Главная › Новости

СКВ для музейных помещений на примере национальной художественной галереи в г. Йошкар-Оле

Опубликовано: 04.09.2018

Summary:

Air Conditioning Systems for M useum Buildings on the Example of the National Art Gallery in Yoshkar-Ola

O. Ya. Kokorin, Doctor of Engineering, Professor at Moscow State University of Civil Engineering

N. V. Tovaras, Candidate of Engineering, General Director of LLC NPF Himholodservice

A. P. Inkov, Candidate off Engineering, Director of LLC Ecoterm

M. A. Kolosov, Candidate of Engineering, Leading Sport Technologies Specialist at LLC NPF HIMHOLODSERVICE, Associated Professor at N.E. Bauman Moscow State Technical University

Keywords : museum, ventilation, air conditioning, air temperature, air humidity, induction terminal, i,d diagram

Air conditioning and ventilation systems museums, art treasures and storage products in the paper, tissue and wood are designed for much more stringent requirements than is typical in civil engineering.

Introduced in 2007 for adaptive air conditioning systems exhibition halls of the national art gallery in Yoshkar-Ola, meets all the requirements. During operation it showed efficient and reliable operation regardless of how the weather conditions and the degree of internal stresses associated with artistic activities in different directions.

Описание:

О. Я. Кокорин , доктор техн. наук, профессор МГСУ

Н. В. Товарас , канд. техн. наук, генеральный директор ООО «НПФ «ХИМХОЛОДСЕРВИС»

А. П. Иньков , канд. техн. наук, директор ООО «ЭКОТЕРМ»

М. А. Колосов , канд. техн. наук, доцент МГТУ им. Н.Э. Баумана, ведущий специалист ООО «НПФ «ХИМХОЛОДСЕРВИС»

Системы кондиционирования и вентиляции (СКВ) музеев, хранилищ художественных ценностей и продукции на бумаге, тканях и дереве проектируются по существенно более жестким требованиям, чем это характерно в гражданского строительства.

Введенная в 2007 году адаптивная СКВ для экспозиционных залов национальной художественной галереи в г. Йошкар-Оле отвечает всем требованиям. За время эксплуатации она показала эффективную и надежную работу независимо как от погодных условий, так и от степени внутренних нагрузок, связанных с художественными мероприятиями различного направления.

О. Я. Кокорин , доктор техн. наук, профессор МГСУ

Н. В. Товарас , канд. техн. наук, генеральный директор ООО «НПФ «ХИМХОЛОДСЕРВИС», [email protected]

А. П. Иньков , канд. техн. наук, директор ООО «ЭКОТЕРМ»

М. А. Колосов , канд. техн. наук, доцент МГТУ им. Н. Э. Баумана, ведущий специалист ООО «НПФ «ХИМХОЛОДСЕРВИС», [email protected]; [email protected]

Системы кондиционирования и вентиляции (СКВ) музеев, хранилищ художественных ценностей и продукции из бумаги, тканей и дерева проектируются по существенно более жестким требованиям [1, 2], чем это характерно для гражданского строительства [3–5]. Например, отдел художественных музеев Федерального агентства по культуре и кинематографии России предъявляет следующие требования к климатическим условиям в экспозиционных залах таких объектов: температура должна поддерживаться в пределах от +16 до +24 °C при возможном среднесуточном колебании не более двух градусов; влажность – в пределах от 50 до 60 % при возможном среднесуточном колебании не более 2,5 %; подвижность воздуха в помещениях не более 0,3 м/сек и т. п. Эти требования должны сочетаться с пожеланиями инвесторов по энергоэффективности, надежности, небольшим капитальным затратам и т. д. Все это ставит перед проектировщиками подобных систем сложные задачи.

Введенная в 2007 году адаптивная СКВ для экспозиционных залов национальной художественной галереи в г. Йошкар-Оле отвечает всем этим требованиям. За время эксплуатации она показала эффективную и надежную работу независимо как от погодных условий, так и от степени внутренних нагрузок, связанных с художественными мероприятиями различного направления.

Информация о галерее

Новое здание национальной художественной галереи в Йошкар-Оле (рис. 1) располагается в пятиэтажном здании с подвалом, полезная площадь внутренних помещений здания составляет 1747,5 м2. Два экспозиционных зала суммарной площадью 630,0 м2 находятся на втором и третьем этажах галереи и предназначены для экспозиции произведений живописи, графики и изделий художественно-декоративных промыслов. Остальные помещения занимают административные и технические службы.

