Проектирование и расчет энергоэффективной системы вентиляции и кондиционирования для общественного здания (на примере кинотеатра) с учетом актуальных нормативных требований и принципов автоматизации

В эпоху, когда комфорт и безопасность стали неотъемлемыми атрибутами повседневной жизни, а вопросы энергоэффективности и экологической ответственности приобретают все большую актуальность, проектирование инженерных систем для общественных зданий выходит на качественно новый уровень. Зрительный зал кинотеатра – это не просто помещение для досуга, это уникальная среда, где сотни людей одновременно пребывают в течение нескольких часов, генерируя значительные тепловые и влажностные нагрузки. Создание оптимального микроклимата в таких условиях – это сложнейшая инженерная задача, требующая не только глубоких знаний в области ОВК, но и строгого следования актуальным нормативным требованиям, а также применения передовых технологий.

Настоящая дипломная работа посвящена разработке и расчету системы вентиляции и кондиционирования воздуха для кинотеатра. Основная цель проекта – обеспечить комфортные и безопасные условия пребывания зрителей, при этом минимизируя эксплуатационные затраты за счет применения энергоэффективных решений и современных систем автоматизации. В рамках работы будут решены следующие задачи:

• Анализ и применение действующей нормативно-методической базы РФ.
• Детальный расчет теплопотерь, теплопоступлений, влаго- и газовыделений для определения нагрузок на систему.
• Графическое моделирование процессов обработки воздуха на I-d диаграмме.
• Аэродинамический расчет воздуховодов и подбор воздухораспределительных устройств для достижения равномерного воздухообмена.
• Выбор основного оборудования (вентиляторы, калориферы, фильтры) с учетом заданных параметров.
• Разработка подходов к автоматизации системы для оптимизации энергопотребления и повышения надежности.
• Учет требований пожарной, акустической и экологической безопасности.

Логика изложения материала построена таким образом, чтобы последовательно раскрыть каждый этап проектирования – от фундаментальных нормативных требований до тонкостей автоматизации и аспектов безопасности. Такой системный подход позволит не только продемонстрировать глубокое понимание темы, но и предложить практически применимые решения для современного общественного здания.

Анализ нормативно-методической базы и определение параметров микроклимата

Когда речь заходит о создании здоровой и комфортной среды в здании, отправной точкой всегда служат нормативные документы. Они выступают в роли незыблемого фундамента, на котором строится весь инженерный замысел. В Российской Федерации разработка систем отопления, вентиляции и кондиционирования (ОВК) строго регламентируется целым комплексом стандартов, сводов правил и санитарных норм, призванных обеспечить не только комфорт, но и безопасность, а также энергоэффективность. Ведь без четкого соблюдения этих предписаний невозможно гарантировать ни здоровье посетителей, ни экономичность эксплуатации объекта.

Обзор действующей нормативной документации РФ в области ОВК

Проектирование любой инженерной системы, особенно такой критически важной, как ОВК, немыслимо без глубокого погружения в нормативную базу. Сегодняшний день (31.10.2025) диктует применение наиболее актуальных редакций документов. Акцент на последних актуализациях нормативной базы не просто дань моде, а необходимость, продиктованная развитием технологий, изменением климатических условий и ужесточением требований к энергоэффективности и здоровью населения.

Один из краеугольных камней – это СП 50.13330.2024 «Тепловая защита зданий», вступивший в силу 15 июня 2024 года и заменивший предыдущую версию СП 50.13330.2012. Этот свод правил задает основные требования к тепловой защите зданий, напрямую влияя на расчеты теплопотерь и, как следствие, на мощность систем отопления и вентиляции. Он направлен на обеспечение нормируемой температуры внутреннего воздуха, предотвращение образования конденсата на поверхностях ограждающих конструкций и, что особенно важно в контексте современного строительства, на снижение энергозатрат на отопление и вентиляцию. Принципы расчета, изложенные в СП 50.13330.2024, включают детальное определение приведенного сопротивления теплопередаче для различных типов ограждений.

Не менее значимым является СП 7.13130.2013 «Отопление, вентиляция и кондиционирование. Требования пожарной безопасности». Этот документ является обязательным для исполнения и регулирует все аспекты, связанные с пожарной безопасностью систем ОВК. Он вводит такие критически важные понятия, как «противодымная вентиляция» (система, регулирующая газообмен для предотвращения распространения продуктов горения по зданию), «противопожарный клапан» (автоматически управляемое устройство для перекрытия воздушных каналов при пожаре) и «дымоприемное устройство». Игнорирование этих требований может привести к катастрофическим последствиям в случае возникновения чрезвычайной ситуации.

Фундаментальные параметры микроклимата, влияющие на самочувствие и работоспособность человека, установлены ГОСТ 30494-2011 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях». Этот стандарт определяет оптимальные и допустимые значения температуры, относительной влажности, скорости движения воздуха, а также требования к чистоте воздуха, что критически важно для проектирования систем кондиционирования.

В дополнение к ГОСТу, с 1 марта 2021 года действует СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания». Этот документ детализирует гигиенические требования к микроклимату, устанавливая допустимые интервалы для температуры воздуха и поверхностей, относительной влажности, скорости движения воздуха и интенсивности теплового облучения, в том числе для рабочих мест и помещений общественного назначения. Например, для офисных помещений оптимальная скорость движения воздуха колеблется в пределах 0,1–0,2 м/с.

Взаимосвязь этих документов формирует комплексную правовую и техническую базу, которую обязан учитывать каждый инженер-проектировщик.

Нормирование параметров микроклимата для зрительных залов кинотеатров

Зрительный зал кинотеатра – это уникальное пространство с точки зрения микроклимата. Высокая плотность людей, отсутствие естественного проветривания во время сеанса, значительные тепловыделения от публики и оборудования, а также необходимость поддержания специфических условий (например, низкой освещенности) – все это накладывает особые требования на систему ОВК.

Согласно ГОСТ 30494-2011, для общественных зданий устанавливаются следующие оптимальные и допустимые параметры микроклимата:

Параметр микроклимата	Оптимальные значения	Допустимые значения
Температура воздуха	20-22°C	18-24°C (до 24°C в районах с tн.х.5дн ≤ -31°С)
Относительная влажность	45-30%	Не более 60%
Скорость движения воздуха	Не более 0,15 м/с	Не более 0,2 м/с
Перепад температуры воздуха	Не более 2°C	Не более 3°C
Изменение скорости движения воздуха	Не более 0,07 м/с	Не более 0,1 м/с
Изменение относительной влажности	Не более 7%	Не более 15%

Важно отметить, что СанПиН 1.2.3685-21 дополнительно подчеркивает важность поддержания гигиенически безопасных условий.

Для зрительных залов кинотеатров, где количество людей может достигать нескольких сотен, ключевым параметром является воздухообмен. Нормативные документы, в частности, устанавливают требование подачи наружного воздуха в объеме не менее 20 м³/ч на одного человека. Это обеспечивает необходимое разбавление углекислого газа и других антропотоксинов, выделяемых людьми. Что из этого следует? Несоблюдение этого норматива напрямую ведет к снижению когнитивных способностей, дискомфорту и ухудшению общего самочувствия зрителей, превращая поход в кино в испытание, а не удовольствие.

При этом кратность воздухообмена в больших по площади помещениях, таких как концертные или зрительные залы вместимостью до 800 человек, может составлять 2 раза в час. Однако это допустимо только при условии, что подпитка наружным воздухом соответствует норме 20 м³/ч и более на человека. Такой подход позволяет использовать рециркуляцию воздуха, значительно снижая затраты на его подогрев или охлаждение, но всегда с приоритетом подачи свежего воздуха.

Необходимо также четко определить «обслуживаемую зону помещения». Это пространство, в котором должны поддерживаться нормируемые параметры микроклимата. Согласно ГОСТ 30494-2011, для стоящих или движущихся людей она ограничена плоскостями на высоте 0,1 и 2,0 м над уровнем пола. Для сидящих людей эта зона определяется до высоты 1,5 м над уровнем пола. При этом обслуживаемая зона не должна быть ближе 1 м от потолка и 0,5 м от стен и окон, поскольку в этих областях могут возникать локальные перепады температуры и скорости воздуха, которые выходят за рамки комфортных значений. В нерабочее время (например, ночью) в общественных зданиях допускается снижение температуры до 12°С.

Понимание и строгое соблюдение этих норм позволяет не только создать комфортную среду, но и избежать проблем с контролирующими органами, а также гарантировать долгосрочную и эффективную эксплуатацию системы ОВК.

Теплофизический расчет и определение воздухообмена

Сердцевина любого проекта ОВК – это точные расчеты тепловых и влажностных нагрузок. Без них невозможно адекватно подобрать оборудование, обеспечить комфорт и достичь желаемой энергоэффективности. От корректности этих расчетов зависит не только работоспособность системы, но и ее экономичность на протяжении всего срока службы.

Расчет теплопотерь здания

Здание постоянно теряет тепло в окружающую среду, особенно в холодный период года. Эти потери происходят через все ограждающие конструкции: стены, окна, крышу, пол. Точное определение этих теплопотерь является первым и важнейшим шагом в проектировании системы отопления и приточной вентиляции.

