ЭКОЛОГИЯ И ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ СТРУЙНЫХ СИСТЕМ ВЕНТИЛЯЦИИ ПОДЗЕМНЫХ АВТОСТОЯНОК

E-mail: a – alexander.sverdlov@flaktgroup.com; b – alex78477@ya.ru; c – togg1@yandex.ru;
d – alex78477@ya.ru

Abstract

When designing underground structures, the issues of life support and human security are
always of paramount importance. This is especially true of underground facilities for transport purposes, namely, road tunnels and underground parking lots, where people are provided. In normal mode, the main risk factors are the emission of harmful substances during the operation of engines in the confined space of an underground parking lot.
The quality of the air environment is the main factor determining the environmental risks for a person in an underground car park. Therefore, the choice of the parameters of the ventilation system largely determines the quality and competitiveness of the parking project as a whole.

Аннотация

Для расчета воздухообмена с окружающей средой необходимо определить суммарное количество вредных примесей СО и NOx в помещении автостоянки. Причем скорость их накопления зависит, как показано на рисунке 1 от скорости движения и типа двигателя автомобиля. Расчет суммарного количества вредных выбросов в помещении автостоянки от двигателей автомобилей осуществляют по количеству СО, который принято считать «пилот – газом». Концентрация СО является определяющим параметром среди других компонентов  выхлопных газов, это подтверждается европейскими исследованиями [1, 2]. В соответствии с немецким стандартом [3] датчики системы газ-контроля должны обладать «перекрестной» чувствительностью и к другим компонентам выхлопных газов. Проверка перекрестной чувствительности осуществляется по калибровочным газовым смесям с  характеристиками, представленными в [4].  

• 

Суммарное количество (г) СО, накопленное в помещении автостоянки, определяет воз-духообмен с окружающей средой, необходимый для обеспечения концентрации СО в воздухе не выше ПДК [5, 3].
Среднее значение эмиссия СО (г) машин, паркующихся с разогретым (горячим) двигателем и проходящим в помещении автостоянки путь
S_ср.ст [5]: E S _COгор = 0,008S_ср.ст. (1)
Для машин с холодным двигателем:
_хол. 7,6 E_COхол = 7,6 , (2)
при S _ср.ст ⩽ 50 м. E S _COхол = 0,89(S_ср.ст)^0,49 (3)
при 50 < S_ср.ст ⩽ 500 м.

На рисунке 2 показано влияние состояния двигателя автомобиля на эмиссию СО при
движении по подземной автостоянке.

• 

Среднее значение эмиссии СО (г/час) в помещении автостоянки составит: G _CO = SPfE _CO , (4) где f = N _M / SP – частота транспортного трафика, 1/ч;
SP – количество парковочных мест, авт;
N_M – количество машин, паркующихся в течении 1 часа, авт/час.
Частота транспортного трафика выбирается по данным технического задания или обследования объекта. В случае отсутствия данных принимаются усредненные значения:
f = 0,6 для автостоянок жилых зданий;
f = 0,8 . . . 1,5 для автостоянок торговых и бизнес центров и других объектов с высокой
посещаемостью, при отсутствии данных принимаем f =1,0 .
При расчете эмиссии СО для парковок жилых зданий принимается допущение о максимуме эмиссии при утреннем холодном запуске двигателей (утреннее движение транспортного потока в деловой центр):

E_CO = E_{CO хол}.

(5) При расчете эмиссии СО для парковок с высокой посещаемостью считаем, что все парковочные места заняты, освободившееся место сразу занимается. В этом случае необходимо учитывать суммарную эмиссию от горячих и холодных двигателей:

E_CO = E_COхол. + E_COгор.(6)

Требуемый воздушный поток внешнего воздуха для снижения концентрации СО вавтостоянке составит, м3/ч:

