентиляції, а саме бортових та кільцевих місцевих відсмоктувачів. Дуже часто при проектуванні промислових об'єктів проектувальник стикається з певним завданням з розробки індивідуальних пристроїв витяжної місцевої вентиляції, аспірації або видалення пилу. Наприклад, у моїй практиці часто зустрічається розробка та моделювання бортових місцевих відсмоктувачів різних типів і конструкцій (одно-, дво- бортових, кільцевих, перекинутих, активованих припливом та інші) від технологічного обладнання термічних цехів, машинобудівних та металургійних підприємств, від ванн травлення, гарячого цинкування, гальваніки та інше (зокрема, розроблялася проектна документація на наступних заводах та підприємствах: «Металлінвест» та «Інвестер» м. Черкаси, «Перша Українська Цинківня» Львівська обл., «Стальканат-Силур» м. Одеса, «Завод алюмінієвих» профілів АММТ» Київська область, "Запоріжсталь" м. Запоріжжя, "Тара" м. Мелітополь, "Юністіл" м. Кривий Ріг та інші).
Малюнок 5. Комп'ютерне CFD моделювання бортового відсмоктування від ванн травлення та хроматування:
Для задовільної роботи таких вентиляційних пристроїв існують свої індивідуальні вимоги: певна розрахункова швидкість всмоктування газів, що видаляються, і подачі припливного повітря, рівномірність швидкості повітряного струменя по всій довжині щілинного або повітрозабірного отвору, швидкість повітря і тип повітряних струменів над дзеркалом ванн з певним конструкцією. що забезпечує мінімальні аеродинамічні опори та втрати тиску, а також інші індивідуальні вимоги, виходячи з конкретних завдань. Від дотримання цих вимог безпосередньо залежить не тільки ефективність місцевої системи вентиляції/аспірації/газоочищення, а й можливість здійснення самого технологічного процесу.
Малюнок 6. Комп'ютерне CFD моделювання кільцевого відсмоктування від термічної шахтної печі:
Що в переважній більшості в цій ситуації зробить проектувальник? Скористається напрацьованими методиками розрахунку, нормативними та рекомендаційними документами, типовими серіями конструкцій та інше. Треба віддати належне нашим вченим, які зробили, на мою думку, колосальний внесок не лише у вітчизняний, а й всесвітній літопис теоретичних основ аерогідрогазодинамікі, повітророзподілу, тепломасообміну та науки в цілому. Для мене досі є настільними книги з практичного застосування основ технології вентиляції в цій галузі таких авторів як Староверів І.Г., Богословський В.М., Волков О.Д., Єлінський І.І., Рисін С.А., Батурин В.В... Але, на жаль, усі ці методики та рекомендації застосовуються в основному до типового стандартного обладнання, ванн та інших джерел газовиділення, а конструкторські креслення та схеми в типових серіях розроблялися під певні умови та вихідні дані. Не кажучи вже про те, що це обладнання та ванни застосовувалися ще в минулому столітті, звичайно вони й досі функціонують, але на сучасне обладнання типових серій Ви, звісно, не знайдете. Тобто всі нюанси по геометричній формі обладнання та ванн, хімічному складу та концентрації газів/пилу та інших шкідливих виділень, вплив на повітрообмін сторонніх факторів та індивідуальні особливості кожної одиниці джерела виділень передбачити у всіх методичках просто неможливо. Точніше, розрахувати аеродинаміку та повітрообмін можна, але змоделювати саму конструкцію індивідуального відсмоктування, без його попередньої перевірки – ні.
Малюнок 7. Комп'ютерне CFD моделювання двобортового відсмоктування від ванни термічного загартування:
Насправді проектувальники застосовують вже готові рішення й у разі роблять перерахунок геометричних форм і розмірів щілинних отворів. Що, за великим рахунком загалом, є недостатнім, впливає на продуктивність і ефективність місцевого відсмоктування, швидкість всмоктування, завихрень повітря над дзеркалом розчину ванни, що утворюються, і так далі, а в результаті – призводить до порушення технологічного процесу і низької ефективності, здавалося б, « правильно» підібраного місцевого відсмоктування. Тому застосування CFD моделювання при розробці індивідуальних місцевих відсмоктування особливо важливе і інших методів визначення попередніх результатів (крім як на практиці або в спеціалізованих лабораторних умовах), на мою думку, на сьогоднішній момент не існує.