Основным нормативным документом, регулирующим этот процесс, является СП 50.13330.2024 «Тепловая защита зданий». Этот свод правил предписывает методику расчета теплопотерь, основанную на определении приведенного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций. Приведенное сопротивление теплопередаче (R_пр) учитывает не только теплопроводность материалов, но и неоднородности конструкции (например, оконные переплеты, мостики холода). Формула для определения приведенного сопротивления теплопередаче имеет вид:

Rпр = 1 / [ Σ (1/Ri) ⋅ Fi / F ]

Где:

• R_i — сопротивление теплопередаче отдельного участка ограждающей конструкции, м²⋅°C/Вт;
• F_i — площадь отдельного участка ограждающей конструкции, м²;
• F — общая площадь ограждающей конструкции, м².

Расчет теплопотерь через отдельную ограждающую конструкцию (Q_i) осуществляется по формуле:

Qi = Fi ⋅ (Tвн - Tнар) / Rпр,i

Где:

• F_i — площадь ограждающей конструкции, м²;
• T_вн — расчетная температура внутреннего воздуха, °C;
• T_нар — расчетная температура наружного воздуха, °C;
• R_пр,i — приведенное сопротивление теплопередаче i-й ограждающей конструкции, м²⋅°C/Вт.

Общие теплопотери здания Q_общ рассчитываются как сумма теплопотерь через все ограждающие конструкции, а также инфильтрационных теплопотерь (связанных с проникновением холодного воздуха через неплотности):

Qобщ = ΣQi + Qинф

Для эскизного проектирования или предварительных расчетов, когда нет возможности провести детальный теплотехнический расчет, могут быть использованы упрощенные методики, например, разработанная В.М. Чаплиным. Эта методика позволяет получить ориентировочные значения теплопотерь по укрупненным показателям с использованием коэффициентов. Формула для упрощенного расчета теплопотерь выглядит так:

QТ (кВт/ч) = (100 Вт/м2 ⋅ S (м2) ⋅ K1 ⋅ K2 ⋅ K3 ⋅ K4 ⋅ K5 ⋅ K6 ⋅ K7) / 1000

Где:

• Q_Т — тепловая мощность, необходимая для компенсации теплопотерь, кВт/ч;
• S — площадь помещения, м²;
• K₁ — поправка на температуру наружного воздуха (от 1,0 до 1,3, увеличивается с понижением T_нар);
• K₂ — поправка на тип остекления (от 1,0 для тройного стеклопакета до 1,2 для одинарного остекления);
• K₃ — поправка на теплоизоляцию стен (от 0,8 для высокоэффективных стен до 1,5 для неизолированных);
• K₄ — поправка на потолок/чердак (от 1,0 для отапливаемого чердака до 1,2 для холодного);
• K₅ — поправка на пол/подвал (от 1,0 для отапливаемого подвала до 1,2 для пола по грунту);
• K₆ — поправка на вентиляцию (от 1,2 до 1,5, учитывает потери с вытяжным воздухом);
• K₇ — поправка на негерметичности (от 1,0 до 1,2, учитывает инфильтрацию через неплотности).

Точные значения этих коэффициентов выбираются из таблиц, приводимых в методике, на основе конкретных условий здания и климатического района.

Расчет теплопоступлений

В отличие от теплопотерь, теплопоступления – это приток тепловой энергии в помещение, который необходимо компенсировать системой охлаждения (кондиционирования) в теплый период года или учитывать при расчете отопления в холодный. Основные источники теплопоступлений включают солнечную радиацию, тепловыделения от людей, осветительных приборов и различного оборудования.

1. Теплопоступления от солнечной радиации:
Через остекленные проемы и массивные ограждающие конструкции солнечная радиация может вносить значительный вклад в тепловой баланс помещения. Методика расчета, разработанная профессором В.Н. Богословским, является классической в этой области.

Тепловой поток от солнечной радиации через световой проем (Q_{сол,ост}) рассчитывается по формуле:

Qсол,ост = Fост ⋅ Kпр ⋅ Iсол ⋅ cos(α) ⋅ Kор ⋅ Kзат

Где:

• F_ост — площадь остекления, м²;
• K_пр — коэффициент проницаемости ограждения для солнечной радиации (зависит от типа стекла и его чистоты);
• I_сол — интенсивность солнечной радиации на перпендикулярную поверхность, Вт/м²;
• cos(α) — косинус угла падения солнечных лучей на поверхность;
• K_ор — поправочный коэффициент на ориентацию (учитывает фактическую ориентацию окон относительно сторон света);
• K_зат — поправочный коэффициент на затенение (учитывает внешние факторы – соседние здания, деревья и т.д.).

Тепловой поток через массивное ограждение (Q_{сол,масс}) рассчитывается с учетом коэффициента поглощения солнечной радиации наружной поверхностью (α_погл), площади наружного ограждения (F_нар), инсоляции (I_сол) и тепловой инерции ограждения. Из-за тепловой инерции массивных конструкций тепловой поток имеет запаздывающий характер.

2. Тепловыделения от людей:
Люди являются одним из основных источников теплоты и влаги в общественных помещениях, особенно в кинотеатрах. Эти выделения зависят от уровня физической активности, возраста и пола.

В летнее время, при легкой работе (например, сидящие зрители), человек выделяет около 100 Вт явного теплоизбытка и 44 г/ч влаги. Эти значения могут изменяться:

• Женщины обычно выделяют около 85% тепла и влаги по сравнению с мужчинами.
• Дети — около 75%.
• При более интенсивной физической активности (например, стоя или при ходьбе) тепловыделения значительно возрастают: до 120-150 Вт явного тепла и 55-70 г/ч влаги.

При расчете для зрительного зала необходимо учитывать максимальное количество людей, а также их усредненную активность.

3. Теплопоступления от источников внутреннего тепловыделения:
В современных кинотеатрах также присутствуют значительные тепловыделения от:

• Осветительных приборов: Светодиодные светильники более эффективны, но все равно выделяют тепло. Мощность тепловыделения принимается равной электрической мощности светильников.
• Электронного и технологического оборудования: Проекторы, акустические системы, серверы, компьютеры, кассовое оборудование – все это является источниками тепла. Для каждого типа оборудования необходимо использовать паспортные данные или усредненные значения (например, 70-80% от потребляемой электрической мощности).

Расчет влаго- и газовыделений

Помимо теплоты, люди и другие источники выделяют влагу и углекислый газ, что напрямую влияет на качество воздуха и требует соответствующего воздухообмена.

1. Расчет влаговыделений от людей:
Общее количество влаги, выделяемой людьми (W_люд), рассчитывается как сумма выделений от каждого человека в определенных условиях:

Wлюд = Σ (wi люд ⋅ ni)

Где:

• w_{i люд} — удельное выделение влаги одним человеком в определенных условиях, г/ч ⋅ чел;
• n_i — количество людей в данном состоянии.

Удельные значения w_{i люд} при температуре воздуха 20°C и относительной влажности 50% составляют:

• для сидящего человека: ≈ 40 г/ч;
• для чел��века, выполняющего легкую работу: ≈ 60 г/ч;
• для человека при средней физической нагрузке: 100-150 г/ч;
• для человека при тяжелой физической работе: до 300 г/ч.

2. Расчет влаговыделений с открытых поверхностей воды:
В некоторых помещениях (например, в фойе с фонтанами или при наличии влажных уборок) могут быть влаговыделения с открытых поверхностей воды. Формула для их расчета:

W = (а + 0,131 ⋅ V) (Рнп – Рп) ⋅ F

Где:

• W — скорость испарения влаги, г/ч;
• а — фактор гравитационной подвижности воздуха, г/(м²⋅ч⋅Па) (обычно в диапазоне 2-8; для спокойного воздуха над свободной поверхностью воды ≈ 2-4);
• V — скорость воздуха над поверхностью, м/с;
• Р_нп — давление насыщенного водяного пара при температуре воды, Па;
• Р_п — парциальное давление водяного пара в воздухе помещения, Па;
• F — площадь испарения, м².

3. Расчет выделения углекислого газа от людей:
Концентрация CO₂ является одним из важнейших показателей качества воздуха, особенно в помещениях с большим скоплением людей. Общее количество выделяемого углекислого газа (M_CO₂) рассчитывается:

MCO₂ = nл ⋅ mCO₂

Где:

• n_л — количество людей;
• m_CO₂ — удельное выделение CO₂ одним человеком, г/ч ⋅ чел.

Удельное выделение CO₂ одним человеком:

• в состоянии покоя: 18-20 г/ч;
• при легкой работе (сидя): 22-26 г/ч (типичное значение для кинозала – 25 г/ч ⋅ чел);
• при умеренной физической активности: 30-35 г/ч;
• при тяжелой работе: 45-50 г/ч.

