Способ обеспечения требуемых параметров микроклимата помещений зданий с избыточным давлением внутренней воздушной среды по отношению к наружному воздуху

СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТРЕБУЕМЫХ ПАРАМЕТРОВ МИКРОКЛИМАТА ПОМЕЩЕНИЙ ЗДАНИЙ С ИЗБЫТОЧНЫМ ДАВЛЕНИЕМ ВНУТРЕННЕЙ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ ПО ОТНОШЕНИЮ К НАРУЖНОМУ ВОЗДУХУ

WAY OF MAINTENANCE OF DEMANDED PARAMETERS OF A MICROCLIMATE OF PREMISES OF BUILDINGS WITH SUPERFLUOUS PRESSURE OF THE INTERNAL AIR ENVIRONMENT IN RELATION TO EXTERNAL AIR

В.А.Козлов

V.A.Kozlov

НИИСФ PAACH

В статье рассматривается возможность использования внутренней вентилируемой воздушной прослойки с подачей в нее воздуха системы вентиляции здания для поддержания требуемых параметров микроклимата и обеспечения нормальной работы электронной и вычислительной техники в зданиях, имеющих помещения с избыточным давлением внутренней воздушной среды.

In the article is considered the application of an internal ventilated air layer with giving in it of air of system of ventilation of a building for maintenance of demanded parameters of a microclimate and maintenance of conditions for normal work electronic and computer facilities in the buildings equipped with systems of an information technology and having premises with superfluous pressure of the air environment.

В соответствии с принятым Государственной Думой РФ Федеральным законом -«Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» [1], микроклимат помещения характеризует климатические условия внутренней среды помещения, которые определяются действующими на организм человека сочетаниями температуры, влажности и скорости движения воздуха. Статьей 10 того же закона, микроклимат помещений определен как одно из требований безопасных для здоровья человека условий проживания и пребывания в зданиях и сооружениях. Особенно остро проблема обеспечения требуемых параметров микроклимата проявляется в зданиях с установленным в них оборудованием информационных технологий, например, в зданиях вычислительных центров, поскольку в помещениях вычислительных центров для нормальной работы электронной техники и устойчивого функционирования информационно-вычислительной сети, должны поддерживаться строго заданные температура (tB,0C), относительная влажность воздуха (фв,%) и скорость движения воздуха в рабочей зоне (v„, м/с) [2] (см.табл.1). При этом, необходимо обеспечить давление воздуха в помещениях (например, в серверных) больше атмосферного на 1-3 мм вод.ст. (9,8 -29,0 Па). В герметичных помещениях (гермозонах) следует предусматривать избыточ-

ное давление воздуха в размере 1,5 мм вод. столба (14,7 Па) [3]. Таким образом, с одной стороны в таких помещениях необходимо создать безопасный для нормальной работоспособности человека микроклимат, а с другой стороны обеспечить нормальную и бесперебойную работу электронной техники и различного оборудования информационных технологий, установленных в этих помещениях.

Таблица 1

Температура,относительная влажность и скорость движения воздуха в рабочей зоне помещений вычислительных центров

Оптимальные Допустимые

Период года Температура воздуха, °С Относительная влажность воздуха, фв, % Скорость движения воздуха, м/с Температура воздуха, °С Относительная влажность воздуха, фв, % Скорость движения воздуха, м/с

1 2 3 4 5 6 7

Холодный и

переходный

периоды

года

(температура воздуха 21±2 52±7 Не более 0,2 18-25 Не более 75,0-ти % Не более 0,3

ниже

+ 10°С)

При 28,0°С

В течение не более

3-х часов не 50,0-ти %;

Теплый период года (температура наружного воздуха выше + 10°С) 22±2 52±7 Не более 0,3 более,чем на 3°С выше средней темпе- рату-ры наруж-ного воздуха в 13 при 27,0°С не более 55,0%; при 26,0°С не более 60,0%; Не более 0,5

ч. самого жаркого месяца но не выше 28-ми °С при 25,0°С не более 65,0%; при 24,0°С не более 70,0%

На рис.1 показан план герметичного помещения серверной с установленным в ней у внутренней поверхности стены экрана (из влагостойких материалов) на относе от стены с образованием внутренней воздушной прослойки толщиной 50 мм, в которую подается сухой и подогретый воздух с параметрами (°С) и е0 (Па). При этом, давление воздуха в помещении серверной (Р„) больше атмосферного (Рн) на 1,5 мм вод.ст. (14,7 Па). Наружный воздух (с давлением наружной среды Рн) поступает сначала в приспособление («1» по рис.1) для подготовки воздуха и измерения его температуры и влажности, а затем в распределительное устройство («2» по рис.1)из которого

поступает во внутреннюю вентилируемую воздушную прослойку, в которой создается разрежение с разностью давлений (ЛР0 между внутренней воздушной средой помещения серверной (позиция «4» по рис.1) и внутренней вентилируемой воздушной прослойкой (поз. «3» по рис.1) больше разности давлений (ЛР2) - между воздушной средой помещения серверной («4») и наружной средой («5» по рис.1), т.е.

А Р1 > АР2

где ЛР - Рв - Рвп

- Ре - Рп

Рв - давление воздуха внутри помещения Па; Рн - давление наружного воздуха ,Па;

Рвп - давление воздуха во внутренней вентилируемой воздушной прослойке, Па.

