Вентиляция паркинга: расход воздуха по оксиду углерода

Вентиляция паркинга — единственный случай в частном и коммерческом строительстве, когда расчёт ведут не по влаге и не по теплоте, а по токсичному компоненту выхлопа. Оксид углерода нормируется прямым числом, его выброс можно посчитать по числу машин, поэтому результат получается не «примерно», а с обоснованием.

Ниже — как посчитать выброс, почему доля одновременного выезда важнее числа мест и как из требуемого расхода получается сечение воздуховода и мощность подогрева.

Почему именно оксид углерода

В выхлопе автомобиля есть несколько вредных компонентов, и каждый нормируется отдельно.

Оксид углерода выходит на первое место по сочетанию двух факторов: его удельный выброс наибольший, а нормируемая концентрация умеренная. Отношение «выброс к норме» у него хуже, чем у остальных компонентов, поэтому именно CO задаёт расход воздуха.

Расчёт выброса

Выброс считается как произведение трёх величин: сколько машин выезжает, сколько каждая выбрасывает и сколько времени работает двигатель.

Число выезжающих машин получается из общего числа мест и доли одновременного выезда:

Доля одновременного выезда — это и есть тот параметр, который определяет результат. Он описывает не технику, а режим эксплуатации.

Разница между жилым паркингом и торговым центром по этому параметру — в четыре раза. Расчёт по «средней» доле в 20 % для торгового центра даст заниженный расход в два с половиной раза.

Расход на разбавление

Дальше выброс переводится в расход воздуха. Логика простая: свежий воздух входит с каким-то фоновым содержанием CO, а выходить должен с концентрацией не выше нормы. Разность этих концентраций — движущая сила разбавления.

Множитель 1000 переводит граммы в миллиграммы, чтобы размерности сошлись.

Фон в приточном воздухе — величина не нулевая. В городе атмосферный воздух уже содержит оксид углерода, и для расчёта принимают 4–5 мг/м³, то есть около четверти нормы для рабочей зоны.

Кратность нужна как проверка: она показывает, сколько раз в час меняется воздух в помещении. Для паркингов типичные значения — от 3 до 8. Если расчёт даёт кратность выше 12, это сигнал, что нагрузка слишком велика для естественного режима: либо доля выезда завышена, либо двигатели устаревшие.

Параллельно с расчётом по CO всегда проверяют минимальную кратность по нормам: для отапливаемого паркинга это обычно 2 объёма в час, для неотапливаемого — 1. Принятый расход — большее из двух требований.

Числовой пример

Свои значения можно подставить в калькуляторе — он считает выброс, расход, сечение канала и нагрев притока.

Дано: подземный паркинг жилого дома объёмом 1200 м³, 40 машиномест, доля одновременного выезда 20 %, инжекторные бензиновые двигатели, время работы на выезде 60 с, нормируем по рабочей зоне, фон в приточном воздухе 4,5 мг/м³.

Шаг 1. Число выезжающих машин в час:

N = 40 · 20 / 100 = 8 машин/ч

Шаг 2. Массовый выброс оксида углерода:

M = 8 · 0,2 · 60 = 96 г/ч

Шаг 3. Движущая сила разбавления:

ΔC = 20 − 4,5 = 15,5 мг/м³

Шаг 4. Расход на разбавление:

L = 96 · 1000 / 15,5 = 6194 м³/ч

Шаг 5. Расход по минимальной кратности:

L_кр = 2 · 1200 = 2400 м³/ч

Шаг 6. Принимаем большее:

L_норм = max(6194; 2400) = 6194 м³/ч, кратность 5,2 1/ч

Расход определяет выброс, а не нормативная кратность, причём с запасом в 2,6 раза.

Шаг 7. Сечение воздуховода при скорости 6 м/с:

A = 6194 / (3600 · 6) = 0,287 м² = 2867 см²

Эквивалентный круглый воздуховод — Ø604 мм. На практике ставят прямоугольный канал 800 × 400 мм или два канала по 500 × 300.

Шаг 8. Мощность на нагрев притока с −25 до +5 °С:

Q = 6194 · 1,2 · 1005 · 30 / 3600 = 62,2 кВт

Это большая мощность, и она объясняет, почему в паркингах применяют рециркуляцию или подогрев только рабочей зоны.

Шаг 9. Расход тепла за отопительный период при 12 ч работы в сутки и средней температуре −3,1 °С:

Q_ср = 6194 · 1,2 · 1005 · 8,1 / 3600 = 16,8 кВт

W = 16,8 · 214 · 12 = 43 158 кВт·ч = 107 896 ₽

Шаг 10. Один бытовой канальный вентилятор даёт до 3000 м³/ч, значит нужно минимум 3 вентилятора или один промышленный.

Куда девать воздух

Схема воздухообмена в паркинге важнее, чем в обычном помещении, потому что источники вредностей распределены по площади.

Приток — в рабочую зону, вытяжка — из верхней зоны. Оксид углерода легче воздуха: его плотность 1,25 кг/м³ против 1,29 у воздуха, то есть он всплывает. Вытяжные решётки ставят под потолком.

