Состояние воздушной среды учебных кабинетов с каждым годом всё больше привлекает внимание учёных разных стран [1].

Санитарно-гигиеническая и энергетическая эффективность систем общеобменной вентиляции во многом зависит от рациональной организации воздухообмена и правильности определения расхода приточного воздуха [2]. Решающая роль в формировании полей температур, скоростей и концентраций примесей в помещении принадлежит приточным струям и создаваемым ими циркуляционным течениям [2]. Влияние же всасывающего факела вытяжных устройств незначительно.

В рекомендациях по выбору способа воздухораспределения профессор М. И. Гримитлин указывал, что при сравнении экономической эффективности способов необходимо учитывать и влияние величин коэффициентов воздухообмена на максимальную производительность систем вентиляции, стоимость оборудования и сетей воздуховодов [2].

Фактическую эффективность систем общеобменной вентиляции учебных кабинетов можно оценить в процессе исследования состояния воздушной среды в уже эксплуатируемых зданиях. Однако, как правило, потенциал полевых экспериментов в области качества воздуха и микроклимата помещений образовательных организаций ограничен техническими возможностями уже существующих систем вентиляции и автоматического управления [3–5]. Необходимо отметить, что результаты этих исследований зачастую показывают превышение концентраций углекислого газа в воздухе рабочей зоны относительно рекомендуемых, а значит вопрос выбора схемы воздухораспределения и величины воздухообмена в учебных кабинетах остаётся открытым.

На базе двух смежных помещений С-431а и С-431б Института строительства и архитектуры (ИСиА) Уральского федерального университета имени первого Президента России Б. Н. Ельцина (УрФУ) была создана установка для проведения натурных исследований воздушной среды учебных кабинетов.

Помещение С-431а — лаборантская площадью 18 м², в которой размещена приточно-вытяжная установка. Помещение С-431б — учебный кабинет площадью 55,6 м², высотой 3,23 м, объёмом 179,6 м³.

Анализ проектной документации образовательных организаций показал преимущественное использование для распределения воздуха в учебных кабинетах потолочных диффузоров (типа ДПУ-К и аналогичных) и настенных решёток (типа АМР и аналогичных). Для применения же вытесняющей вентиляции в помещениях такого типа требуются дополнительные исследования и разработка инженерных методик расчёта. Эти факторы определили выбор трех способов подачи воздуха.

Для их реализации смонтирован приточный коллектор с шестью ответвлениями (фото 1). На каждом из ответвлений установлены ручные воздушные клапаны (для переключения между ответвлениями), регулирующие ирисовые клапаны и питометражные лючки (для выполнения замеров расхода воздуха в двух перпендикулярных направлениях). Также ирисовые клапаны и лючки предусмотрены на магистральных воздуховодах приточной и вытяжной линий. К каждому ирисовому клапану подключён датчик давления воздуха, который позволяет выполнить предварительную настройку расходов воздуха и контролировать текущий расход.

В учебном кабинете над зоной преподавателя размещены четыре вытяжных диффузора ДПУ-М (фото 2). Открытая прокладка вытяжного воздуховода обусловлена отсутствием свободного пространства за подвесным потолком.

На противоположной стороне кабинета в рабочей зоне установлены низкоскоростные воздухораспределители (фото 3), при этом предусмотрена возможность их установки как у стены (распределители типа 1ВНП и 2ВНЛ), так и в углах помещения (распределители типа 1ВНУ). В верхней зоне помещения на воздуховодах двух ответвлений смонтированы настенные решётки типа АМР, а в уровне подвесного потолка — четыре потолочных диффузора ДПУ-К.

Подача и удаление воздуха из помещений осуществляется за счёт приточно-вытяжной установки с роторным рекуператором тепла UniMAX-R 1400 VER EC (фото 4). Регулирование расхода обеспечивается преобразователями частоты. Максимальный расход воздуха составляет 1440 м³/ч (кратность воздухообмена 8 ч-1). Также дополнительно предусмотрен фреоновый воздухоохладитель с компрессорно-конденсаторным блоком.

Для обеспечения большей функциональности установки была демонтирована встроенная система автоматического управления и предусмотрен отдельный шкаф управления вентиляцией (фото 5). Управление системой осуществляется с персонального компьютера или с настенной панели управления.

Новая схема управления обеспечивает работу установки в следующих режимах:

  • поддержание заданного значения температуры приточного воздуха при постоянном расходе;
  • поддержание заданной разницы температур приточного воздуха и воздуха в помещении при постоянном расходе;
  • поддержание заданной концентрации углекислого газа (CO2) в воздухе помещения или в удаляемом воздухе при переменном расходе;
  • поддержание заданной разницы между концентрацией CO2 в приточном воздухе и в воздухе помещения (или в удаляемом воздухе) при переменном расходе.

Осуществляется измерение и архивирование следующих параметров:

  • температуры, относительной влажности, энтальпии приточного, вытяжного воздуха и воздуха в помещении;
  • концентрации углекислого газа в приточном, вытяжном воздухе и в воздухе помещения;
  • перепада давления на фильтрах, рекуператоре, вентиляторах, ирисовых клапанах;
  • эффективности рекуператора;
  • потребления электроэнергии каждым двигателем, электрическим воздухонагревателем, компрессорно-конденсаторным блоком, освещением.

В декабре 2024 года в учебном кабинете С-431б были проведены первые исследования воздушной среды [6].

Заключение

Таким образом, установка позволяет проводить исследования воздушной среды учебных кабинетов при различных величинах воздухообмена и схемах воздухораспределения, может использоваться в образовательном процессе для проведения лабораторных работ.