3. Приклад чисельного тривимірного моделювання будівлі з великими обсягами, складної геометричної форми, з атріумом та великими світлопрозорими арочними конструкціями: критий ринок у м. Петропавловськ-Камчатський, Росія, проект виконано у вересні 2017 р. Основними завданнями при проектуванні систем вентиляції та кондиціювання повітря (далі СВК) в даній будівлі були: прийняття нових проектних рішень для створення комфортного мікроклімату в торгових залах, бутіках та атріумі за аеродинамічними та температурно-вологісними характеристиками з дотриманням параметрів комфортності для відвідувачів та персоналу, забезпечення максимальної енергоефективності та мінімізації витрат на придбання кліматичного обладнання , БМР та подальшу експлуатацію. Справа в тому, що на момент розробки нами проектної документації, у будівлі була існуюча система вентиляції, яка була змонтована за проектом місцевого проектного інституту, але вона фактично повністю не задовольняла елементарних вимог та норм.
Малюнок 8. Етапи CFD моделювання HVAC одного з торгових залів будівлі критого ринку:
Наприклад, в торгових залах приміщення атріуму були навіть поодинокі випадки, коли в літній період року, при великому скупченні відвідувачів, люди непритомніли через брак свіжого припливного повітря (параметри комфортності PPD і PMV занижені в десятки разів), низької вологості (менше 30 %) і високої температури повітря (понад +30 градусів), тобто через повну відсутність не те що комфортного, а просто нормованого мікроклімату в робочих зонах. До речі, це наочний приклад того, коли замовником витрачено великі фінансові ресурси, час та інше, а за підсумком результат нульовий, про що я писав вище, що знову підтверджує моє твердження про обов'язкове застосування тривимірного чисельного прогнозування CFD на таких складних об'єктах. Вирішення завдань з реалізації поставлених завдань ускладнювалося конструктивом будівлі: складна геометрична форма у плані у вигляді форми півкола, що складається з двох основних блоків, розбитих, у свою чергу, на торгові зали великого обсягу (висота стель 6,8 метрів) з балконами та антресолями, між собою основні блоки з'єднані світлопрозорою арочною конструкцією у вигляді атріуму (висота стель 12,5 метрів). Все це посилювалося великими теплонадлишками, в основному від сонячної радіації через вітринні вікна і світлопрозорі бані, великими відкритими прорізами через суміжні приміщення, що викликають неорганізований природний повітрообмін, перетікання повітряних потоків та іншими факторами, що ускладнюють. Тому, за узгодженням із замовником, було ухвалено рішення про однозначне застосування, при розробці проектних рішень, CFD моделювання HVAC з достовірним прогнозуванням мікроклімату приміщень.
Малюнок 9. Етапи CFD моделювання HVAC атріуму зі світлопрозорим куполом будівлі критого ринку:
В результаті багаторазово проведеного тривимірного CFD моделювання, з великою кількістю вихідних даних та численних «сценаріїв» повітророзподілу, було визначено остаточну концепцію систем СВК (на основі методу витісняючої вентиляції із застосуванням центральних кондиціонерів та низькошвидкісних повітророзподільників), підтверджені та скориговані математики. з реалізації та розробки проектної документації.
Малюнок 10. Дослідження впливу газодинамічних потоків повітряного середовища на людину з точковими вимірами параметрів швидкості, температури, індексів комфортності PMV, PPD та інших параметрів при CFD моделюванні будівлі критого рику:
Окремо було здійснено розрахунок оцінки якості прогнозованих параметрів комфорту: PMV (очікувана середня оцінка ступеня комфорту або індекс комфортності по Фангеру, заснований на тепловому балансі людини), PPD (очікуваний відсоток незадоволених повітряним середовищем), рівень протягових явищ DR, очікуваний відсоток людей, що відчувають диск протягу, ступінь турбулентності TU. Для робочих зон було визначено такі параметри, як середня швидкість повітря, градієнт температури повітря, температура в зоні підлоги, відносна вологість, асиметричність випромінювань.
Малюнок 11. Етапи CFD моделювання HVAC будівлі критого ринку загалом, з урахуванням відкритих прорізів між суміжними приміщеннями:
Все це разом призвело до позитивного результату вирішення поставлених завдань з подальшою реалізацією в проектних рішеннях. Післямова. На момент написання цієї статті, на жаль, "віз і нині там": через відсутність фінансування, роботи з реконструкції систем СВК, згідно з новим проектом, так і не реалізовано...