4. Анализ концентрации CO₂:
Предельно допустимая концентрация CO₂ (ПДК) для долговременного пребывания в воздухе помещений составляет 3,45 г/м³. Это соответствует примерно 1800 ppm (частей на миллион). Однако для обеспечения оптимального комфорта и поддержания высокой когнитивной функции рекомендуется поддерживать уровень CO₂ до 1000 ppm (что составляет около 1,9 г/м³). Уровни выше 1400 ppm (около 2,6 г/м³) могут вызывать дискомфорт, сонливость и снижение концентрации внимания. Таким образом, проектирование системы вентиляции должно быть нацелено на поддержание CO₂ в пределах оптимальных значений, а не только ПДК. Какой важный нюанс здесь упускается? Низкий уровень CO₂ не просто «комфортен», он напрямую влияет на продуктивность мозга, способность концентрироваться и предотвращает головные боли, что для длительного просмотра фильма критически важно.

Расчет воздухообмена

После определения всех тепловых и влажностных нагрузок, а также выделений вредных веществ, можно приступить к расчету необходимого объема воздухообмена, который является ключевым параметром для подбора вентиляционного оборудования. Воздухообмен рассчитывается по нескольким критериям, и для проектирования принимается наибольшее из полученных значений.

1. Расчет воздухообмена по удалению теплоизбытков:
Если в помещении наблюдаются избытки явной теплоты (Q_изб), то для их удаления необходимо подать определенный объем воздуха. Формула для расчета воздухообмена (L) в этом случае:

L = Qизб / (ср ⋅ ρ ⋅ (Твыт – Тприт))

Где:

• L — требуемый расход воздуха, м³/ч;
• Q_изб — избытки явной теплоты в помещении, Вт;
• с_р — изобарная теплоемкость воздуха, Дж/(кг⋅К) (при нормальных условиях ≈ 1005 Дж/(кг⋅К) или 1,005 кДж/(кг⋅К); часто принимают усредненное значение 1,01 кДж/(кг⋅К) для расчетов в ОВК);
• ρ — плотность воздуха, кг/м³ (при 20°C и нормальном давлении ≈ 1,2 кг/м³);
• Т_выт — температура вытяжного воздуха из помещения, °C;
• Т_прит — температура приточного воздуха, подаваемого в помещение, °C.

2. Расчет воздухообмена по удалению вредных веществ (включая CO₂):
Для поддержания допустимой концентрации вредных веществ (z_Т) в помещении, при условии их выделения (M_i) и наличия в приточном воздухе (z₁), воздухообмен (L) рассчитывается по формуле:

L = Mi / (zТ – z1)

Где:

• L — требуемый расход воздуха, м³/ч;
• M_i — масса выделяемого вредного вещества за единицу времени, г/ч;
• z_Т — предельно допустимая или оптимальная концентрация вредного вещества в воздухе помещения, г/м³;
• z₁ — концентрация вредного вещества в приточном воздухе, г/м³ (для наружного воздуха, как правило, принимается равной 0,0007 г/м³ для CO₂).

Для расчета по CO₂:

LCO₂ = MCO₂ / (zТ,CO₂ – z1,CO₂)

Где M_CO₂ было рассчитано ранее. Значение z_Т,CO₂ можно принять как оптимальное (1,9 г/м³) или допустимое (3,45 г/м³), в зависимости от проектных целей.

При проектировании принимается наибольшее значение воздухообмена, полученное по всем критериям (по теплоизбыткам, по влаговыделениям, по CO₂, по кратности, по санитарным нормам 20 м³/ч на человека), чтобы гарантировать создание комфортных и безопасных условий в помещении.

Процессы обработки воздуха на I-d диаграмме и принципы построения

Чтобы эффективно управлять микроклиматом, инженеру-проектировщику необходимо не только рассчитать параметры, но и понять, как воздух изменяет свое состояние в процессе обработки. Здесь на помощь приходит мощный графический инструмент – I-d диаграмма влажного воздуха, также известная как диаграмма Рамзина. Она позволяет наглядно представить и точно рассчитать все термодинамические процессы, происходящие с воздухом в системе ОВК.

Теоретические основы I-d диаграммы влажного воздуха

I-d диаграмма влажного воздуха (диаграмма Рамзина) – это незаменимый графический инструмент, широко используемый в инженерных расчетах систем вентиляции, кондиционирования и осушки. Она представляет собой систему координат, которая связывает воедино ключевые параметры тепловлажностного состояния воздуха:

• Энтальпия (I), кДж/кг – мера общего теплосодержания влажного воздуха, включая теплоту сухого воздуха и скрытую теплоту парообразования водяного пара.
• Влагосодержание (d), г/кг сухого воздуха – масса водяного пара, приходящаяся на 1 кг сухого воздуха.
• Температура (T), °C – температура сухого термометра, характеризующая явное теплосодержание воздуха.
• Относительная влажность (φ), % – отношение фактического парциального давления водяного пара к давлению насыщенного пара при той же температуре.
• Парциальное давление водяных паров (Р_п), Па.

Диаграмма построена в косоугольной системе координат. Это неслучайно: такое построение позволяет значительно увеличить рабочую область диаграммы для ненасыщенного влажного воздуха, которая наиболее часто используется в практических расчетах. Горизонтальная ось обычно представляет влагосодержание (d), а наклонные линии – энтальпию (I). Изотермы (линии постоянной температуры) и изогигромы (линии постоянной относительной влажности) также наносятся на диаграмму. Такая геометрия упрощает графическое построение процессов, делая их интуитивно понятными.

Графическое представление основных процессов обработки воздуха

На I-d диаграмме каждый процесс обработки воздуха отображается в виде линии или последовательности линий, что позволяет отслеживать изменения всех параметров состояния воздуха.

Рассмотрим основные процессы:

1. Адиабатный процесс (I=const):
Этот процесс характеризуется постоянной энтальпией воздуха. На диаграмме он изображается горизонтальной линией, параллельной оси влагосодержания. Типичный пример – адиабатное увлажнение в оросительной камере или увлажнителе воздуха. При этом происходит:

• Снижение температуры воздуха (T).
• Увеличение влагосодержания (d).
• Увеличение относительной влажности (φ).

Когда воздух проходит через оросительную камеру, он контактирует с водой. Если вода имеет температуру, близкую к температуре мокрого термометра воздуха, то происходит испарение воды в воздух. Теплота, необходимая для испарения, берется из явной теплоты воздуха, что приводит к снижению его температуры.

2. Охлаждение при постоянном влагосодержании (d=const):
Этот процесс происходит, когда воздух охлаждается без изменения его влагосодержания, например, при прохождении через сухой охладитель (поверхностный теплообменник без конденсации влаги). На I-d диаграмме он отображается вертикальной линией, параллельной оси энтальпии. В этом процессе:

• Уменьшается температура (T).
• Уменьшается теплосодержание (I).
• Увеличивается относительная влажность (φ).

Если же охлаждение продолжается ниже точки росы воздуха, то происходит осушка воздуха с выделением влаги (конденсация). Этот процесс на диаграмме будет представлен сначала вертикальной линией (до точки росы), а затем линией, идущей по кривой насыщения (φ=100%) вниз и влево, поскольку при конденсации влаги уменьшается и влагосодержание, и энтальпия.

3. Нагрев воздуха при постоянном влагосодержании (d=const):
Этот процесс является обратным охлаждению без конденсации и происходит, например, в калорифере. На диаграмме он также изображается вертикальной линией вверх. При нагреве:

• Увеличивается температура (T).
• Увеличивается теплосодержание (I).
• Уменьшается относительная влажность (φ), так как способность воздуха удерживать влагу растет с температурой.

Примеры построения процессов:
Представим, что необходимо охладить воздух с начальными параметрами T₁ = 28°C, φ₁ = 60% до T₂ = 18°C с осушкой.

1. Находим точку 1 (T₁, φ₁) на I-d диаграмме.
2. Охлаждаем воздух при d=const до достижения точки росы (пересечение с кривой φ=100%). Это будет точка 1′.
3. Дальнейшее охлаждение ниже точки росы приведет к конденсации влаги. Процесс пойдет по кривой насыщения вниз и влево до достижения требуемой температуры T₂. Это будет точка 2.
4. В точке 2 мы увидим новые значения d₂, φ₂ и I₂, где d₂ < d₁, что свидетельствует об осушении.

Применение рециркуляции в системах ОВК

Рециркуляция воздуха – это практика повторного использования части вытяжного воздуха в системе ОВК после его смешивания с наружным воздухом и соответствующей обработки. Этот подход широко применяется в системах кондиционирования воздуха и вентиляции для крупных помещений, таких как зрительные залы кинотеатров, и играет ключевую роль в повышении энергоэффективности.

Основное обоснование для использования рециркуляции – это снижение эксплуатационных затрат. Наружный воздух, особенно в холодный или жаркий период, требует значительных энергозатрат на подогрев или охлаждение до необходимых параметров. Используя часть уже обработанного воздуха из помещения, можно существенно уменьшить потребность в энергии.

Однако применение рециркуляции строго регламентируется нормативными документами, чтобы не допустить ухудшения качества воздуха в помещении. Главное требование для зрительных залов кинотеатров заключается в обязательной подаче наружного воздуха в объеме не менее 20 м³/ч на человека. Это является минимально допустимой санитарной нормой для обеспечения дыхания и разбавления углекислого газа, антропотоксинов и запахов.

