Распределение воздуха в конференц-зале

В данной статье на основе математической CFD модели рассматривается система перемешивающей вентиляции конференц-зала с помощью программного комплекса STAR–CCM+. Использование методов численного решения исходной системы дифференциальных трехмерных уравнений Навье-Стокса позволяет проанализировать распределение температуры, подвижности, влажности, концентрации CO ₂ по объему помещения вне зависимости от сложности геометрии и особенностей приточных струй.

Ключевые слова: STAR–CCM+, воздухораспределение, температурное поле, поле скоростей, содержание CO ₂ .

In this article, based on the mathematical CFD model, the system of mixing ventilation of a conference hall is considered using the STAR–CCM+software package. The use of methods of numerical solution of the initial system of differential three-dimensional Navier-Stokes equations makes it possible to analyze the distribution of temperature, mobility, humidity, and CO ₂ concentration over the room volume) regardless of the complexity of the geometry and features of the supply jets.

Keywords: STAR-CCM+, air distribution, temperature field, velocity field, CO ₂ content.

При проектировании общественных зданий должны быть всесторонне обоснованы вопросы, связанные с обеспечением качества воздушной среды и нормируемых параметров микроклимата. Учитывая высокую цену изготовления, монтажа и эксплуатации систем вентиляции и кондиционирования воздуха, к качеству инженерных расчетов предъявляются повышенные требования. Для выбора рациональных проектных решений в области вентиляции необходимо иметь возможность проанализировать ситуацию в целом, т. е. выявить пространственную взаимосвязь динамических процессов, происходящих внутри помещений и в атмосфере. Оценить эффективность вентиляции, которая зависит не только от количества воздуха, подаваемого в помещение, но и от принятой схемы воздухораспределения и концентрации вредных веществ в наружном воздухе в местах расположения воздухозаборов.

В проектно-конструкторской практике в настоящее время преобладают традиционные «инженерные» методы расчета, использование которых зачастую предписывается соответствующими отраслевыми нормативами. Данные подходы, применительно к методам расчета воздухообмена, не позволяют предсказать параметры воздушной среды в объеме со смешанно-конвективными течениями, неравномерным распределением источников тепловыделений, влаговыделений и т. д.

В связи с этим, а также в связи с повышением требований к «климатическому комфорту» и к точности поддержания температурного режима жилых, производственных и иных объектов, свое применение находят методы численного моделирования.

При перемешивающей системе вентиляции высокоскоростной турбулентный поток приточного воздуха вовлекает путем эжекции в движение окружающий воздух в помещении, перемешиваясь с ним и создавая относительно равномерное поле температур и скоростей по всему объему помещения.

На рисунках, представленных ниже, мы наблюдаем результат решенной задачи. На сечениях показан градиент температур, влагосодержания, относительной влажности, содержания СО ₂ и скоростей воздуха.

Рис. 1. Температурные поля, проходящие через людей, приточную и вытяжную решетки

Рис. 2. Температурное поле, пересекающее людей на уровне 1 м от пола

В вертикальных сечениях (рис.1) диапазон температур составляет от 20 до 30°С.

В горизонтальном сечении (рис.2), в рабочей зоне, расположенной на высоте 1 м от пола, диапазон температур составляет 24–27 °С.

Рис. 3. Поле влагосодержания, пересекающее приточные и вытяжные решетки

Рис. 4. Поле влагосодержания, пересекающее людей

На изображениях видно, что влагосодержание в приточном воздухе (10 г/кг) меньше, чем на вытяжке (12,4 г/кг) г/кг.

Рис. 7. Поле относительной влажности, пересекающее приточные и вытяжные решетки

Полученный расчёт для спроектированной системы вентиляции с применением перемешивающего воздухораспределения показывает, что в соответствии с [4] микроклимат в помещении является оптимальным по относительной влажности, допустимым по температуре.

Литература:

1. Денисихина Д. М., Особенности численного моделирования поведения воздушных потоков в объемах концертных и театральных залов // Интернет журнал «НАУКАВЕДЕНИЕ». 2014. № 3. 13с.
2. «СП 131.13330.2012. Свод правил. Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23–01–99*" — М.: Минрегион России, 2015
3. «Использование программы STAR-CCM+10.02.010 при проектировании систем вентиляции» / А. Н. Колосницын, Д. М. Денисихина
4. ГОСТ 30494–2011. Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях
5. СП 118.13330.2012* Общественные здания и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 31–06–2009 (с Изменениями N 1, 2). 2012. 118с.
6. Квашин И. М., Гурин И. И. К вопросу о нормировании воздухообмена по содержанию CO2 в наружном и внутреннем воздухе // АВОК. 2008. № 5. 6с.
7. ГОСТ 30494–2011. Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях. 2011. 20с.
8. ГН 2.2.5.3532–18 Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны. 2018. 176с.
9. Шубина Т. С. Проектирование систем организации воздухообмена залов зданий зрелищного назначения //АВОК. 2000. № 3. 8с.
10. Sukhanova I. I. Numerical modeling of the microclimate and air quality of an Orthodox church in Saint-Petersburg, E3S Web of Conferences, Vol. 91. 02002. 2019. 6с.