• 

где [CO_об ] – предельная допустимая концентрация (ПДК) СО (мг/м³);CO_{об пр.возд.}– значение объёмной концентрации СО в приточном воздухе за пределами автостоянки (мг/м³); в жилых районах с малым движением транспорта эта величина пренебрежимо мала и обычно принимается равной нулю; на сильно загруженных дорогах достигает CO_{об пр.возд.}= 4 мг/м³ ; k_G – коэффициент, учитывающий неравномерность вентиляции помещения автостоянки;
обычно находится в диапазоне от 1,25 до 1,50, если данные отсутствуют принимается
значение 1,25.
В соответствии с рекомендациями [3, 5], ПДК СО [CO_об], как интегрального показателя (пилот-газа) всех видов вредных примесей в помещении автостоянки, выбирается равным
70 мг/м³ , что не противоречит ГОСТ 12.1.005 [6].
В России компании застройщики на стадии эскизного проекта часто затрудняются предоставить информацию по транспортному трафику f проектируемого объекта. Поэтому возможно использовать обобщенные рекомендации по нормам воздухообмена автостоянок различного назначения, позаимствованные из земельных положений различных областей
Германии, а именно:для автостоянок с низкой посещаемостью при частоте транспортного трафика принимается f ⩽ 0,6 (подземные и крытые автостоянки жилых домов) – 6 м³/м² час; для автостоянок с высокой посещаемостью при f =1,0 (подземные и крытые автостоянки бизнес и торговых центров) – 12 м³/м² час;для автостоянок с очень высокой посещаемостью при 1,0 ⩽ f ⩽ 1,5 (подземные и крытые автостоянки больших торговых центров, аэропортов и вокзалов) – 16 м³/м² час.
В этом случае мы получаем надежную, но немного завышенную оценку расчетного
значения воздухообмена.
В отечественной практике рекомендуют норму воздухообмена автостоянки 150 м³ /час
на одно парковочное место.
Рассмотрим результаты расчета воздухообмена подземной автостоянки общей площадъю 6700 м² с 280 парковочными местами, представленными в таблице 1.

Таблица 1 – Результаты расчета воздухообмена подземной автостоянки

• 

Важным преимуществом струйной вентиляции является равномерность проветривания
помещения, когда отсутствуют непроветриваемые, застойные зоны. На рисунке 3 представлены результаты CFD моделирования подземной автостоянки 4000 м².

• 

На верхних рисунках показано исходное состояние воздуха внутри помещения автостоянки, а на нижних рисунках после включения и работу систем вентиляции. Как показала CFD модель, при работе струйной вентиляции в помещении автостоянки практически отсутствуют застойные зоны.
В настоящее время сам факт использование струйной вентиляции в помещении автостоянки позволяет повысить рейтинг проекта при оформлении сертификата Зеленого строительства.
Другой важной особенностью струйной вентиляции является заметное снижение энергопотребления по сравнению с аналогичными канальными системами.
Доля затрат энергии на кондиционирование и вентиляцию в энергетическом балансе
производственных и общественных зданий может достигать в зависимости от назначения и времени года весьма существенных значений от 25 до 50% [7]. Для закрытых подземных и крытых автостоянок эта цифра может быть даже выше и достигать значений 60%.
В таблице 2 приведены данные по среднесуточному энергопотреблению систем вентиляции автостоянки 4000 м² , оснащенной в одном случае традиционной канальной, а в другом струйной системой вентиляции.

Таблица 2 – Среднесуточное энергопотребление систем вентиляции автостоянки

• 

• 

Преимущество струйной вентиляции в части энергоэффективности объясняется отсутствием аэродинамических потерь и утечек воздуха, характерных для традиционной канальной вентиляции, возникающих при движении воздуха по воздуховодам.
Сравнительная оценка вариантов проектных решений свидетельствует, что струйная
вентиляция превосходит традиционную канальную вентиляцию по энергоэффективности во всех рассмотренных режимах работы примерно на 15%.
Удельное энергопотребление, отнесенное к 1 м² автостоянки, (см. таблицу 2) для канальной и струйной вентиляции представлено на рисунке 4.

