Защо стоманените складове изискват специализирана вентилация
Термодинамика: Абсорбиране на топлината от металния покрив и стратификация на въздуха
Поради отличната топлопроводност температурните колебания в стоманени складове са изключително големи. Металните покриви бързо абсорбират топлина в ясни дни, често надвишавайки температурата на външния въздух с 50 до 70 градуса. Това създава сериозни проблеми с високата температура вътре. Каква е следващата стъпка? Топлият въздух се издига нагоре и естествено формира слоеве, при които горещият въздух остава близо до покрива, а по-хладният въздух се задържа близо до пода, където работят служителите. В недостатъчно проветрявани сгради температурните разлики могат да бъдат изненадващи — често надвишават 30 градуса между пода и покрива. Това кара системите за отопление и климатизация да работят значително по-интензивно, увеличавайки разходите на фирмата за електроенергия и други комунални услуги. Освен че представлява загуба на пари, недостатъчното проветряване и слоевото неравномерно затопляне съкращават срока на експлоатация на скъпостоящото оборудване и създават неудобна работна среда за служителите. Решението е ефективна система за вентилация, която насочва вниманието си към движението и смесването на слоевете горещ въздух и осигурява равномерно разпределение на температурата без същия разход на енергия.
Кондензацията, корозията и повредата на изолацията по студените стоманени повърхности пораждат рискове от влага.
Основният проблем със стоманата е, че ако топлият и влажен въздух се срещне със студени стоманени повърхности (особено нощем, когато температурите спадат), стоманата не позволява лесно излизането на влагата, което води до сериозни проблеми с материалите. Стоманата при температури на околната среда, по-високи от точката на оросяване, кондензира влага по повърхностите си три пъти по-бързо в сравнение с материали с топлоизолация или други порести материали (които също могат да абсорбират и след това да освобождават влага). Това води до допълнителни проблеми с влагата. След това стоманата се корозира по-нататък (намалява структурната ѝ цялост). Освен това водата прониква и в изолационния материал, намалявайки ефективността му с 40 %, и се образува плесен (която е основната причина за разрушаването на изолацията). Тези материали — дърво и зидария — абсорбират и освобождават влага и, като такива, се държат по различен начин в сравнение със стоманата, която не оказва никакво облекчение на условията. Това важи и за стоманата, и за кондензацията. Проблемът със стоманата се усилва допълнително, тъй като в сградата има малко или изобщо няма обмяна на водни пари, което още повече усилва проблема. Такова положение не би трябвало да съществува, но при температури на околната среда, по-високи от точката на оросяване, ще възникне кондензация. В бъдеще климатичните условия ще окажат значително влияние върху материалите, които ще се съхраняват в сградата — ако тя не е паропроницаема и ако няма непрекъснат достъп до течна вода при температури над точката на оросяване. Всички тези фактори, взети заедно, гарантират, че сградата ще бъде подложена на значителни повреди през годините.
Прилагане на естествено вентилиране в стоманени складови сгради
Ефективността на конвекционната конструкция от гребен до стряхата и други фактори
Системата от гребен до стряха използва естествената склонност на топлия въздух да се издига. Когато топлият въздух излиза през вентилационните отвори по гребена на покрива, а пресният въздух се всмуква през по-ниските странични отвори. Тази система е предимна за стоманени складови сгради, тъй като металните покриви се нагряват дълбоко и също така отделят топлината си през нощта, което подобрява въздушния поток. Ефективността ѝ силно зависи от конкретното място. ASHRAE е публикувала проучване, според което при сухи и ветровити условия тези системи осигуряват честота на смяна на въздуха с 40 % по-висока в сравнение с влажните и безветрени климатични условия. Сградите по крайбрежието с подходящо проектирана кръстосана вентилация ще имат 8–10 смяни на въздуха на час. В противовес на това тропическите климатични зони характеризират се с висока влажност и затова изискват допълнителни системи за контрол на влагата. Максимизирането на производителността на системата силно зависи от конкретното проектиране на вентилационните отвори. Много инженери използват компютърни симулации или модели на числено моделиране на теченията (CFD), за да проектират системите преди строителството.
Когато системите са правилно подбрани според местните климатични условия, необходимостта от механично охлаждане може да се намали приблизително с една третина, което води до икономии на пари и енергия на дълга времева база.