Рисунок 1. Вид южного фасада здания государственной галереи в Йошкар-Оле

В подвале галереи находятся технические помещения, здесь же расположены центральные кондиционеры. Для круглогодичного регулирования температуры и воздухообмена в подвальном помещении установлены восемь эжекционных доводчиков (ДЭ) суммарной производительностью 1200 нм3/ч свежего воздуха.

На первом этаже галереи находятся лекционный зал, административные помещения и гардероб, где воздухообмен и тепловой комфорт для людей обеспечиваются при минимуме санитарной нормы приточной вентиляцией. Для этого на этаже размещены 16 ДЭ, подающих свежий наружный воздух и поддерживающих температуру на уровне не ниже +20 °C зимой и не выше +26 °C летом.

Для экспозиционных залов на втором и третьем этажах с заказчиком (администрацией Йошкар-Олы) были согласованы специальные технические условия, отвечающие самым строгим стандартам, предъявляемым к музейным помещениям: температура в пределах от 20 °C зимой до 24 °C летом и относительная влажность воздуха в пределах от 50 до 60 %. СКВ этих залов должны круглогодично в автоматическом режиме поддерживать назначенные параметры воздуха и не допускать их резких скачков, особенно влажности. Такие условия гарантируют сохранность художественных ценностей при самых неблагоприятных внешних воздействиях.

Основным элементом СКВ каждого из экспозиционных залов является приточно-вытяжной центральный кондиционер производительностью Vпн = 5000,0 нм3/ч наружного воздуха, что гарантирует выполнение санитарных норм по подаче свежего воздуха в эти помещения. В составе каждого приточного агрегата предусмотрены: системы рекуперации тепла вытяжного воздуха, высокоэффективный блок адиабатного увлажнения, подогрева и охлаждения, блок конденсационной осушки, фильтрации, регулирования и обеззараживания приточного воздуха. Воздух, подготовленный в кондиционерах, поступает к эжекционным доводчикам в экспозиционных залах. В каждом зале размещены по 24 четырехтрубных ДЭ и четыре двухтрубных ДЭ, в которых выполняется окончательная обработка воздуха перед подачей его в зал. На четвертом этаже расположены административные помещения и мастерские, в которых размещены 16 четырехтрубных ДЭ, обеспечивающих воздухообмен и регулирующих внутреннюю температуру в помещениях зимой и летом.

Пятый этаж занимают технические помещения и центральная холодильная станция, где размещены два холодильных агрегата с номинальной холодопроизводительностью по 180 кВт. Каждый агрегат имеет два рабочих контура с двумя спиральными ком-прессорами в каждом контуре. Холодопроизводительность регулируется ступенчато в пределах от 100 до 25 % с последовательной остановкой компрессоров. Агрегаты заправлены озонобезопасным фреоном R407c и охлаждают хладоноситель, в качестве которого используется чистая вода с присадкой ингибиторов, с +12 до +7 °C. Хладоноситель поступает к центральным кондиционерам и эжекционным доводчикам.

Климатические условия

Климатические условия Йошкар-Олы характеризуются как умеренно-континентальные, с длинной холодной зимой и теплым летом, с быстрой сменой внешних условий при прохождении атмосферных фронтов. Средняя температура летом +17,2 °C, наибольшая температура наблюдается в середине июля, когда воздух прогревается до +38 °C. Осенью погода холодная и влажная, с быстрой сменой наружных условий, возможны ранние заморозки и снег. Зима, как правило, начинается в ноябре, и средняя температура за зиму –11,7 °C, самый холодный месяц – январь, когда температура наружного воздуха может опус-каться до –47,0 °C. Весна в целом прохладная и сухая [6].

Расчет и проектирование СКВ экспозиционных залов выполнялись отдельно для зимнего и летнего периодов; спроектиро-ванная система проверялась на работу в межсезонье. В каждом из периодов проектирование СКВ выполнялось по экстремальным параметрам, после чего проводилась проверка по средним расчетным параметрам с обеспеченностью 0,98.

Расчет параметров СКВ

Средние расчетные параметры наружного воздуха для зимнего отопительного периода в Йошкар-Оле приняты [6]:

средняя температура за отопительный период tн.ср = –5,1 °C; средняя относительная влажность φн.ср. = 80 %, что соответствует влагосодержанию dн.ср. = 2 г/кг.

