Мировой опыт показывает, что численное моделирование аэродинамики (CFD-моделирование, от англ. Computational Fluid Dynamics – вычислительная механика жидкости и газа) имеет огромный инновационный потенциал по применению в задачах архитектурно-строительной направленности, а именно:

• моделирование микроклимата помещений;

• моделирование дымоудаления, а также удаления производственных загрязнений внутреннего воздуха;

• моделирование воздухораспределительных устройств.

 

Суть CFD-моделирования заключается в явном воспроизведении физического процесса движения воздуха в объеме помещения. Поэтому CFD-моделирование представляет собой универсальный подход, позволяющий определять параметры микроклимата при любой конфигурации помещения, при любых параметрах отопления, вентиляции и кондиционирования, при любых микроклиматических воздействиях.

Фактически, CFD-моделирование - это виртуальное испытание помещения. Например, в качестве граничных условий устанавливаются определенные параметры отопления, вентиляции и кондиционирования, и анализируется распределение в объёме помещения контролируемых параметров микроклимата. На практике, CFD-моделирование выполняется для того, чтобы подтвердить, что распределение расчетных параметров микроклимата отвечает предъявляемым требованиям. Если CFD-моделирование показывает отклонение параметров микроклимата от требуемых значений, проектные решения корректируются, чтобы устранить выявленные отклонения. В этом случае CFD-моделирование повторяется. Работа по CFD-моделированию аэродинамики помещений зачастую приобретает итерационный характер. 

​

Микроклимат помещений

​

В реальных условиях эксплуатации параметры микроклимата могут существенно отличаться в пределах рабочей зоны помещения. Концентрация углекислого газа, влажность и другие параметры микроклимата напрямую влияют на работоспособность людей в офисных помещениях, на восприятие зрителей в зрелищных залах, на физическую активность в помещениях спортивного назначения, на покупательское поведение в торговых залах. В целом, качество микроклимата является одним из главных качеств здания. Поэтому инженерная работа по повышению качества микроклимата является одной из центральных задач мирового строительства.

​

Заметим, что понятие качества микроклимата имеет совершенно точное количественное выражение. Контролируемые параметры микроклимата и соответствующие оптимальные и допустимые интервалы значений четко определены в российских и зарубежных нормативно-технических документах (в частности, ГОСТ 30494-2011 "Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях"). 

 

С развитием строительных технологий усложняется дизайн помещений, повышаются требования к энергосбережению, возрастают ожидания в области комфорта и удобства регулирования параметров микроклимата. Это ведёт к необходимости учёта всё большего количества различных требований. Классических аналитических расчётных методик в области отопления, вентиляции и кондиционирования становится недостаточно для обеспечения оптимальных параметров микроклимата во многих современных помещениях.

 

На помощь приходит новейшая технология CFD-моделирования микроклимата, которая в силу своей универсальности не имеет ограничений, связанных с конфигураций рассматриваемых помещений, расстановкой воздухораспределительных устройств и т.п.

 

CFD-моделирование микроклимата решает следующие задачи:

 

• повышение качества микроклимата в помещениях любых типов, т.е. оптимизация системы отопления, вентиляции и кондиционирования для достижения контролируемыми параметрами микроклимата оптимальных значений во всей рабочей зоне помещения, с учётом влияния на аэродинамический режим решений дизайн-проекта, расстановки оборудования, лёгких перегородок, мебели;

• обеспечение заданных показателей комфортности и тепловлажностных характеристик в крупных помещениях, в частности, для исключения образования конденсата (многосветные помещения, атриумы, зимние сады);

• создание зон с разными тепловлажностными характеристиками в едином объёме (многофункциональные залы, стадионы, плавательные бассейны);

• обеспечение специальных функциональных требований по тепловлажностному и пылевому режимам (центры обработки данных, производственные помещения с претензионным оборудованием или с источниками загрязнений).

​​

Моделирование микроклимата выполняются в соответствии с действующими СП 60.13330.2016 и 60.13330.2012 "Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха". В результате моделирования определяется распределение в объёме помещения скоростей и температур воздуха, а также относительной влажности, концентрации углекислого газа и других необходимых параметров. Во взаимодействии с профильными инженерами по отоплению, вентиляции и кондиционированию проводится оптимизация проектных решений.

​

Дымоудаление, удаление производственных загрязнений воздуха

 

CFD-моделирование является универсальным инструментом для решения инженерных задач, связанных с анализом распространения в воздухе различных примесей и частиц. CFD-моделирование позволяет воспроизводить движение воздуха с учётом тепломассообмена, с учётом переноса газовых примесей и их рассевания, с учётом переноса взвешенных механических частиц.

​

При моделировании эмиссии загрязняющих веществ, они захватываются потоком воздуха и переносятся по направлению линий тока, рассеваются в результате турбулентных завихрений, и покидают помещение вместе с вытяжным потоком воздуха. В случае эмиссии нагретых загрязняющих вещества, как в случае дыма при пожаре, потоки воздуха перераспределяются в результате интенсивного тепломассобмена, загрязняющие вещества поднимаются наверх. В результате аэродинамических процессов, в зависимости от параметров загрязняющего воздействия и режима работы вентиляции, концентрация загрязняющих веществ оказывается неравномерной по объёму помещения. Анализ распределения загрязняющих веществ в объеме помещения является основой для выработки решений по оптимизации соответствующих проектных решений.

​

CFD-моделирование дымоудаления фактически представляет собой виртуальное испытание системы противодымной вентиляции, при котором в помещении виртуально помещается очаг пожара и проверяется соответствие задымленности проектным критериям.

​

Аналогично проводится моделирование производственных загрязнений воздуха. 

​

Воздухораспределительные устройства

​

В формировании микроклимата помещений большую роль играют воздухораспределительные устройства, например, приточные диффузоры. Воздух, поступающий в помещении из приточной системы вентиляции, должен быть сформирован в воздушную струю с чётко определенными аэродинамическими параметрами. Это необходимо для того, чтобы приточный воздух перемешивался с воздухом в помещении и происходил необходимый воздухообмен во всей рабочей зоне, а с другой стороны, чтобы скорость и другие параметры микроклимата оставались в требуемых пределах. Например, в рабочей зоне офисного помещения оптимальная скорость движения воздуха не более 0,2 м/с согласно ГОСТ 30494-2011 "Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях".

​

CFD-моделирование применяется как для определения аэродинамических параметров существующих воздухораспределительных устройств в целях их учета при моделировании микроклимата помещений, так и для проектирования воздухораспределительных устройств с заданными параметрами.

​