В связи со значительным отходом от проектных решений, а также изменения режима работы спорткомплекса и климатологических условий на территории России (актуализация в июне 2013 года СНиП 23-01-99 "Строительная климатология") расход воздуха и продолжительность работы вентиляционных установок является завышенными. Целесообразно пересчитать необходимый расход приточного и вытяжного воздуха в спорткомплексе, а также степень его нагрева. На основе проведённых расчётов определяется необходимость регулировки и автоматизации установок системы вентиляции с целью снижения потребления электрической и тепловой энергии.

11.1.1 Расчёт системы вентиляции в спортивных залах

Без учёта отопления в игровом зале и зале аэробики расчёт вентиляции производится из условия обеспечения притока свежего воздуха на 1 спортсмена или зрителя.

Согласно данным [33], принимаем объём воздухообмена:

- 80 м³/ч для спортсменов,

- 20 м³/ч для зрителей.

Проектное значение расхода вытяжного воздуха игрового зала 10300 м³/ч (из расчёта 50 спортсменов и 250 зрителей). На данный момент производительность установленных вентиляторов составляет 11000 и 9000 м³/ч для приточного и вытяжного воздуха соответственно. Стоит отметить, что в таком режиме установки работают круглый год 24 часа в сутки, несмотря на то, что соревнования или другие мероприятия со зрителями проходят 2-3 раза в году. Поэтому большой интерес представляет автоматизация системы вентиляции с целью снижения расхода воздуха при обычных тренировках и в ночное время.

Как правило, в игровом зале одновременно занимаются не более 40 спортсменов (по проекту - 50). Кроме того, проектное число зрителей в дни соревнований (250) преувеличено и в данном расчёте принято равным 80. В зале аэробики в свою очередь занимается не более 20 спортсменов, зрители отсутствуют. Тогда необходимый расход воздуха составит:

1) для игрового зала:

в дни соревнований:

2) для зала аэробики:

где L_спорт и L_зрит - объёмный расход вентиляционного воздуха на одного

спортсмена или зрителя соответственно, м³/ч;

n_спорт и n_зрит - число находящихся в помещении спортсменов или зрителей соответственно.

Рассчитанный для игрового зала на дни соревнований расход оказался меньше, чем проектный и фактический примерно в 2 раза. Тем не менее, понижение расхода воздуха в период занятий невозможно из-за условия обогрева помещения (см. ниже). Для зала аэробики же фактический расход приточного воздуха примерно на 25% превышает необходимый.

По проекту вентиляция игрового зала также обеспечивает его дополнительное отопление до температуры воздуха в помещении t_в=15 С, а водяное отопление через радиаторы - только до дежурной температурыt_в=5 С. Целесообразно проверить, насколько выполняется это условие при меньших расходах. Для этого следует соотнести теплопотери и теплопоступления игрового зала [33].

Расчёт производится для каждого месяца отопительного периода при средней температуре наружного воздуха по актуализированным данным строительной климатологии [35]. Также отдельно рассчитывается тепловой баланс при температуре воздуха снаружи - 30 С (средняя температура наиболее холодной пятидневки), нопри температуре в помещении 15 С (минимально допустимая для спортивных залов). Рассчитываемыми ограждающими конструкциями принимаются 2 стены (за которыми находится улица) и крыша. Принимается, что остальные 2 стены и пол не участвуют в теплообмене, так как за ними находятся отапливаемые помещения.

Размеры помещения и коэффициенты сопротивления теплопередаче определяются из проектных данных. Стоит отметить, что в настоящее время около 2/3 проектной площади остекления заложены кирпичом (по словам персонала - для борьбы с холодом). Расчётная температура внутри помещения игрового зала принимается минимальной из оптимального диапазона по ГОСТ 30494 [34] и равной 17 С (в проекте принята 15 С).

Количество тепла в секунду, теряемого через ограждающие поверхности, рассчитывается по формуле:

где k - коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции, ;

F - площадь ограждающей конструкции, м²;

t_в и t_н - температура помещения и наружного воздуха соответственно, С.

К суммарным теплопотерям через ограждения игрового зала согласно проекту применяются следующие поправочные коэффициенты:

-- +16% - на стороны света и ветер;

-- +5% - для угловых помещений;

-- +8% - поправка на высоту игрового зала.

Параметры для ограждений игрового зала отражены в таблице 11.1.

Таблица 11.1 - Значения коэффициентов теплопередачи и площади ограждающих конструкций игрового зала

Теплопоступления от отопления радиаторамиQ_рад при температуре помещения t_в рассчитывается по формуле:

,

где Q_ном - номинальный (паспортный) тепловой поток радиатора, Вт;

t_рад и t_в - температура воды в радиаторе и воздуха в помещении соответственно, С;

n - экспериментальный числовой показатель, для секционных чугунных радиаторов n=0,3;

Температура воды в радиаторе принимается постоянной и определяется по температурному графику температуры воды системы отопления после элеватора, составленному по данным поставщика тепловой энергии (приложение Б).

Расчёт необходимого дополнительного нагрева воздуха вентиляцией Q_вент определяется как разность теплопотерь игрового зала и теплопоступлений от радиаторов.

Расчёт необходимого расхода воздуха вентиляцией L определяется из условия:

,

где C_в - теплоёмкость воздуха, ;

t_пр и t_в - температура приточного воздуха и воздуха в помещении соответственно, С;

- плотность воздуха.

Результаты расчёта отражены в таблице 11.2, а также на рисунках 11.1 и 11.2.