4. Далі розглянемо приклад тривимірного комп'ютерного моделювання у промисловості. Об'єкт: термічний цех у будівлі сталепрокатного заводу «Стальканат-Силур», м. Одеса, Україна, проект реалізований у березні 2018 р. У зв'язку зі складністю поставлених замовником завдань, проектні роботи були розбиті на три етапи: передпроектні інженерні дослідження (для вироблення кількох) варіантів концепцій з відеопрезентаціями для замовника та інвесторів), стадії проектування «Проект» та «Робоча документація». На момент початку робіт, у приміщенні термічного цеху знаходилося обладнання двох застарілих ліній термічної обробки та однієї лінії підготовки (травлення та цинкування). Через відсутність системи СВК та місцеву витяжну вентиляцію (далі ВМ), через великі тепловиділення від термічного обладнання ліній термообробки, вологих та шкідливих виділень від ванн лінії підготовки, повітрообмін та мікроклімат у приміщенні цеху був повністю незадовільним. У робочих зонах постійного перебування персоналу, крім значного перевищення ГДК шкідливих виділень, температура повітря в теплий період досягала +40 градусів. Так само, через повний дисбаланс між припливом і витяжкою, великого перепаду температур і постійно відкритих дверних отворів у суміжні цехи, існував неорганізований природний повітрообмін з перетіканнями повітряних мас з брудних зон у чисті та суміжні цехи, у робочих зонах переважали протягові ефекти.
Малюнок 12. CFD моделювання HVAC термічного цеху:
За завданням замовника, розробка проектної документації, з подальшою реалізацією пристрою систем СВК та ВМ, мала повністю усунути всі недоліки та забезпечити нормований мікроклімат у робочих зонах виробничого цеху. Але головною особливістю даного проекту була розробка систем СВК та ВМ не лише для конкретної кліматичної ситуації, а й розробка проекту з кількома перехідними варіантами, з умовою заміни старих ліній термообробки на нові, зі збільшенням їхньої кількості та заміною на сучасне обладнання. Тобто, запроектовані системи СВК та ВМ мали забезпечити нормований повітрообмін та мікроклімат як на даний момент, так і на наступні, після демонтажу старих ліній термообробки та поступового додавання нових ліній з іншим технологічним обладнанням, іншими параметрами та розміщенням. Позитивно вирішити поставлене завдання можна було лише з допомогою достовірного прогнозування з допомогою CFD моделювання, що було здійснено на стадії передпроектних інженерних пошуків.
Спочатку, для визначення наступної загальної концепції повітророзподілу, моделювався тепло-волого-повітряний стан мікроклімату, рух температурно-повітряних потоків термічної ділянки, з урахуванням надходження повітряних мас із суміжних цехів, з відкритих прорізів аераційних ліхтарів та ін. у існуючому стані (без застосування систем вентиляції), прогнозування проводилося з урахуванням технологічного обладнання, що встановлюється в майбутньому. Після цього моделювалися кліматичні ситуації, виходячи з різних варіантів розташування припливних дифузорів та витяжних пристроїв з різним числом вихідних даних, у різні часові періоди експлуатації, але вже із застосуванням систем СВК та ВМ.
Малюнок 13. CFD моделювання HVAC термічного цеху:
Далі проводилися дослідження та детальний аналіз отриманих результатів щодо прийняття найбільш ефективної концепції щодо продуктивності, типорозміру та розміщення припливних та витяжних пристроїв, в результаті достовірного прогнозування за допомогою CFD моделювання HVAC. У результаті було визначено остаточну концепцію повітророзподілу, прийнято технічні рішення щодо реалізації та розробки проектної документації, було внесено коригування з розрахункового перерізу повітроводів, достовірного типорозміру, кількості та розташування повітророзподільних та повітрозабірних пристроїв, було визначено оптимальний повітрообмін та холодопродуктивність припливних*.
5. Та й розглянемо кілька нестандартних ситуацій.
У 2013 році було реалізовано проект систем опалення, вентиляції та кондиціювання повітря будівлі тенісного клубу «Smart-TT» у м. Донецьк, Україна. Особливість цього проекту полягала в тому, що замовник хотів вирішити проблеми мікроклімату приміщення, з улаштуванням систем вентиляції, кондиціювання повітря та повітряного опалення, за допомогою всього одного агрегату – руфтопа (центрального кондиціонера). Так, такий кліматичний агрегат здатний вирішити це завдання, але нестандартність даного проекту полягала в тому, що для забезпечення необхідного мікроклімату треба було подавати великий об'єм припливного повітря (зовнішнього та рециркуляційного) в робочу зону тенісного залу з дуже малою швидкістю, не більше 0,1 – 0,2 м/с (щоб виключити будь-яку зовнішню дію на тенісні кульки під час гри). Більше того, у зв'язку з особливостями конструктиву будівлі: геометричною формою та низькими стелями (не бажаними для приміщень з таким функціоналом) та розташуванням тенісних столів, комфортний мікроклімат і повітрообмін, з швидкістю, що нормується, повинен був забезпечуватися повністю по всьому залу, без «застійних» зон. Було зроблено математичні розрахунки, обрано концепцію повітророзподілу, але правильність обраних проектних рішень треба було підтвердити та переконатися у їх ефективності. А вирішити це завдання можна було тільки з достовірним прогнозуванням за допомогою CFD моделювання, що й було зроблено. У ході аналізу тривимірного моделювання HVAC було виявлено всі недоліки, внесено коригування до обраної концепції повітророзподілу тенісного клубу і в результаті отримано необхідний результат.