На I-d диаграмме процесс смешивания наружного и рециркуляционного воздуха отображается как отрезок прямой, соединяющий точки, соответствующие параметрам наружного и внутреннего воздуха. Точка смешения будет лежать на этом отрезке, и ее положение определяется соотношением объемов смешиваемых потоков. После смешения воздух проходит через воздухообрабатывающее устройство (калорифер, охладитель, увлажнитель), и процесс обработки далее отображается на диаграмме в соответствии с его физической природой.

Таким образом, I-d диаграмма не только инструмент для анализа отдельных процессов, но и мощное средство для комплексного моделирования всей системы обработки воздуха, позволяющее найти оптимальные решения для поддержания заданного микроклимата при минимальных энергозатратах.

Аэродинамический расчет систем воздуховодов и выбор воздухораспределителей

После того как определены объемы воздухообмена и параметры обработки воздуха, наступает этап проектирования системы транспортировки воздуха. Важно не только обработать воздух, но и эффективно, равномерно и бесшумно доставить его в обслуживаемую зону. Здесь вступает в дело аэродинамический расчет воздуховодов и подбор воздухораспределительных устройств.

Цели и этапы аэродинамического расчета

Основная цель аэродинамического расчета – определить потери давления (сопротивление) в сети воздуховодов и всех ее фасонных элементах, чтобы затем правильно подобрать вентилятор, способный создать необходимый напор для перемещения заданного расхода воздуха. Если вентилятор будет подобран неверно, система либо не сможет обеспечить расчетный воздухообмен, либо будет работать с излишним шумом и энергопотреблением.

Процесс аэродинамического расчета состоит из нескольких последовательных этапов:

1. Вычерчивание аксонометрической схемы: Начинается с построения трехмерной (или изометрической) схемы всей сети воздуховодов, включая все ответвления, подъемы, опускания, повороты и места установки оборудования (калориферы, фильтры, шумоглушители, клапаны). Это позволяет визуализировать систему и точно определить геометрию.
2. Разделение на участки: Схема делится на отдельные участки, в пределах которых расход воздуха остается постоянным. Каждый такой участок обозначается и нумеруется.
3. Определение длин участков: Для каждого участка измеряется его фактическая длина.
4. Идентификация и учет местных сопротивлений: На каждом участке определяются все местные сопротивления: отводы, тройники, крестовины, переходы, дроссель-клапаны, решетки, диффузоры, фильтры, калориферы, шумоглушители и другие элементы, изменяющие направление или скорость потока воздуха. Каждому такому элементу присваивается свой коэффициент местного сопротивления (ζ).
5. Выбор расчетного (наиболее протяженного) тракта: В системе определяется самый протяженный и/или нагруженный участок, имеющий наибольшее аэродинамическое сопротивление. Этот участок называется «расчетным трактом» или «магистралью». Расчет начинается именно с него, а затем, путем «уравнивания» сопротивлений, подбираются параметры для остальных участков.
6. Предварительный выбор скоростей воздуха: Для различных участков воздуховодов (магистрали, ответвления, воздуховоды в обслуживаемой зоне) выбираются допустимые скорости движения воздуха, исходя из требований по шуму и экономичности.

Методики расчета потерь давления

Потери давления в воздуховодах делятся на две основные категории: потери на трение и потери на местные сопротивления.

1. Потери давления на трение (по длине воздуховода) Δp_тр:
Эти потери возникают из-за вязкости воздуха и его трения о стенки воздуховода. Они рассчитываются по формуле Дарси-Вейсбаха, адаптированной для воздуховодов:

Δpтр = (λ ⋅ L / Dэ) ⋅ (ρ ⋅ V2 / 2)

Где:

• Δp_тр — потери давления на трение, Па;
• λ — коэффициент сопротивления трения (безразмерный, зависит от числа Рейнольдса и относительной шероховатости воздуховода);
• L — длина участка воздуховода, м;
• D_э — эквивалентный диаметр воздуховода, м;
• ρ — плотность воздуха, кг/м³ (принимается ≈ 1,2 кг/м³ при 20°C);
• V — средняя скорость воздуха на участке, м/с.

2. Потери давления на местные сопротивления Δp_мс:
Эти потери возникают в местах изменения направления, формы или скорости потока воздуха (отводы, тройники, клапаны, решетки и т.д.). Они рассчитываются по формуле:

Δpмс = Σζ ⋅ (ρ ⋅ V2 / 2)

Где:

• Δp_мс — потери давления на местные сопротивления, Па;
• Σζ — сумма коэффициентов местных сопротивлений для всех элементов на данном участке (значения ζ берутся из справочников);
• ρ — плотность воздуха, кг/м³;
• V — средняя скорость воздуха на участке, м².

3. Эквивалентный диаметр для прямоугольных воздуховодов:
Для прямоугольных воздуховодов, чтобы использовать формулы, разработанные для круглых, вводится понятие эквивалентного диаметра (D_э). Для прямоугольного воздуховода размерами a × b (где a и b – стороны сечения), эквивалентный диаметр рассчитывается по формуле:

Dэ = (2ab) / (a + b)

Суммарные потери давления по расчетному тракту представляют собой сумму потерь на трение и местные сопротивления по всем участкам этого тракта. Именно это значение и определяет требуемый напор вентилятора.

Принципы подбора воздухораспределительных устройств

Выбор воздухораспределительных устройств – это ответственный этап, влияющий на комфорт в помещении, эффективность вентиляции и уровень шума. Для зрительного зала кинотеатра особенно важно обеспечить равномерное распределение воздуха без сквозняков и посторонних шумов.

1. Критерии комфорта в обслуживаемой зоне:
Для зрительных залов критически важны следующие параметры, регламентированные, в частности, СП 271.1325800.2016 «Системы шумоглушения воздушного отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Правила проектирования» и СП 51.13330.2011 «Защита от шума»:

• Подвижность воздуха на входе в рабочую зону: Не более 0,25 м/с. Более высокие скорости вызовут ощущение сквозняка.
• Уровень шума: Не более 40 дБ(А) в зрительном зале во время работы системы. Это крайне важное требование для кинотеатра, где важна абсолютная тишина.
• Переохлаждение приточного воздуха относительно внутреннего: Не выше -1,5 К (1,5°C). Большая разница температур может вызвать дискомфорт и ощущение «холодного душа».

2. Расчет дальнобойности приточной струи и эффект Коанды:
Дальнобойность приточной струи (L_0,2) – это расстояние, на котором осевая скорость потока воздуха уменьшается до определенного значения (например, 0,2 м/с). Это значение является ключевым для определения необходимого количества и расположения воздухораспределителей.

При горизонтальной раздаче воздуха через потолочные воздухораспределители часто используется эффект Коанды. Суть его в том, что приточная струя «прилипает» к поверхности потолка и распространяется вдоль нее на значительное расстояние, постепенно смешиваясь с воздухом помещения. Это позволяет избежать прямого попадания холодной струи на людей и увеличить эффективную дальнобойность. Однако при большой разности температур приточного и внутреннего воздуха (например, ΔT > 6-8°C) струя может «отрываться» от потолка и опускаться слишком быстро, вызывая сквозняки.

Для увеличения дальнобойности и обеспечения комфорта современные воздухораспределители могут иметь изменяемый вертикальный угол выпуска воздуха. Это особенно полезно для адаптации системы к различным тепловым нагрузкам (например, зимой – подача воздуха под углом вверх для лучшего смешения, летом – более горизонтальная раздача).

3. Выбор типа воздухораспределителей:
При выборе типа воздухораспределителей (диффузоры, решетки, анемостаты) учитываются:

• Их технические характеристики: Дальнобойность, коэффициент индукции, падение давления, шумовые характеристики.
• Плотность расстановки: Должна быть достаточной для равномерного охвата обслуживаемой зоны без образования застойных участков или зон сквозняков.
• Удельная воздушная нагрузка: Объем воздуха, проходящий через один воздухораспределитель, должен соответствовать его возможностям.
• Архитектурные требования: Эстетический вид и интеграция в дизайн помещения.

Для больших объемов кинозалов часто применяются крупные диффузоры или специальные перфорированные панели, обеспечивающие низкоскоростную подачу воздуха или подачу смещающимся потоком.

4. Размещение вытяжных отверстий:
Вытяжные отверстия рекомендуется располагать вблизи приточных, но вне зоны действия активной части приточной струи. Это позволяет создать более эффективное движение воздуха в помещении, избежать «короткого замыкания» воздушных потоков и увеличить подпор, что способствует снижению неконтролируемой инфильтрации (проникновения наружного воздуха через неплотности).

Суммируя, аэродинамический расчет и продуманный выбор воздухораспределителей – это залог того, что система ОВК будет не просто подавать воздух, а создавать по-настоящему комфортный и здоровый микроклимат в таком специфическом помещении, как кинотеатр.