Таблица 11.2 - Результаты расчёта системы вентиляции спортивного зала

Рисунок 11.1 - Тепловой баланс игрового зала

Рисунок 11.2 - Сравнение производительности в различных вариантах расчёта вентиляционной системы игрового зала

Таким образом, расход системы вентиляции в помещении игрового зала всегда будет определяться условием отопления воздухом и поддержания заданного температурного режима. Тем не менее, ночью возможно частичное или полное выключение вентиляции, так как минимальную температуру в нерабочий период (5 С) всегда будет обеспечивать водяное отопление. При этом необходимо за некоторое время до начала занятий включить воздушное отопление для нагрева помещения (см. главу 11.4).

11.1.2 Расчёт влагопоступлений в помещении бассейна

По проекту вентиляция бассейна рассчитана из условий соблюдения в помещении бассейна влажностного режима при самых неблагоприятных условиях (относительная влажность в помещении 70% и температура 24 С при тех же параметрах наружного воздуха 80% и 10 С соответственно).

Расчёт влажности ведётся по методике, рекомендованной немецким стандартом VDI 2089. По проекту температура воды в бассейне - 24С, поверхностного слоя - 22С. Температура воздуха - 24 С. Для расчёта согласно СанПиН 2.1.2.1188-03 [37] примем: температура поверхностного слоя воды бассейна 24 С, температура воздуха в помещении 26 С, относительная влажность воздуха 60%. Температуру и относительную влажность наружного воздуха примем для месяца маякак наиболее неблагоприятного по влажностным параметрам. Среднюю температуру мая в Самаре и влажность примем 14,3С и 70% соответственно [35].

Интенсивность испарения с поверхности бассейна рассчитывается по следующей формуле:

,

где W - количество испаряемой влаги в час, кг/час;

- эмпирический коэффициент, учитывающий состояние поверхности воды. При неподвижной поверхности , при нормальной активности купающихся ;

P_B-давление насыщенных паров воды при температуре воды, бар;

P_L - парциальное давление водяных паров в зале бассейна, бар.

При принятых параметрах получаем P_B = 29,83·10^-3бар, P_L=20,16·10^-3бар.

Необходимый объёмный расход приточного воздуха для осушения определяется по формуле:

,

где L - объёмный расход приточного воздуха, м³/ч;

W - общее количество испаряющейся влаги в бассейне, кг/ч;

- плотность воздуха при температуре помещения, кг/м³;

d_в - влагосодержание воздуха в помещении, г/кг;

d_н - влагосодержание наружного воздуха, г/кг.

При принятых параметрах получаем =1,18 кг/м³, d_в =13,6 г/кг,d_н =8,3 г/кг.

Рассчитаем необходимый расход воздуха для двух режимов работы.

1) При наличии занимающихся в бассейне.

Влагопоступления с поверхности бассейна:

Дополнительные влагопоступления от спортсменов:

где q - количество влаги, выделяемое пловцами (принято 0,2 кг/ч);

N - количество пловцов в бассейне.

(1-0,33) - коэффициент, учитывающий долю времени, проводимую пловцами в бассейне (67% от всего времени).

Тогда полные поступления влаги будут равны:

.

Необходимый расход приточного воздуха:

.

Данный результат сопоставим с проектными значениями (13000 ), однако почти в 2 раза превышает производительность установленного в данный момент вентилятора (6400 м³/ч).

2) При отсутствии купающихся:

Влагопоступления с поверхности бассейна:

Необходимый расход приточного воздуха:

Рассчитаем необходимую производительность вентиляции для каждого месяца в зависимости от влагосодержания приточного воздуха. Результаты расчёта занесены в таблицу 11.3.

Таблица 11.3 - Результаты расчёта влажностного режима бассейна

Таким образом для поддержания заданной влажности в нерабочее время можно поддерживать производительность системы вентиляции бассейна на уровне 2000-3000 м³/ч, что значительно снизит потребление электрической и тепловой энергии (см. главу 11.4). Тем не менее, стоит учитывать и условие поддержание теплового режима помещения (см. главу 11.1.3).

11.1.3 Расчёт системы вентиляции в помещении бассейна

Расчёт теплопотерь в помещении бассейна ведётся аналогично варианту для игрового зала (см. главу 11.1.1) со следующими различиями:

Размеры помещения и коэффициенты сопротивления теплопередаче определяются из проектных данных. Стоит отметить, что в настоящее время стеклянные окна заменены на стеклопакет типа 4-16-4. Расчётная температура внутри помещения бассейна принимаетсяравной 24С, что на 2 С больше температуры воды согласно требованиям санитарных норм [37].

Отдельно рассчитывается тепловой баланс при температуре воздуха снаружи - 30 С. Рассчитываемыми ограждающими конструкциями принимаются 3 стены (за которыми находится улица) и крыша. При расчёте крыши также учитывается площадь над балконом. Принимается, что остальные ограждения не участвуют в теплообмене, так как за ними находятся отапливаемые помещения.

К суммарным теплопотерям через ограждения спортивного зала согласно проекту применяются следующие поправочные коэффициенты:

-- +16% - на стороны света и ветер;

-- +5% - для угловых помещений;

-- +10% - поправка на высоту зала бассейна;

Таблица 11.4 - Значения коэффициентов теплопередачи и площади ограждающих конструкций зала бассейна

Результаты расчёта представлены в таблице 11.5 и на рисунках11.3 и 11.4.

Таблица 11.5 - Результаты расчёта системы вентиляции зала бассейна

Рисунок 11.3 - Тепловой баланс зала бассейна

Рисунок 11.4 - Сравнение производительности в различных вариантах расчёта вентиляционной системы зала бассейна

Расчёт производился по формулам, приведённым в главе 11.1.1 Полученные результаты показывают, что условие поддержания заданной температуры воздуха помещения бассейна является приоритетным по сравнению с обеспечением влажностного режима (см. главу 11.1.2).