Продолжительность отопительного периода, когда среднесуточная температура не превосходит +8, °C, составляет не менее 220 суток. При необеспеченности 0,98 суммарное время отклонений параметров в залах за сезон может превысить 100 часов, что недопустимо для музейного помещения. Поэтому СКВ для экспозиционных залов проектировались на экстремальные внешние условия: на абсолютную минимальную температуру tн.min = –47,0 °C при влагосодержании dн.min = 0,04 г/кг [6]. Низкое влагосодержание наружного воздуха вынудило принять для экспозиционных залов галереи в расчетном режиме более высокие нижние границы температуры и относительной влажности (tвн = 20 °C и φвн = 50 %), чем это рекомендуется федеральными требованиями [3, 4, 5].

Для холодного периода года расчет выполнялся для двух режимов: ночного, когда в зале отсутствуют люди и минимум технических тепловыделений, и дневного, в режиме максимального заполнения зала людьми, когда есть теплопоступления от людей и приборов. На диаграмме влажного воздуха (i-d-диаграмме) (рис. 2) показаны процессы обработки наружного воздуха для этих двух режимов как в условиях низких (tн.min), так и средних за отопительный период (tн.ср) наружных температур. На этой же диаграмме точками 1 ÷4 выделена допустимая область параметров (Вн) для обслуживаемой зоны (зоны пребывания людей) в экспозиционных залах.

Подготовка наружного воздуха выполняется в два этапа: в центральных кондиционерах, размещенных в подвальном помещении, и в эжекционных доводчиках, размещенных в залах по специальному проекту. При расчете учитывалось также влияние вытеснительной вентиляции залов на работу СКВ.

Рисунок 2. построение двух режимов работы СКВ для экспозиционного зала в холодный и переходный периоды года. Обозначение процессов: Нmin (Нср) > Нк (Нк.ср) – нагрев санитарной нормы приточного наружного воздуха при минимальной (средней) температуре наружного воздуха; Нк (Нк.ср) → А – адиабатное увлажнение, протекающее по изоэнтальпе; А → Пн – нагрев в вентиляторе и воздуховодах; В → Вт – нагрев эжектируемого воздуха в теплообменнике ДЭ; Пн → П ← Вт – смешение приточного и рециркуляционного потоков воздуха в ДЭ; П → В – трансформация параметров воздуха в обслуживаемой зоне

В ночном режиме, при минимальных нагрузках в зале, условию минимума нагрузок на СКВ отвечают параметры точки 1 в области допустимых параметров обслуживаемой зоны зала tвн (см. рис. 2). В этой точке температура воздуха tвн1 = +20 °C и относительная влажность φвн1 = 50 %, что соответствует влагосодержанию dвн1 = 7,2 г/кг. Поэтому на первом этапе, в центральных кондиционерах, готовился воздух с влагосодержанием не ниже dвн1 = 7,2 г/кг с возможностью небольшого превышения этого влагосодержания при всех возможных колебаниях параметров наружного воздуха за весь отопительный период.

Для этого наружный воздух нагревался в двух ступенях: в теплообменнике-утилизаторе теплоты вытяжного воздуха, подогрев в котором ограничивается работоспособностью теплообменника на стороне вытяжки, и в калорифере, подключенном к системе горячего водоснабжения. При низких температурах влагосодержание наружного воздуха много ниже dвн1 = 7,2 г/кг, и поэтому температура нагрева в калорифере регулируется так, чтобы после увлажнителя в точке А (см. рис. 2) его влагосодержание составляло dА = 7,2 г/кг. Например, при минимальной наружной температуре tнmin = –47,0 °C воздух нагревался до tнк = +31 °C, что соответствует температуре мокрого термометра tнк.м = +11 °C. В адиабатном увлажнителе приточный воздух орошается водой, и его температура снижается до точки А (см. рис. 2). Эффективность блока адиабатного увлажнения (Еа) равна 0,9, и поэтому температура в точке А составит:

При этом влагосодержание воздуха возрастет до dпн = 7,2 г/кг, что требуется в этом режиме работы. Если же температура наружного воздуха выше – например, соответствует точке tн.ср, то подогрев в калорифере выполняется до параметров точки tнк.ср, которой также соответствует температура по мокрому термометру tнк.м = +11 °C, и поэтому после адиабатного увлажнителя, с учетом его эффективности, мы также получим воздух с влагосодержанием не ниже 7,2 г/кг.