Подбор основного оборудования системы ОВК

После того как теплофизические и аэродинамические расчеты выполнены, а также определены параметры обработки воздуха, наступает ключевой этап – подбор основного оборудования. От правильности этого выбора зависит не только эффективность и надежность всей системы, но и ее долговечность, а также экономичность в эксплуатации. Необходимо отобрать компоненты, которые будут оптимально соответствовать расчетным нагрузкам и обеспечить заданные параметры микроклимата.

Подбор вентиляторов

Вентилятор – это «сердце» любой вентиляционной системы, обеспечивающее движение воздуха по воздуховодам. Его правильный подбор критически важен.

1. Определение требуемой производительности и полного давления:
Основными параметрами для подбора вентилятора являются:

• Производительность (Q), м³/ч или м³/с: Объем воздуха, который вентилятор должен перемещать в единицу времени. Это значение получается из расчета воздухообмена.
• Полное давление (Н), Па: Напор, который вентилятор должен создать для преодоления всех аэродинамических сопротивлений в сети воздуховодов (потери на трение и местные сопротивления). Это значение получается из аэродинамического расчета.

2. Анализ аэродинамических характеристик вентиляторов:
Производители вентиляторов предоставляют аэродинамические характеристики в виде графиков, которые показывают взаимосвязь между:

• Полным давлением (Н) и производительностью (Q).
• Потребляемой мощностью (N) и производительностью (Q).
• Полным КПД (η) и производительностью (Q).

На этих графиках необходимо найти рабочую точку – пересечение характеристики сети (зависимости сопротивления от расхода) с характеристикой вентилятора. Оптимальная рабочая точка должна находиться в зоне максимального КПД вентилятора, что обеспечивает наиболее эффективную и экономичную работу.

3. Расчет мощности вентилятора:
Полный КПД вентилятора (η) определяется как отношение полезной мощности (N_п) к потребляемой (N). Полезная мощность – это мощность, затраченная на перемещение воздуха:

Nп = Q ⋅ H

Где:

• Q — объемный расход воздуха, м³/с;
• Н — полное давление вентилятора, Па.

Тогда полный КПД: η = N_п / N. Он является произведением гидравлического, объемного и механического КПД.

Мощность электродвигателя вентилятора (Р), которую необходимо установить, рассчитывается по формуле:

Р = (Кзап ⋅ Q ⋅ H) / (ηв ⋅ ηп)

Где:

• Р — потребляемая электрическая мощность, Вт;
• К_зап — коэффициент запаса (обычно принимается в диапазоне 1,1 — 1,25, что позволяет учесть возможные отклонения в характеристиках оборудования и неточности расчетов);
• Q — расход воздуха, м³/с;
• Н — полное давление, Па;
• η_в — полный КПД вентилятора (значение из характеристик вентилятора в рабочей точке);
• η_п — КПД привода (например, электродвигателя). Для большинства промышленных вентиляторов находится в пределах 0,85 — 0,95 и зависит от его типа и мощности.

Расчет и подбор калориферов

Калориферы – это теплообменники, предназначенные для нагревания приточного воздуха в системах вентиляции и кондиционирования. Чаще всего используются водяные или электрические калориферы.

1. Определение расчетной тепловой мощности калорифера:
Расчетная тепловая мощность (Q_кал) определяется по формуле теплового баланса, исходя из требуемого расхода воздуха и необходимого перепада температур:

Qкал = (L ⋅ ρ ⋅ ср ⋅ ΔТ) / 3600

Где:

• Q_кал — требуемая тепловая мощность калорифера, кВт;
• L — объемный расход воздуха через калорифер, м³/ч;
• ρ — плотность воздуха, кг/м³. При нормальных условиях (0°C, 101,325 кПа) ≈ 1,293 кг/м³. Для расчетов в ОВК часто принимают усредненное значение ≈ 1,2 кг/м³ при 20°C.
• с_р — удельная изобарная теплоемкость воздуха, кДж/(кг⋅К). Принимается ≈ 1,005 кДж/(кг⋅К) или 1005 Дж/(кг⋅К).
• ΔТ — требуемая разница температур воздуха до и после калорифера (Т_вых – Т_вх), °C.

2. Расчет расхода теплоносителя (воды) для водяных калориферов:
Для водяных калориферов необходимо также рассчитать требуемый расход теплоносителя (воды), чтобы обеспечить заданную тепловую мощность.

GВ = (3600 ⋅ Qкал) / (сВ ⋅ (Твх – Твых))

Где:

• G_В — массовый расход воды, кг/ч;
• Q_кал — тепловая мощность калорифера, кВт;
• с_В — удельная теплоемкость воды, кДж/(кг⋅К). При средней температуре 10-50°C составляет приблизительно 4,187 кДж/(кг⋅К) или 4187 Дж/(кг⋅К).
• Т_вх — температура греющей воды на входе в калорифер, °C;
• Т_вых — температура воды на выходе из калорифера, °C.

На основании этих расчетов подбирается калорифер из каталогов производителей, учитывая его тепловые характеристики, потери давления по воздуху и по теплоносителю.

Выбор воздушных фильтров

Качество воздуха в помещении напрямую зависит от эффективности воздушных фильтров. Их выбор определяется назначением помещения и требованиями к чистоте воздуха.

1. Классификация воздушных фильтров:
Воздушные фильтры классифицируются по эффективности очистки в соответствии с международными стандартами (EN 779, EN 1822) и российскими ГОСТами (ГОСТ Р ЕН 779-2014, ГОСТ Р 51251-99).

Класс фильтра	Тип очистки	Эффективность улавливания частиц	Размер частиц, мкм	Примеры применения
G1-G4	Грубая	До 90% по весу (G4 > 90%)	> 10	Предварительная очистка, защита оборудования
M5-M6	Средняя	40-80% по синтетической пыли	1-10	Общественные здания, офисы
F7-F9	Тонкая	80-95% по частицам 0,4 мкм	0,4-1	Жилые и общественные здания, требующие высокого качества воздуха
H10-H14	HEPA (высокоэффективные)	≥ 99,995% (H14) по частицам 0,3 мкм	0,1-0,3	Чистые помещения, медицинские учреждения, лаборатории
U15-U17	ULPA (сверхвысокоэффективные)	> 99,9995% (U17) по частицам 0,1-0,2 мкм	< 0,1-0,2	Сверхчистые производства, фармацевтика

Для зрительных залов кинотеатров, где требуется высокое качество воздуха для комфорта и здоровья людей, обычно применяются фильтры классов G4 (предварительная очистка) и F7-F9 (тонкая очистка) в последовательности. Это позволяет эффективно улавливать как крупные частицы пыли, так и более мелкие, включая пыльцу и споры.

2. Критерии выбора фильтров:

• Требуемый класс чистоты воздуха: Определяется нормативными документами и назначением помещения.
• Пылеемкость: Количество пыли, которое фильтр может задержать до достижения предельного сопротивления. Чем выше пылеемкость, тем дольше срок службы фильтра.
• Начальное и конечное сопротивление: Важный параметр для аэродинамического расчета и подбора вентилятора.
• Габаритные размеры: Соответствие месту установки в вентустановке.

Подбор воздушно-регулирующих устройств

Воздушно-регулирующие устройства, такие как клапаны, необходимы для управления потоками воздуха в системе.

1. Воздушные клапаны:

• Обратные клапаны: Предотвращают обратное движение воздуха при выключении вентилятора или изменении давления в системе. Рекомендуемая скорость воздуха для их надежной работы должна быть не менее 6 м/с.
• Дроссельные клапаны: Используются для регулирования расхода воздуха в отдельных ветвях системы, «уравнивания» сопротивлений и обеспечения проектного воздухообмена. Могут быть с ручным или электрическим приводом (для автоматизированных систем).
• Противопожарные клапаны: Автоматически перекрывают воздуховоды при пожаре, препятствуя распространению продуктов горения. Их выбор осуществляется согласно СП 7.13130.2013.

При выборе клапанов учитываются:

• Тип воздуховода: Круглый или прямоугольный.
• Допустимые скорости воздуха: В воздуховодах обычно от 4 до 12 м/с. Для обратных клапанов скорость должна быть не менее 6 м/с для надежного закрытия, но не более 12 м/с для предотвращения излишнего шума и сопротивления.
• Материал изготовления: Долговечность и коррозионная стойкость.
• Потери давления: Влияние клапана на общее аэродинамическое сопротивление системы.

Комплексный и обоснованный подход к подбору каждого элемента системы ОВК – от вентилятора до мельчайшего клапана – является залогом создания эффективной, надежной и комфортной среды в зрительном зале кинотеатра.

Автоматизация и диспетчеризация систем вентиляции и кондиционирования

В современном мире, где энергосбережение и комфорт являются приоритетами, ручное управление сложными инженерными системами становится анахронизмом. Именно поэтому автоматизация и диспетчеризация систем вентиляции и кондиционирования (АСВК) играют ключевую роль, превращая разрозненные компоненты в единый, интеллектуальный организм.