Малюнок 14. CFD моделювання HVAC тенісного клубу:
Або, наприклад, у 2017 р. було реалізовано проект технологічної вентиляції у м. Владивосток, Росія, на міжнародному Східному економічному форумі. Завдання було справді дуже нестандартне. Від делегації Камчатського краю, в рамках експозиції «Вулиці Далекого Сходу», було збудовано споруду під назвою «Пурга» або «Сніговий куб» - будівлю у формі прозорого куба, занесеного «снігом», усередині якого розташовувався ресепшн представництва та тренажер-симулятор для гірників лиж та сноуборду. Стінки і стеля являли собою замкнуту світлопрозору конструкцію і, за задумом авторів, усередині цих стін мала бути імітація справжньої снігової завірюхи, щоб люди, які займаються на гірськолижному тренажері, мали максимально реалістичне відчуття. Був закуплений спеціальний матеріал «сніг», що застосовується в кінематографії, залишалося тільки здійснити задум за допомогою системи технологічної вентиляції: створити всередині світлопрозорих стін турбулентні повітряні потоки, що постійно змінюються, підхоплюють «сніг» і імітують завірюху. Перед початком виставки цей павільйон «Сніговий куб» був широко розрекламований, і відвідувачі з нетерпінням чекали на його відкриття. Тому через дуже обмежені терміни помилитися в проектному рішенні було не можна, передбачалося зробити проект і відразу ж його реалізувати, на експериментальні випробування, коригування та перебудову, якби щось пішло не так, часу не залишалося.
Малюнок 15. CFD моделювання павільйону «Сніговий куб»:
І тут, звичайно, на допомогу прийшло CFD моделювання, було здійснено достовірне прогнозування повітряних потоків усередині стін «Куба», за результатами якого, було визначено фактичний повітрообмін та прийнято остаточну концепцію на основі соплових та щілинних розподільників повітря з подальшою реалізацією.
Малюнок 16. CFD моделювання павільйону «Сніговий куб»:
Отже, ми з вами розглянули особливості тривимірного комп'ютерного CFD моделювання HVAC та різні приклади застосування даної технології в галузі проектування систем опалення, вентиляції та кондиціювання повітря, аспірації, видалення пилу, газоочищення та іншого. А також переконалися, що сучасні умови та нові можливості в галузі цифрових комп'ютерних досліджень за допомогою достовірного прогнозування гідрогазодинамічних потоків відкривають нові перспективи та можливості у проектуванні кліматичних систем для досягнення реалістичних та ефективних результатів.
Керівник ТЗ "МАЙСТЕРНЯ КЛІМАТА" Іващенко Г.О.
травень 2019 р.
Примітка до п.4
*На превеликий жаль, проект повною мірою так і не вдалося реалізувати. Замовник «Стальканат-Силур» пішов на поводу монтажної організації та вирішив заощадити. Були змінені розрахункові перерізи і, найголовніше, тип повітророзподільних пристроїв: низькошвидкісні повітророзподільники витісняючої вентиляції були замінені на звичайні жалюзійні грати... У результаті змінилася вся концепція повітророзподілу, витісняюча система вентиляції була замінена на змішуючу, що принципово суперечило у разі не можна було робити, в результаті вся виконана наукова робота з моделювання повітряних потоків, всі тимчасові та ресурсні витрати були перекреслені. Звичайно після завершення БМР система вентиляції працювала (через повну її відсутність до цього), але її продуктивність впала в рази, утворився неорганізований повітрообмін, застійні зони, змінилися повітряні потоки та інше. Більше того, через деякий час нас запросили на об'єкт щодо аудиту неефективної системи вентиляції, натякаючи на помилки в проектній документації. Ну що тут сказати, ми звичайно дали свої рекомендації, але головна теза була одна: зробіть все згідно з проектною документацією і всі проблеми відпадуть самі собою... Це один із прикладів, досить не одиничний, коли монтажники втручаються в роботу проектувальників, думаючи, що вони розбираються не гірше за фахівців, вводять в оману замовника, який охоче йде на "економію" в лапках, а в результаті - неефективна система ОВК, витрачені в порожню гроші та час, Але це вже інша історія...
Список літератури:
[1]. ДСТУ ISO 7730-2009. Ергономіка термального середовища. Аналітичне визначення та інтерпретація комфортності теплового режиму з використанням розрахунку показників PMV та PPD та критеріїв локального теплового комфорту.
Тип ліцензії на цю статтю: CC BY 4.0. Текст статті може бути розміщений на сторонніх інтернет та інформ ресурсах з обов'язковим зазначенням авторства та посилання на першоджерело (відповідно до закону про авторське право та інтелектуальну власність)