Приложение на механични и хибридни вентилационни системи в стоманени складови сгради
Недостатъци на естественото вентилиране: устойчиво висока влажност, технологично вентилиране и ситуации с плътна ограждаща конструкция
Естествената вентилация просто не може да бъде достатъчна в множество реални сценарии. Помислете за всички ситуации в реалния живот, при които има много влага. Класически пример: кухнята на ресторант. Също така помислете за мястото, където се извършва отвличане на бетона. По същия начин помислете за фабрика, където се генерира топлина и се отделят пари. Помислете за място с голямо количество прашинки. Също така помислете за строго контролирани сгради, проектирани за регулиране на температурата или за сигурност. Във всички тези сценарии има обща проблематика. Пасивните вентилационни системи са надмощени и стават неефективни при бързото и достатъчно противодействие на натрупването на влага. Кондензът се натрупва с небезопасна скорост, което представлява риск за структурната цялост на сградата, тъй като изолацията се поврежда, а материалите започват да ръждясват. Изследвания показват, че неконтролираната влажност в стоманени конструкции може да доведе до използване само на около 60 % от предвидения експлоатационен срок на конструкцията. Това е една от водещите причини за бързото внедряване на хибридни вентилационни системи. Независимо дали е обикновен ден или когато системата е активирана, естественият въздушен поток е основно отговорен за по-голямата част от вентилацията. В тези системи естественият въздушен поток извършва по-голямата част от работата.
Обаче, когато влажността се повиши прекалено рязко или температурата надвиши с 30° външната температура, автоматичните източни вентилатори се включват, за да се осигури съответствие със стандартите на ASHRAE. Тези системи, проектирани да бъдат гъвкави, защитават качеството на въздуха и цялостността на строителните материали, като намаляват енергийните разходи с 25 % до 50 % спрямо конвенционалните механични системи.
Ефективно проектиране на въздушния поток и позициониране на вентилационните отвори в стоманени складови сгради
Балансиран въздухозабор и въздухоизход: съотношение нисък вход/висок изход, предписано от CFD анализ
Проектирането на вентилацията в промишлени стоманени складови сгради зависи по-скоро от конкретното разположение на вентилационните отвори, отколкото от тяхното количество. Например, оптималните проекти в тази област използват балансирана вентилационна система с ниско разположени входни и високо разположени изходни отвори. Когато въздухът постъпва през отворите по стените или в гредореда на нивото на пода, той се затопля и се издига, напускайки помещението през вентилационните отвори в горната част на тавана. Този вентилационен дизайн активно насърчава нагорното движение на топлия въздух и влагата, като едновременно изолира студените повърхности, които са склонни към кондензация. Компютърното моделиране също показва, че стоманените складови сгради „дишат“ най-добре и мъртвите зони намаляват с 70 %, ако площта на входните отвори съставлява 60 % от площта на изходните отвори. Какви са крайните резултати? Въздухът се поддържа в постоянно движение, работниците се чувстват удобно, корозията на стоманата се забавя, а влажните подове представляват по-малка опасност от плъзгане.
Често задавани въпроси
Какво е значението на вентилацията в стоманените складови сгради?
Температурните разлики и натрупването на влага могат да предизвикат множество проблеми, а вентилацията може да помогне за контролиране и намаляване на тези проблеми. Добре проветрено помещение ще минимизира въздействието върху оборудването, ще подобри комфорта на работниците и също така ще намали енергийните разходи.
С какви проблеми могат да се сблъскат стоманените складове при лоша вентилация?
Натрупването на влага, големите температурни разлики и кондензацията могат да бъдат предизвикани от лошата вентилация. Корозията и повредата на изолацията също могат да са потенциални проблеми, причинени от това, а структурни повреди и щети по стоките могат да възникнат в резултат на тези проблеми.
Каква е целта на естествената вентилация в стоманените складове?
Топлият въздух се издига, а стоманените складове могат да използват този прост физичен факт в системите за естествена вентилация, като например от гребен до стряхата. В тези системи топлият въздух се извежда през отворите в горната част, докато студеният въздух се вкарва през отворите в долния край.
Необходими ли са хибридни и механични системи за вентилация?
Когато естествената вентилация е недостатъчна поради топлина, влажност или непроницаемост на въздуха, хибридните и механични системи са необходими за осигуряване на вентилация в тези зони. Тези системи се използват също така, за да се гарантира, че влагата няма да се натрупва в зони, където конструкцията може да бъде повредена.