Преимущества автоматизации систем ОВК

Внедрение систем автоматизации приносит множество неоспоримых преимуществ, которые значительно повышают качество эксплуатации объекта и снижают его стоимость на протяжении всего жизненного цикла:

1. Стабильное поддержание заданных параметров микроклимата: Автоматика непрерывно отслеживает температуру, влажность, концентрацию CO₂ и другие параметры, оперативно корректируя работу оборудования. Это гарантирует, что в зрительном зале кинотеатра всегда будут поддерживаться оптимальные условия, независимо от внешних факторов и количества людей.
2. Значительная экономия энергии: Это, пожалуй, одно из главных преимуществ. Автоматические системы оптимизируют режимы работы вентиляторов, насосов, калориферов и охладителей, предотвращая избыточное потребление ресурсов. Например, они могут снижать воздухообмен в нерабочее время или при небольшой загрузке помещения, использовать рециркуляцию с максимальной эффективностью, а также оптимизировать работу нагревательных и охлаждающих элементов.
3. Улучшение качества воздуха: Благодаря датчикам CO₂ и другим сенсорам, система может динамически регулировать подачу свежего воздуха, обеспечивая его оптимальное качество и предотвращая превышение допустимых концентраций вредных веществ.
4. Возможности удаленного управления и мониторинга: Диспетчеризация позволяет контролировать и управлять системой ОВК из любой точки мира через интернет. Это облегчает оперативное реагирование на аварии, изменение режимов работы и сбор данных для дальнейшего анализа и оптимизации.
5. Снижение рисков человеческих ошибок: Автоматика исключает влияние человеческого фактора на работу сложной системы, минимизируя вероятность неправильных настроек или забытых переключений, которые могут привести к дискомфорту или перерасходу энергии.
6. Увеличение срока службы оборудования: Оптимизированные режимы работы и своевременное выявление неисправностей помогают снизить износ оборудования и продлить его эксплуатационный ресурс.

Технические средства автоматизации

Современные системы АСВК представляют собой сложный комплекс взаимосвязанных устройств.

1. Первичные преобразователи (датчики): Это «органы чувств» системы, непрерывно измеряющие параметры окружающей среды и состояния оборудования.

• Датчики температуры: Измеряют температуру приточного, вытяжного, наружного воздуха, а также температуру теплоносителя.
• Датчики влажности: Контролируют относительную влажность воздуха.
• Датчики CO₂: Мониторят концентрацию углекислого газа, позволяя регулировать подачу свежего воздуха по потребности.
• Датчики давления: Измеряют статическое давление в воздуховодах (для контроля загрязненности фильтров) и дифференциальное давление (для контроля расхода).
• Датчики скорости воздушного потока: Контролируют фактическую скорость воздуха.
• Датчики состояния оборудования: Датчики положения клапанов, реле давления вентиляторов (для контроля их работы), датчики обмерзания калориферов, датчики дыма (для пожарной безопасности).

2. Автоматические регуляторы (контроллеры): «Мозг» системы, который анализирует данные от датчиков и выдает управляющие сигналы исполнительным механизмам.

• ПИД-регуляторы (пропорционально-интегрально-дифференциальные): Это наиболее совершенные и широко используемые алгоритмы регулирования. В отличие от традиционных двухпозиционных систем (вкл/выкл), которые могут вызывать колебания температуры на 3-5°C, ПИД-регуляторы обеспечивают точную и плавную регулировку параметров с погрешностью всего 0,2-0,5°C. Они учитывают не только текущее отклонение от заданного значения (пропорциональная составляющая), но и накопленную ошибку (интегральная составляющая) и скорость изменения ошибки (дифференциальная составляющая), что позволяет предотвращать перерегулирование и достигать высокой стабильности.

3. Исполнительные механизмы: Это «мускулы» системы, выполняющие команды регулятора.

• Приводы воздушных клапанов: Открывают/закрывают или регулируют положение дроссельных клапанов.
• Приводы регулирующих клапанов: Управляют потоком теплоносителя или хладагента в калориферах и охладителях.
• Частотные преобразователи: Регулируют скорость вращения вентиляторов и насосов, позволяя плавно изменять расход воздуха/жидкости и значительно экономить электроэнергию.

4. Электротехническая аппаратура: Силовые элементы, пускатели, автоматы защиты, клеммные коробки и кабельные трассы, обеспечивающие подачу питания и передачу сигналов.

Современные подходы к регулированию расхода воздуха

В условиях, когда нагрузка на систему ОВК постоянно меняется (например, количество людей в кинозале варьируется от сеанса к сеансу), применение систем с постоянным расходом воздуха становится неэффективным. На смену им приходят более гибкие и экономичные решения.

VAV-системы (Variable Air Volume — системы с переменным расходом воздуха) – это один из наиболее прогрессивных подходов для крупных общественных помещений. Их принцип работы заключается в следующем:

• Вместо постоянной подачи воздуха, VAV-системы регулируют объем приточного воздуха, подаваемого в каждую зону или помещение, в зависимости от фактической тепловой нагрузки, количества людей, уровня CO₂ и других факторов.
• Это достигается за счет использования VAV-боксов – специальных терминальных устройств, устанавливаемых в каждой зоне. VAV-бокс содержит дроссельный клапан с автоматическим приводом и датчик расхода воздуха.
• Центральный контроллер или локальный контроллер VAV-бокса получает информацию от датчиков в зоне (например, датчика температуры и CO₂) и изменяет положение дроссельного клапана, тем самым регулируя расход воздуха.
• Скорость вращения главного вентилятора центральной приточной установки также регулируется частотным преобразователем, чтобы поддерживать необходимое давление в системе и экономить электроэнергию.

Преимущества VAV-систем:

• Значительная экономия энергии: Снижение расхода воздуха в зонах с низкой нагрузкой ведет к уменьшению потребления электроэнергии вентиляторами (мощность вентилятора пропорциональна кубу расхода воздуха) и снижению затрат на подогрев/охлаждение воздуха.
• Повышение комфорта: Обеспечивается индивидуальное регулирование микроклимата в каждой зоне, что особенно важно для помещений с разнородной нагрузкой.
• Гибкость: Система легко адаптируется к изменениям планировки или функционального назначения зон.

Внедрение таких технологий, как ПИД-регуляторы и VAV-системы, позволяет создавать по-настоящему интеллектуальные и энергоэффективные системы ОВК, способные не только обеспечить идеальный микроклимат, но и значительно снизить эксплуатационные расходы кинотеатра.

Обеспечение безопасности и экологичности системы ОВК

Проектирование систем вентиляции и кондиционирования не ограничивается лишь расчетом и подбором оборудования для комфорта. Не менее, а порой и более важными являются аспекты безопасности и экологической ответственности. Современная инженерная практика требует интеграции этих требований на всех этапах – от концепции до эксплуатации.

Требования пожарной безопасности

Пожарная безопасность – это абсолютный приоритет при проектировании любых инженерных систем в общественных зданиях. Системы ОВК, по своей природе, потенциально могут стать каналами распространения огня и продуктов горения, поэтому их функционирование строго регламентируется.

Основным документом, устанавливающим требования пожарной безопасности для систем ОВК, является СП 7.13130.2013 «Отопление, вентиляция и кондиционирование. Требования пожарной безопасности». Этот свод правил детально определяет конструктивные и функциональные особенности, необходимые для минимизации рисков при пожаре.

Ключевые понятия и требования:

1. Противодымная вентиляция: Это комплекс регулируемого газообмена, предназначенный для предотвращения распространения продуктов горения (дыма, токсичных газов) по зданию. Её основная задача – обеспечить незадымляемость путей эвакуации, таких как лестничные клетки, лифтовые шахты, коридоры.

• Обеспечение незадымляемости путей эвакуации: Системы приточной противодымной вентиляции должны подавать свежий воздух на лестничные клетки и в лифтовые шахты, создавая в них избыточное давление не менее 20 Па относительно смежных помещений. Это предотвращает проникновение дыма с пожарного этажа.
• Удаление продуктов горения: Вытяжная противодымная вентиляция предназначена для удаления дыма непосредственно из очага возгорания или из коридоров на пожарном этаже, обеспечивая при этом нормируемую скорость удаления продуктов горения на путях эвакуации.

2. Противопожарный клапан: Это автоматически управляемое устройство, предназначенное для перекрытия каналов систем вентиляции и кондиционирования при пожаре. Они могут быть нормально открытыми (закрываются при пожаре) или нормально закрытыми (открываются при пожаре, например, для систем дымоудаления). Их конструкция должна обеспечивать требуемый предел огнестойкости (например, EI 60, EI 90) и герметичность.

3. Дымоприемное устройство: Элемент системы дымоудаления, устанавливаемый в дымовых зонах для непосредственного приема дыма. Его расположение и площадь определяются расчетом, чтобы обеспечить эффективное удаление продуктов горения из конкретной зоны.

Все элементы систем ОВК, проходящие через противопожарные преграды (стены, перекрытия), должны быть оборудованы противопожарными клапанами и иметь огнестойкие воздуховоды или соответствующие огнезащитные конструкции.

Акустический расчет и защита от шума

Комфорт в кинотеатре невозможен без акустического комфорта. Шум от работающего вентиляционного оборудования может серьезно испортить впечатление от просмотра фильма. Поэтому защита от шума является неотъемлемой частью проектирования.

