Како дизајнирати систем вентилације за високе стамбене зграде?

Кључни изазови вентилације у високим стамбеним зградама

Ефекат чада, ветрови под притиском и ефекат клипа: физика и утицај на перформансе система вентилације

Високе зграде се боре са посебним проблемима притиска који значајно утичу на ефикасност система вентилације. Постоји појава позната као ефекат цеви, при чему разлике у температури унутра и ван зграде стварају нешто попут ефекта цеви. Топли ваздух се креће навише током зимских месеци, чиме се спољашњи хладни ваздух увлачи у доње нивое зграде. У исто време, ветар удара у зграду са свих страна, стварајући разлике у притиску на различитим странама. Страна окренута ветру доживљава већи притисак (позитивни притисак), док се на супротној страни јавља усисавање (негативни притисак). Постоји и такозвани ефекат клипа, који инжењери приписују кретању лифта уз и низ, услед чега се ваздух помера кроз стубове. Ово може изазвати нагле промене притиска које понекад достижу 50 паскала. Када се сви ови фактори комбинују, настају значајни проблеми у баланси протока ваздуха између спратова. Неке студије показују да неуравнотеженост може премашити 30%. Загађивачи се непредвидиво увлаче, системи грејања и климатизације троше знатно више енергије него што би требало (чак и преко 25%), а очување стандарда вентилације као што је ASHRAE 62.1 постаје готово немогуће одржавати конзистентно.

Мере за ублажавање: Вертикална компартментализација и зоне отпуштања притиска

Инжењери решавају проблеме притиска у зградама користећи вертикалну компартментализацију. У основи, структуре се деле на мање делове помоћу зидова отпорних на ватру и посебних система вентилације за сваку зону. Овим приступом ефекат чимења ограничава се на око 5 до 8 спратова, уместо да утиче на целу зграду. На средњим нивоима и крову постоје специјалне зоне за развођење притиска са аутоматским успоравачима који се отварају када разлика у притиску достигне око 15 паскала, чиме се омогућава балансирање кретања ваздуха кроз простор. Кључна спровођења се дешавају на неколико важних места, као што су фоје који делују као буферне зоне између различитих делова зграде, предворја лифта дизајнирана са ступњастом контролом притиска, системи степеништа који регулишу унос свежег ваздуха и издувни отвори на крову заштићени од утицаја ветра. Овим методама смањује се ширење контаминације за отприлике две трећине и одржава се конзистентна вентилација без обзира на степен попуњености зграде у било ком тренутку.

Osnove projektovanja sistema ventilacije: pritiskivanje, uravnoteženje protoka vazduha i zoniranje

Izračunavanje zahteva za pritiskom po spratu korišćenjem modelovanja kaskadnog pritiska

Моделовање притисних каскада помаже у управљању диференцијалним притисцима на више нивоа у високим зградама. Основна идеја подразумева израчунавање ових неопходних градијената притиска, обично између 0,05 и 0,25 инча воденог стуба по спрату, како би се сузбио ефекат цеви, а да се истовремено врата не закоче или тресну ненамерно. Већина инжењера користи софтвер за рачунску динамику флуида приликом симулације кретања ваздуха кроз ове просторе и проналажења тачака где притисак може изаћи из равнотеже. Узмимо на пример фоаје зграда – они обично захтевају око 0,15 инча позитивног притиска, док су на вишим станским спратовима довољна свега 0,05 инча, тако да ваздух тече у правилном смеру. Још једна важна ствар су неприметни процепи који се протежу кроз возила за лифтове и просторе за комуналне инсталације. Ове тачке су изузетно важне, јер ако се занемаре, могу смањити укупан рад система између 15% и чак 30%, што нико не жели да види након уложених времена и новца у исправно пројектовање.