Рис.1 План помещения серверной с устройством экрана у внутренней поверхности стены с образованием вентилируемой воздушной прослойки и установкой системы автоматического регулирования параметров воздуха, поступающего в помещение: 1-приспособление для подготовки

воздуха и измерения его температуры и влажности; 2-распределительное устройство; 3-внутренняя вентилируемая воздушная прослойка; 4-помещение серверной; 5-наружная среда; 6-контрольные датчики измерения давления воздуха а прослойке; 7,9,10- контрольные датчики измерения давления воздуха в помещении серверной; 8-устройство автоматического регулирования параметров воздуха; 11-приспособение для дополнительного подогрева и/или дополнительного увлажнения воздуха перед подачей в помещение; 12-ЭВМ.

Контроль давлений осуществляется с помощью датчиков («6»), («7»), («9») и («10»), подключенных к системе автоматического регулирования («8» по рис.1). При недостаточной влажности и/или температуре воздуха осуществляется его увлажнение и/или дополнительный подогрев в приспособлении «11» (по рис.1), из которого подготовленный воздух подается в помещение («4»). При этом контроль параметров воздуха осуществляется автоматически с помощью системы («8»). Температура дополнительного подогрева воздуха определяется из уравнения теплового баланса:

+ Р2 + Р вь:д. = Рз + Р4

где: ; Р2 - теплопоступления за счет подогрева воздуха, соответственно, до температур 1впЬ 1'впЬ (°С), Вт;

Q^ыд - тепло, выделяемое ЭВМ и нормированное по техническим условиям эксплуатации в соответствии с требованиями СН 512-78 [3], Вт;

Qз ;Q4 - теплопотери через наружную (теплоизолирующую) и внутрен-нюю(экран) часть стены, Вт.

а - т

02 - ^о^еШ - ?вп1)

бз = т[^вп1 - ^)/дов ]

04 - - Гн)/ Дон ]

где: 1 в ,1 н - температуры воздуха помещения и наружной среды, °С;

1 о - температура воздуха поступающего в распределительное устройство

(поз.2 - по рис.1) после подогрева наружного воздуха в приспособлении для подготовки воздуха (поз.1 - по рис.1), °С;

- температура воздуха на выходе из прослойки перед входом в устройство

для дополнительного(при необходимости) подогрева воздуха до температуры 1 впЬ, °С;

¿вЛ - температура воздуха на выходе из устройства для дополнительного подогрева воздуха в помещение с ЭВМ, °С;

g0 - удельный расход воздуха в прослойке, кГ/ч; С - удельная теплоемкость воздуха, кДж/кГ °С;

Ков, Кон - сопротивление теплопередаче, соответственно, внутренней (экрана) и наружной (теплоизолирующей) частей ограждающей конструкции, м2 °С/Вт; Н - высота внутренней вентилируемой воздушной прослойки, м; Ь - длина внутренней вентилируемой воздушной прослойки, м. Подставляя выражения (5) - (8) в уравнение теплового баланса (4) и решая его относительно 1 впЬ получим выражение для определения температуры дополнительного подогрева воздуха для поддержания требуемых параметров микроклимата в помещении серверной:

. _ н • Ь• [ (1шЬ - 1в )/ Ков + (ГвдЬ - 1Д )/Я0Д ] - QBЫд л.

1 впЬ -А1

g„ с

где А 1 = 10 - ^ - изменение температуры (за счет остывания воздуха) по длине прослойки °С.

+ + , , Н Ь [

ИЛИ 1 впЬ - 1 впЬ +-

gо С

При этом температура воздуха (%, °С), поступающего во внутреннюю вентилируемую прослойку при которой обеспечивается требуемый воздушно-тепловой режим помещения может быть определена по формуле , приведенной в работе [4].

Температура воздуха на выходе из прослойки - 1'впЬ , °С (до поступления в приспособление для дополнительного подогрева воздуха) определяется по формуле :

1',л = ¿0 • ехр\

где коэффициенты «А», «Б» и «Д» могут быть определены по соотношениям, полученным в работе [4]:

А = Я Я

ив ин \ Ов ОН ) Ов ОН вп\ ив ин ' Ов ОН V ин в ив Н ' V У

Б = Я Я

ив ин\ ОН в Ов ну Ов ОН вп\ ин в ив Н у Ов ОН V ин в в ив Н Н ' V У

Д = Я Я Я Я се

'' он он ин ин о о V /

где: Яие, Яин - сопротивление воздухопроницанию, соответственно, внутренней (экрана) и наружной (теплоизолирующей) частей ограждающей конструкции, м2 ч Па/кГ;

Рн, Ре , Реп - давление воздуха, соответственно, наружной среды, внутренней среды (помещения) и во внутренней вентилируемой воздушной прослойке, Па.

Данный способ может быть применен и для осушения стен зданий, оборудованных установками информационных технологий, в которых есть помещения с избыточным давлением внутренней воздушной среды по отношению к наружному воздуху ,что является необходимым условием для нормальной работы вычислительной техники (например, в серверных вычислительных центров) и где требуется точное поддержание температуры и влажности воздуха в помещениях. При использовании внутренней вентилируемой воздушной прослойки в качестве воздуховода общеобменной механической системы вентиляции таких зданий и их воздушного отопления (путем дополнительного подогрева воздуха перед выходом в помещение) существенно повышается долговечность стен, снижается их влагосодержание, что способствует повышению уровня теплозащиты стен зданий[5].

Литература.

1. Федеральный закон от 30 декабря 2009 г. №384-Ф3 «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» . Принят Государственной Думой 23 декабря 2009 года. Одобрен Советом Федераций 25 декабря 2009 года.

2. СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 «Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы», Минздрав России, М., 2003 г.