1. Необходимость акустического расчета:
В соответствии с СП 271.1325800.2016 «Системы шумоглушения воздушного отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Правила проектирования» и СП 51.13330.2011 «Защита от шума», в проектах систем ОВК обязательно должен быть предусмотрен раздел «Защита от шума». Этот раздел должен содержать:

• Акустический расчет: Включает расчеты уровней звукового давления, генерируемых вентиляторами и прочим оборудованием, а также их распространения по воздуховодам и в помещения. Учитывается как шум от оборудования, так и шум, генерируемый движением воздуха.
• Меры по снижению шума: На основании акустического расчета разрабатываются и применяются меры по шумоглушению.

2. Допустимые уровни шума:
Допустимые уровни шума (уровни звукового давления) строго нормируются в зависимости от назначения помещения. Для зрительных залов кинотеатров, где требуется максимальная тишина, нормы особенно жесткие.

Согласно указанным СП, для зрительных залов уровень шума от работающей системы ОВК не должен превышать 40 дБ(А). Для сравнения, для жилых комнат квартир днем допускается 40 дБ(А), ночью – 30 дБ(А); для офисов – 50-60 дБ(А).

Типичные меры по снижению шума:

• Шумоглушители: Устанавливаются в воздуховодах после вентилятора и перед воздухораспределительными устройствами.
• Виброизолирующие основания и вставки: Для вентиляторов и другого оборудования, чтобы предотвратить передачу вибраций на строительные конструкции.
• Эластичные вставки: Устанавливаются между вентилятором и воздуховодами для снижения передачи структурного шума.
• Низкие скорости воздуха: В воздуховодах, проходящих вблизи обслуживаемой зоны, и в воздухораспределителях.
• Акустические облицовки: Для внутренних поверхностей помещений.

Экологическая безопасность и обращение с хладагентами

Проектирование современных систем кондиционирования невозможно без учета экологических последствий использования хладагентов, широко известных как фреоны.

1. Классификация и влияние хладагентов:

• Класс опасности: Большинство хладагентов (фреонов) относятся к опасным отходам (по нормам СанПиН) и классифицируются как 4 класс опасности согласно ГОСТ 12.1.005-88 (Вещества малоопасные).
• Негативное влияние: Хладагенты известны своим негативным воздействием на окружающую среду:
  • Разрушение озонового слоя: Некоторые хладагенты, особенно хлорфторуглероды (ХФУ) и гидрохлорфторуглероды (ГХФУ), такие как R-22, активно разрушают озоновый слой Земли. В связи с этим, их использование было поэтапно прекращено в соответствии с Монреальским протоколом.
  • Парниковый эффект (GWP — Global Warming Potential): Многие современные хладагенты, такие как R-134a и R-410A, хоть и являются озонобезопасными, обладают высоким потенциалом глобального потепления. Это означает, что их утечка в атмосферу вносит значительный вклад в парниковый эффект.

2. Законодательство РФ и утилизация:
Законодательство Российской Федерации, в рамках международных обязательств и национальных экологических программ, обязывает компании и частных лиц предотвращать попадание хладагентов в окружающую среду. Это означает:

• Герметичность систем: Системы кондиционирования должны быть спроектированы и смонтированы таким образом, чтобы минимизировать утечки хладагента.
• Регулярное обслуживание: Необходим контроль герметичности и своевременное устранение утечек.
• Специализированная утилизация: При выводе оборудования из эксплуатации хладагент должен быть собран и передан специализированным предприятиям для регенерации или уничтожения. Категорически запрещается выпускать фреон в атмосферу. В России существуют компании, имеющие лицензии на сбор, транспортировку и утилизацию фреонов из климатической техники.

Таким образом, при выборе хладагента для системы кондиционирования следует отдавать предпочтение веществам с низким GWP, а весь жизненный цикл хладагента – от заправки до утилизации – должен соответствовать строгим экологическим нормам.

Интеграция требований пожарной безопасности, акустического комфорта и экологической ответственности в проект ОВК позволяет создать не просто эффективную, но и безопасную, устойчивую систему, которая будет служить на благо здания и его обитателей, минимизируя негативное воздействие на окружающую среду.

Выводы и рекомендации

Проектирование и расчет системы вентиляции и кондиционирования воздуха для общественного здания, в частности, для кинотеатра, представляет собой многогранную и ответственную инженерную задачу. В рамках данной дипломной работы были детально рассмотрены и проанализированы ключевые аспекты, начиная от нормативно-методической базы и заканчивая вопросами автоматизации, безопасности и экологичности.

В ходе проектирования были получены следующие ключевые результаты:

1. Актуализация нормативной базы: Произведен глубокий анализ и применение новейших редакций нормативных документов РФ, включая СП 50.13330.2024 «Тепловая защита зданий», СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы…», ГОСТ 30494-2011 «Параметры микроклимата…» и СП 7.13130.2013 «Требования пожарной безопасности». Это позволило обеспечить полное соответствие разработанного проекта всем действующим стандартам и избежать использования устаревших методик.
2. Детализированные теплофизические расчеты: Выполнен комплексный расчет теплопотерь, теплопоступлений (от солнечной радиации по В.Н. Богословскому, от людей, от оборудования), а также влаго- и газовыделений. Особое внимание уделено специфике зрительного зала с высокой плотностью людей, включая дифференцированный расчет выделений CO₂ и влаги, а также анализ оптимальных (до 1000 ppm) и предельно допустимых (3,45 г/м³ или ~1800 ppm) концентраций CO₂ для обеспечения максимального комфорта.
3. Определение воздухообмена: На основе теплофизических расчетов и санитарных норм (не менее 20 м³/ч на человека) определен необходимый объем воздухообмена, обеспечивающий удаление избытков тепла, влаги и CO₂.
4. Моделирование процессов на I-d диаграмме: Графически проанализированы и построены ключевые процессы обработки воздуха (нагрев, охлаждение, увлажнение, осушение, смешение с рециркуляцией), что позволило наглядно оптимизировать параметры приточного воздуха.
5. Аэродинамический расчет и воздухораспределение: Проведен аэродинамический расчет системы воздуховодов с определением потерь давления на трение и местные сопротивления. Обоснован выбор воздухораспределительных устройств с учетом специфических требований к комфорту в кинозале (подвижность воздуха не более 0,25 м/с, уровень шума не более 40 дБ(А), переохлаждение не более -1,5 К) и особенностей горизонтальной раздачи воздуха с использованием эффекта Коанды.
6. Подбор оборудования: Осуществлен выбор основного оборудования – вентиляторов (с расчетом мощности и КПД), калориферов (с расчетом тепловой мощности и расхода теплоносителя), воздушных фильтров (классов G4 и F7-F9 для кинотеатра), а также воздушно-регулирующих клапанов.
7. Внедрение автоматизации: Предложены решения по автоматизации системы ОВК с использованием VAV-систем и ПИД-регуляторов, что позволит не только поддерживать заданные параметры микроклимата с высокой точностью (погрешность 0,2-0,5°C), но и значительно сократить энергопотребление за счет адаптивного регулирования расхода воздуха.
8. Аспекты безопасности и экологичности: Учтены требования пожарной безопасности (противодымная вентиляция, противопожарные клапаны согласно СП 7.13130.2013), меры по акустической защите, а также вопросы экологической безопасности, связанные с выбором и утилизацией хладагентов (их 4 класс опасности и GWP).

Таким образом, разработанный проект системы вентиляции и кондиционирования для кинотеатра является комплексным и исчерпывающим, полностью соответствующим актуальным нормативным требованиям, критериям энергоэффективности, комфорта и безопасности.

Рекомендации по дальнейшей оптимизации и эксплуатации:

• Интеграция с системой управления зданием (BMS): Для максимальной эффективности рекомендуется интегрировать систему ОВК в общую BMS здания, что позволит централизованно управлять всеми инженерными подсистемами, оптимизировать их взаимодействие и проводить комплексный энергомониторинг.
• Использование теплоутилизаторов (рекуператоров/регенераторов): Для дальнейшего повышения энергоэффективности системы, особенно в условиях значительной подачи наружного воздуха, целесообразно рассмотреть применение высокоэффективных теплоутилизаторов, которые позволяют возвращать тепло или холод вытяжного воздуха в приточный.
• Периодический аудит и тонкая настройка: После запуска системы рекомендуется провести энергетический аудит и выполнить тонкую настройку всех параметров автоматизации. Это позволит адаптировать систему к реальным условиям эксплуатации и добиться максимальной экономии ресурсов.
• Регулярное обслуживание и контроль качества воздуха: Для обеспечения долгосрочной эффективности и гигиенической безопасности необходимо разработать строгий регламент технического обслуживания, включающий регулярную очистку и замену фильтров, проверку герметичности воздуховодов и холодильного контура, а также мониторинг качества воздуха в обслуживаемой зоне.
• Применение интеллектуальных датчиков CO₂ и качества воздуха: Для более точного регулирования воздухообмена можно использовать датчики, способные дифференцировать источники CO₂ (например, от дыхания людей и от внешних источников) и анализировать другие загрязняющие вещества.