Strategije zoniranja: Vertikalni naspram grupisanih spratova za fleksibilnost iskorišćenja

Када зграде користе вертикално зонирање, у суштини деле спратове на одвојене машинске секције, тако што један ваздуховод служи отприлике десет спратова. Ова постава смањује компликовану мрежу канала и олакшава одржавање, јер је све централизовано. Постоји и груписано зонирање спратова, што добро функционише за подручја на којима различите врсте простора постоје заједно, рецимо теретана поред станова или нешто слично. Ове поставе се боље прилагођавају начину на који људи заправо користе простор током дана. Вертикално зонирање заиста помаже у спречавању преласка загађивача између спратова, али није баш ефикасно када зграде нису потпуно попуњене, јер системи неефикасно раде при мањим оптерећењима. С друге стране, груписано зонирање спратова омогућава вентилацију контролisanу према захтевима, у зависности од активности које се одвијају, мада то повлачи потребу за сложенијом мрежом канала. Многи архитекти данас препоручују комбиновање оба приступа: коришћење вертикалних стубова за искључиво становите спратове, док се груписане зоне имплементирају у мешовитим просторима. Ова комбинација уобичајено уштеди око 25 процената трошкова енергије у поређењу са старијим једнозонским системима.

Integracija zaštite života: Koordinacija sistema ventilacije sa kontrolom požara i dima

Povećanje pritiska u stepenišnim i liftovskim šahovima prema NFPA 92 i IBC zahtevima

Održavanje pozitivnog pritiska u stepeništima i prostorima za lift sprečava prodiranje dima unutra tokom požara, čime se ove vitalne rute za bekstvo održavaju slobodnim za ljude koji pokušavaju da izađu. Propisi za zgrade, kao što su NFPA 92 i IBC, propisuju specifične zahteve za iznos pritiska koji treba održavati između bezbednih zona i delova zahvaćenih požarom, obično oko 0,05 do 0,10 inča razlike u stubu vode. Ovaj kontrolisani pritisak deluje protiv tzv. efektu dimnjaka, osiguravajući da uslovi ostanu dovoljno disni za stanovnike zgrade i vatrogasce koji se kreću kroz zgradu. Pri projektovanju ovih sistema, inženjeri moraju tačno izračunati koliko vazduha treba dostaviti, uzimajući u obzir sve sitne curenja oko vrata i spojeva konstrukcije. Takođe se ugrađuju rezervni ventilatori kako bi pritisak ostao očuvan čak i ako jedan sistem prestane sa radom tokom dugotrajnih vanrednih situacija. Ceo sistem treba automatski da se aktivira kada se aktivira požarna alarmna signalizacija. Redovni pregledi takođe su neophodni, jer istraživanja pokazuju da zgrade bez odgovarajuće presurizacije imaju za 40% više slučajeva trovanja dimom među stanovnicima, prema istraživanju NIST-a iz 2023. godine.

Sigurnosni mehanizmi između klimatizacije, detektora požara i protivpožarnih rešetki

Kada sistemi klimatizacije rade u sklopu sa detektorima požara i protivpožarnim rešetkama, stvaraju se osnovne bezbednosne zaštite za zgrade. Kada se aktivira alarm, sistem prati ugrađena pravila bezbednosti koja zatvaraju protivpožarne rešetke unutar ventilacionih kanala kako bi se požar ograničio na određene prostore. U isto vreme, sistem zaustavlja ventilatore za recirkulaciju vazduha da bi sprečio širenje dima kroz zgradu i pokreće ventilatore za nadpritiskivanje duž izlaznih putanja kako bi ostale slobodne. U slučaju prekida u napajanju, ove bezbednosne funkcije prelaze u tzv. "sigurnosni režim" – rešetke se automatski zatvaraju, a ventilatori prestaju sa radom sve dok se napajanje ne obnovi. Menadžeri zgrada moraju redovno testirati sve ove povezivosti, jer čak i mali zazori na mestima gde kanali prolaze kroz zidove ili podove mogu smanjiti efikasnost zadržavanja dima za 70%, prema najnovijim industrijskim standardima.