Глубокие скачки параметров наружного воздуха по температуре и влажности в зимний и переходный периоды года эффективно компенсируются в цент-ральном кондиционере сочетанием регулируемого подогрева и эффективного адиабатного увлажнения. Расчеты показывают, что в широком диапазоне изменений внешних параметров на выходе кондиционеров получается приточный воздух с небольшими отклонениями от целевых значений: с температурой tА = 13,0 ± 0,5 °C и влагосодержанием dА = 7,2 ÷ 8,0 г/кг.

Приготовленный таким образом в кондиционерах воздух поступает в объеме до Vпн = 5000 м3/ч в каждый из залов. Приточный вентилятор каждого кондиционера, в котором температура воздуха повышается на один градус (точка Ппн), нагнетает газ в распределительную сеть отдельно для второго и третьего этажей, откуда он поступает к эжекционным доводчикам, расположенным в основном в подоконных нишах на южной стене каждого зала.

Реализованная система

Местно-центральная СКВ, реализованная в экспозиционных залах, оснащена отечественными доводчиками, в которых выполняется окончательная регулировка параметров приточного воздуха перед подачей его в зал. В основном доводчики установлены в подоконном пространстве на южном фасаде здания галереи. Для сохранения архитектурного облика зала доводчики размещены за декоративными панелями с приточными решетками (рис. 3).

Рисунок 3. Вид на доводчики в подоконном пространстве и способ их подключения (на выноске)

В отопительный период доводчики автоматически, по сигналам от датчиков в зале, компенсируют теплопотери зала. Нагретый воздух от ДЭ поступает в зал и поддерживает внутреннюю температуру в установленных границах tвн = +20,0÷24,0 °C. При этом влагосодержание автоматически выдерживается в границах φвн = 50÷60 %.

Конструкция эжекционного доводчика предназначена для круглогодичного прецизионного кондиционирования воздуха во внутренних помещениях, имеет внешний подвод первичного приточного воздуха, в зависимости от сезона охлажденного или подогретого в центральном кондиционере, и встроенные корректирующие теплообменники, которые подключаются к системам подачи тепла и (или) холода, которые регулируются по сигналам от датчиков во внутреннем помещении. На рис. 3 показана схема подключения отдельного доводчика. В зависимости от решаемых задач встроенные теплообменники имеют двух- или четырехтрубную систему питания. В каждом экспозиционном зале размещено по 28 эжекционных доводчиков, из которых 24 доводчика четырехтрубные с двумя встроенными теплообменниками, способные регулировать как подогрев циркулирующего воздуха зимой, так и его охлаждение летом, а остальные – двухтрубные с одним теплообменником–нагревателем – предназначенные только для подогрева циркулирующего воздуха в отопительный период.

Рисунок 4. Конструкция, основные элементы и принцип работы эжекторного доводчика

Принцип работы доводчика показан на рис. 4. Выбранные доводчики рассчитаны на подачу 150 нм3/ч приточного первичного воздуха, что регулировалось выбором размера сопел. Наружный воздух от приточной секции кондиционера поступает в камеру первичного воздуха и через сопла диаметром 5 мм со скоростью примерно 14 м/сек нагнетается в камеру смешения. В камере смешения создается разрежение, которое эжектирует через щель в подоконнике внутренний воздух из помещения. Воздух эжектируется со стороны внутреннего остекления и из верхней зоны помещения. У используемых доводчиков коэффициент эжекции равен Кэ = 2,8, что соответствует рециркуляции 420 нм3/ч внутреннего воздуха из помещения. В зависимости от сезона эжектируемый поток внутреннего воздуха нагревается или охлаждается во встроенных теплообменниках.

Литература

Thomson G. The Museum Environment. Scientific Adviser. 2nd ed. – London: Butterworths, 1986. Технология, исследование и хранение произведений станковой и настенной живописи / Под ред. Ю. И. Гренберга. – М.: Изобразительное искусство, 1987. СНиП 2.08.02–89* «Общественные здания и сооружения». – М., 1989. Межгосударственный стандарт. ГОСТ 30494–96 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях». – М., 1996. СНиП 2.04.05–91 «Отопление, вентиляция и кондиционирование». – М.: ГУП ЦПП, 1998. СНиП 23-01–99 «Строительная климатология». – М.: ГУП ЦПП, 2000.

Окончание статьи читайте в следующем номере