Реализация данных рекомендаций позволит не только создать оптимальный микроклимат в зрительном зале кинотеатра, но и обеспечить его устойчивое и экономичное функционирование на многие годы.

Список использованной литературы

1. Справочник проектировщика. Внутренние санитарно-технические устройства. Ч.3. Вентиляция и кондиционирование воздуха. Книга 1 / Под ред. Н.Н. Павлова и Ю.И. Шиллера. М.: Стройиздат, 1992.
2. Справочник проектировщика. Внутренние санитарно-технические устройства. Ч.3. Вентиляция и кондиционирование воздуха. Книга 2 / Под ред. Н.Н. Павлова и Ю.И. Шиллера. М.: Стройиздат, 1992.
3. СНиП 23.01-99 «Строительная климатология». М.: ГУП ЦПП, 2000.
4. СП 60.13330.2012 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха». М.: ГУП ЦПП, 2012.
5. СНиП 21.01-97 «Пожарная безопасность зданий и сооружений». М.: Госстрой, 1999.
6. Титов В.П. Курсовое и дипломное проектирование по вентиляции гражданских и промышленных зданий. М.: Стройиздат, 1985.
7. ГОСТ 30494-2011 Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях (с Поправкой, с Изменением N 1). URL: https://docs.cntd.ru/document/1200095815 (дата обращения: 31.10.2025).
8. Расчет влаговыделений в помещении. URL: https://teplo-holod.com/raschet-vlagovydelenij-v-pomeshhenii/ (дата обращения: 31.10.2025).
9. СП 7.13130.2013 Отопление, вентиляция и кондиционирование. Требования пожарной безопасности (с Изменениями N 1-3). URL: https://docs.cntd.ru/document/1200099450 (дата обращения: 31.10.2025).
10. С 01.03.2021 вводятся новые СанПиН 1.2.3685-21, устанавливающие требования к микроклимату помещений зданий. URL: https://kodeks-lux.ru/news/s-01032021-vvodyatsya-novye-sanpin-123685-21-ustanavlivayushchie-trebovaniya-k-mikroklimatu-pomescheniy-zdaniy/ (дата обращения: 31.10.2025).
11. Об утверждении санитарных правил и норм СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания» от 28 января 2021. URL: https://docs.cntd.ru/document/573660505 (дата обращения: 31.10.2025).
12. Аэродинамический расчет воздуховодов: формулы, объяснения, схемы. URL: https://ventilyaciya.info/aerodinamicheskij-raschet-vozduxovodov/ (дата обращения: 31.10.2025).
13. Пособие 2.91 к СНиП 2.04.05-91. Расчет поступления теплоты солнечной радиации в помещения. URL: https://docs.cntd.ru/document/9010074 (дата обращения: 31.10.2025).
14. Расчет калорифера онлайн – водяные, электрические, паровые | Калькулятор мощности. URL: https://zavod-vozduhovodov.ru/online-calc/kalorifer/ (дата обращения: 31.10.2025).
15. Методика расчёта теплопоступлений через остекления с заданными характеристиками пропускания солнечной энергии. URL: https://www.c-o-k.ru/articles/metodika-raschyota-teplopostupleniy-cherez-ostekleniya-s-zadannymi-harakteristikami-propuskaniya-solnechnoy-energii (дата обращения: 31.10.2025).
16. Методика расчёта теплопотерь здания. URL: https://project.narod.ru/raschet/raschet-teplopoteri-zdaniya.htm (дата обращения: 31.10.2025).
17. Автоматизация и диспетчеризация систем вентиляции и кондиционирования. URL: https://mzta.ru/blog/avtomatizatsiya-i-dispetcherizatsiya-sistem-ventilyatsii-i-konditsionirovaniya/ (дата обращения: 31.10.2025).
18. Методика аэродинамического расчета воздуховодов. URL: https://univer.climate.ru/samopodgotovka/metodika-aerodinamicheskogo-rascheta-vozduhovodov/ (дата обращения: 31.10.2025).
19. Таблица теплопотерь зданий по типам конструкций: нормы СП 50.13330.2012. URL: https://gipsoplita.ru/sp-50-13330-2012.html (дата обращения: 31.10.2025).
20. Расчет теплопотерь: показатели и калькулятор теплопотерь здания. URL: https://xn--h1albc.xn--p1ai/articles/raschet-teplopoter (дата обращения: 31.10.2025).
21. Проектирование вентиляции в кинотеатре, театре, клубе в Москве и МО. URL: https://regulvent.ru/blog/proektirovanie-ventilyatsii-kinoteatra-teatra-kluba-v-moskve-i-mo/ (дата обращения: 31.10.2025).
22. Аэродинамический расчет системы вентиляции. URL: https://promventholod.ru/blog/aerodinamicheskiy-raschet-sistemy-ventilyatsii/ (дата обращения: 31.10.2025).
23. Таблицы расчета вентиляции: диаметры воздуховодов, скорости, КМС 2025. URL: https://air-vent.pro/tablicy-rascheta-ventilyacii/ (дата обращения: 31.10.2025).
24. Микроклимат помещений общественного питания. URL: https://12.rospotrebnadzor.ru/index.php/sanepid/3459-mikroklimat-pomeshchenij-obshchestvennogo-pitaniya.html (дата обращения: 31.10.2025).
25. Расчет воздухообмена | Техническая библиотека ПромВентХолод. URL: https://promventholod.ru/blog/raschet-vozduhoobmena/ (дата обращения: 31.10.2025).
26. Классификация воздушных фильтров для вентиляции: фильтры класса G, фильтры класса F, HEPA, ULPA. URL: https://brizex.ru/articles/klassifikatsiya-vozdushnykh-filtrov-dlya-ventilyatsii/ (дата обращения: 31.10.2025).
27. Как выбрать воздухораспределительное устройство для вентиляции. URL: https://venkon.ru/articles/kak-vybrat-vozduhoraspredelitelnoe-ustroystvo-dlya-ventilyacii/ (дата обращения: 31.10.2025).
28. I-d диаграмма влажного воздуха. URL: https://prosushka.ru/teoriya-sushki/i-d-diagramma-vlazhnogo-vozduha.html (дата обращения: 31.10.2025).
29. Классификация воздушных фильтров ― Компания «Свежий Воздух». Приточная вентиляция: аэрогиверы, бризеры, проветриватели, рекуператоры, клапаны. URL: https://sveziy-vozduh.ru/blog/klassifikatsiya-vozdushnykh-filtrov/ (дата обращения: 31.10.2025).
30. Общие сведения о вентиляторах. URL: https://farvater.gumrf.ru/wp-content/uploads/2016/06/obschie_svedeniya_o_ventilyatorax.pdf (дата обращения: 31.10.2025).
31. Отопление, Вентиляция и Кондиционирование в СП 51.13330.2011 Защита от шума. URL: https://www.normacs.info/documents/4102 (дата обращения: 31.10.2025).
32. Как вычислить КПД промышленного вентилятора? URL: https://k-a-t.ru/tehnologii/kak-vychislit-kpd-promyshlennogo-ventilyatora.html (дата обращения: 31.10.2025).
33. СП 271.1325800.2016 Системы шумоглушения воздушного отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Правила проектирования. URL: https://docs.cntd.ru/document/456041075 (дата обращения: 31.10.2025).
34. Практика выбора воздухораспределителей. URL: https://www.abok.ru/for_spec/articles.php?id=383 (дата обращения: 31.10.2025).
35. Рекомендации по расчету воздухораспределения в общественных зданиях. URL: https://www.abok.ru/for_spec/articles.php?id=484 (дата обращения: 31.10.2025).
36. Классификация фильтров по ГОСТ Р 51251 — 99. URL: https://ventprom.com/blog/klassifikaciya-filtrov-po-gost-r-51251-99 (дата обращения: 31.10.2025).
37. Вентиляторы. Схема устройства, характеристики. URL: http://www.complex-air.ru/documents/ventiljacija-i-kondicionirovanie/ventilyatory._shema_ustrojstva_harakteristiki.pdf (дата обращения: 31.10.2025).
38. СП 336.1325800.2017 Системы вентиляции и кондиционирования воздуха. Правила эксплуатации. URL: https://docs.cntd.ru/document/456070621 (дата обращения: 31.10.2025).
39. ГОСТ Р ЕН 779-2007 Фильтры очистки воздуха общего назначения. Определение эффективности фильтрации. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200057088 (дата обращения: 31.10.2025).
40. Расчет мощности вентилятора — онлайн калькулятор. URL: https://c-pss.ru/raschet/raschet-moshchnosti-ventilyatora/ (дата обращения: 31.10.2025).
41. Указания по расчету и применению воздухораспределителей. URL: https://air-vent.pro/ukazaniya-po-raschetu-i-primeneniyu-vozduhoraspredelitelej/ (дата обращения: 31.10.2025).
42. К вопросу о нормировании воздухообмена по содержанию СО2 в наружном и внутреннем воздухе. URL: https://www.abok.ru/for_spec/articles.php?id=384 (дата обращения: 31.10.2025).