Kvalitet vazduha u zatvorenom prostoru i energetska efikasnost: Optimizacija sistema ventilacije

ASHRAE 62.1 usklađenost, filtracija i ventilacija upravljana potražnjom za zdravlje stanovnika

ASHRAE Standard 62.1 стопе вентилације имају велики значај за људе који живе или раде у високим зградама. Системи захтевају пажљив прорачун узимајући у обзир број људи који ће се налазити у простору у различитим тренуцима и врсту просторија. Проблеми са ваздухом у затвореним просторима заправо узрокују отприлике 3,8 милиона прематурних смртних случајева годишње, према подацима СЗО-а из 2024. године. Због тога су данас филтри МЕРV 13 или бољи толико важни. Они задржавају микроскопске честице и алергене које обични филтри пропуштају. Вентилација са контролом захтева радом прилагођава проток ваздуха на основу нивоа CO2 који детектују сензори. Министарство енергетике наводи да ово може смањити трошак енергије између 20 и 40 процената, према студијама из 2023. године. Такође спречава ситуације у којима не постоји довољно свежег ваздуха када је у просторији више људи. Квалитетни системи такође одржавају ниво влажности испод 60% релативне влажности, јер превише влаге доводи до развоја плесни, што изазива разне проблеме са дисањем код корисника.

Интеграција вентилације са рекуперацијом енергије (ERV) за сертификацију LEED и усклађеност са прописима

Када инсталирамо системе за рекуперацију енергије, они функционишу тако што размењују топлоту и влажност између ваздуха који напушта простор и свежег ваздуха који улази. Ово може драстично смањити трошкове грејања и хлађења, приближно 35 до 50 процената према недавним студијама ASHRAE-е. За зграде које циљају на зелену сертификацију, овакав систем помаже у освајању вредних LEED поена и испуњава захтеве прописане у Међународном кодексу за очување енергије из 2021. године за подручја где су зиме веома хладне (више од 3.500 дана грејања). Посебно корисна карактеристика сертификованих ERV система је то што одржавају чист ваздух унутра чак и кад је напољу мраз. Систем загрева свеж ваздух пре него што га пустите у зграду, без уношења штетних спољашњих загађивача, што је посебно важно код високих зграда које су чврсто затворене како би се спречиле продувнице. Такође је важна и правилна величина уређаја, јер системи одговарајућих димензија обично враћају уложени новац у року од три до пет година само кроз ниже рачуне за комуналније, истовремено остајући у складу са локалним прописима о вентилацији, било да раде на максималном капацитету или само делом.

Често постављана питања

Зашто је ефекат стуба значајан у високим зградама?

Ефекат стуба је значајан зато што изазива дисбаланс притиска ваздуха између различитих спратова, чиме утиче на перформансе система вентилације и потрошњу енергије.

Како вертикална компартментализација може да помогне у ублажавању проблема са вентилацијом?

Вертикална компартментализација дели зграде на мање делове како би се ефекат стуба ограничио на одређене спратове, побољшавајући равнотежу протока ваздуха и смањујући ширење загађивача.

Коју улогу има моделирање каскадног притиска у пројектовању система вентилације?

Моделирање каскадног притиска израчунава потребне градијенте притиска ради одржавања уравнотеженог протока ваздуха кроз више спратова, спречавајући проблеме као што су закочена врата или неочекивано трљање.

Како управљана вентилација на основу захтева побољшава енергетску ефикасност у високим зградама?

Вентилација управљана на основу захтева прилагођава проток ваздуха у зависности од броја присутних особа и нивоа CO2, смањујући троска енергије и осигуравајући довољно свежег ваздуха у периодима вршног оптерећења.

Koje prednosti pružaju sistemi za rekuperaciju energije?

Sistemi za rekuperaciju energije smanjuju troškove grejanja i hlađenja razmenom toplote i vlage, podržavaju sertifikaciju LEED i održavanje čistog vazduha u unutrašnjosti.