• 

Кроме вышеперечисленных струйные системы вентиляции и дымоудаления подземных
автостоянок обладают целым рядом преимуществ, а именно:отсутствие воздуховодов; повышение безопасности эксплуатации автопарковки за счет создания бездымных
эвакуационных зон по высоте парковки (высота потолка парковки не является фактором
риска) [8, 9]; уменьшение высоты потолков и повышение эффективности использования подземного пространства (за счет более плотной компоновки); возможность увеличения максимальной допустимой площади под пожарный отсек автостоянки с 3000 до 10000 м²
, что позволяет в 3 раза снизить количество вентиляционных шахт [5]; снижение первоначальных затрат (за счёт стоимости воздуховодов и их монтажа); снижение эксплуатационных затрат (из-за отсутствия потерь давления и утечек воздуха в воздуховодах), исключения затрат на периодическую очистку воздуховодов; уменьшение разогрева потолков и других элементов гаража при пожаре; улучшение видимости при пожаре.
Впервые в России проект четырехэтажной подземной автостоянки, оснащенной реверсивной струйной вентиляцией, был реализован в Казани в 2018 году [10]. На рисунке 5 показано объемно-планировочное решение подземной автостоянки, на рисунке 6 – продольный разрез, на рисунке 7 – схема размещения струйных вентиляторов.

• 

• 

• 

Подземная автостоянка оснащена реверсивной струйной вентиляцией, принцип действия которой описан в [11]. Система вентиляции состоит из реверсивных струйных и реверсивных вентиляторов дымоудаления. Система автоматики в штатном и аварийном режимах выбирает направление воздушного потока, обеспечивающего минимальное распространение загрязняющих веществ в воздушной среде помещений автостоянки.
Проектирование системы струйной вентиляции осуществлялось в соответствии с [5],
монтаж и пусконаладочные испытания в соответствии с [12].
В настоящее время система струйной вентиляции сдана заказчику и находится в
эксплуатации.

Список литературы

1. Zenger, A. Tiefgaragenabluft – Analyse der Luftqualität sowie Entwicklung eines Modells
   zur Prognose der Emissionen. Tagungsband der VDI-Tagung: Neuere Entwicklungen bei der
   Messung und Burteilung der Luftqualität 7. / A. Zenger, T. Gritsch, U. Höpfner, M. Sinn, P. Rabl, N.van derPütten, H. Gabler – 29.4.1999 in Heidelberg. Düsseldorf: VDI Verlag.
2. Zenger, A. Gesundheitliche Relevanz von Tiefgaragenemissionen. – Wohnmedizin, Heft 5,
   Oktober 1999. 63
3. VDI 2053 Air treatment systems for car parcs. January 2004.
4. Волков, А. П. Экология и расчет воздухообмена подземных автостоянок / А. П. Волков, А. В. Свердлов, С. В. Рыков // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия: Холодильная техника и кондиционирование. – 2014. – № 3 – С. 9-16.
5. СП 300.1325800.2017. Системы струйной вентиляции и дымоудаления подземных и
   крытых автостоянок. Правила проектирования.
6. ГОСТ 12.1.005–88. Система стандартов безопасности труда. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.
7. Волков, А. П. Фактор энергоэффективности при выборе параметров системы вентиляции автостоянки закрытого типа / А. П. Волков, А. В. Свердлов, С. В. Рыков, М. А. Волков
   // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия: Холодильная техника и кондиционирование. – 2015.
   – № 3. – С. 28-36.
8. Свердлов, А. В. Расчетные методы проектирования продольных струйных систем
   вентиляции автостоянок закрытого типа / А. В. Свердлов, А. П. Волков, С. В. Рыков, М. В.
   Климович, М. А. Волков // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия: Холодильная техника и
   кондиционирование. – 2016. – № 4. – С. 23–32.
9. Вишневский, Е. П. Противодымная защита крытых и подземных автопарковок, оборудованные струйной (импульсной) вентиляцией / Е. П. Вишневский, А. П. Волков // Мир
   строительства и недвижимости. – 2012. – № 44. – С. 54-56 c.
10. Свердлов, А. В. Система реверсивной струйной вентиляции четырехэтажной подземной автостоянки в Казани / А. В. Свердлов, А. П. Волков. // Инженерные системы. – № 4. – С. 20–22.
11. Волков, А. П. Реверс воздушного потока при продольной вентиляции и дымоудалении подземных и крытых автостоянок / А. В. Свердлов, А. П. Волков. // АВОК Вентиляция. Отопление. Кондиционирование. – 2015. – №1. – С. 34 – 38.
12. СТО НОСТРОЙ 2.15.194-2016. Инженерные сети зданий и сооружений внутренние.
    Системы струйной вентиляции и дымоудаления подземных и крытых автостоянок. Правила проектирования и монтажа, контроль выполнения, требования к результатам работ.