Приток — вдоль рампы. Рампа — место, где двигатели работают дольше всего и на наибольшей нагрузке. Подача воздуха вдоль рампы смывает выхлоп наружу.

Зонирование. Один большой паркинг делят на зоны по 30–50 машиномест, каждая со своим притоком и вытяжкой. Это позволяет отключать вентиляцию в пустых зонах и экономить тепло.

Местные отсосы. На крупных паркингах применяют гибкие рукава или телескопические отсосы, которые подключают к выхлопной трубе на время прогрева. Это самый эффективный способ, но он требует дисциплины водителей.

Что влияет на расход сильнее всего

Из этой таблицы следует практический вывод: бороться надо не с числом машиномест, а с режимом выезда и с временем прогрева. Организация рассредоточенного выезда, запрет длительного прогрева в закрытом паркинге и переход на современные двигатели снижают требуемый расход сильнее, чем любые изменения в вентиляционной системе.

Рециркуляция и экономия тепла

Рециркуляция — это когда часть удаляемого воздуха возвращают в приток, смешивая со свежим. Смысл в экономии тепла: не надо греть весь объём с уличной температуры.

Но у рециркуляции есть предел, и он связан именно с разбавлением. Если в приток вернуть воздух с концентрацией CO, близкой к норме, движущая сила разбавления упадёт.

Если концентрация в помещении держится на уровне нормы 20 мг/м³, а доля рециркуляции 50 %, то смесь содержит около 12 мг/м³ вместо 4,5. Движущая сила разбавления падает с 15,5 до 8 мг/м³, то есть расход надо увеличить почти вдвое. Экономия тепла съедается ростом расхода.

Общие принципы экономии тепла на вентиляции разобраны в статье про приточную вентиляцию; возврат тепла через теплообменник — в статье про рекуператор.

Вентиляция гаража отличается

Частный гараж и подземный паркинг считают по-разному, и путать эти расчёты не стоит.

В гараже на одну машину расчёт по выбросу даёт большую кратность, но она кратковременна: машина выезжает за минуту, и вентиляция работает вхолостую остальные 23 часа. Поэтому для частного гаража удобнее считать по кратности и включать вентиляцию по датчику или таймеру.

Расчёт для частного случая — в статье про вентиляцию гаража.

Частые ошибки

Расчёт по кратности без проверки по CO. Кратность 2 1/ч для паркинга на 40 мест даёт 2400 м³/ч, а нужно 6194. Вентиляция формально есть, а концентрация в час пик превышает норму втрое.

Средняя доля выезда для всех паркингов. Торговый центр с долей 50 % требует вдвое большего расхода, чем жилой дом с 20 %. Подстановка среднего значения даёт систему, которая не справляется с пиком.

Фон в приточном воздухе принят нулевым. Это занижает расход на 30 % при норме 20 мг/м³ и вдвое при норме 5 мг/м³.

Прогрев двигателя не учтён. Холодный пуск зимой даёт в разы больше оксида углерода, чем прогретый мотор. Время работы на выезде надо брать по зимнему режиму.

Вытяжка снизу. Оксид углерода всплывает, и нижняя вытяжка уносит чистый воздух, оставляя вредности под потолком.

Рециркуляция без пересчёта. Возврат половины воздуха в приток удваивает требуемый расход, если концентрация в помещении держится у нормы.

Нет датчиков. Вентиляция, работающая на полную мощность круглосуточно, съедает за сезон больше, чем стоят датчики CO вместе с монтажом.

Скорость в канале завышена ради экономии металла. Мощность вентилятора растёт как куб скорости: переход с 6 на 10 м/с уменьшает сечение в 1,7 раза, а мощность вентилятора увеличивает в 4,6 раза.

Частые вопросы

Почему вентиляцию паркинга считают по оксиду углерода, а не по кратности?

Потому что кратность ничего не говорит о качестве воздуха. Два паркинга одинакового объёма с разным числом машин и разным режимом выезда требуют совершенно разного расхода. Оксид углерода — самый массовый компонент выхлопа, его нормирование известно, поэтому расчёт по нему даёт результат, привязанный к реальной нагрузке.

Какая ПДК оксида углерода принимается для паркинга?

Зависит от того, что находится в помещении. В воздухе рабочей зоны предельно допустимая концентрация — 20 мг/м³, в зоне пребывания людей — 10 мг/м³, а если рядом жилая застройка и воздух может туда попасть — 5 мг/м³. Чем строже норма, тем больше расход.

Что такое доля одновременного выезда?

Это доля машиномест, с которых машины выезжают в течение одного часа. У жилого паркинга машины разъезжаются растянуто, доля составляет 10–25 %. У торгового центра выезд идёт залпом после закрытия, и доля доходит до 50 %. Именно этот параметр чаще всего определяет расход, а не число мест.

Можно ли ставить в паркинге рециркуляцию воздуха?

Можно, но с ограничениями. Рециркуляция экономит тепло, потому что не надо греть весь приток с улицы, но она же снижает эффект разбавления. Если смешать часть удаляемого воздуха с приточным, движущая сила разбавления падает, и расход приходится увеличивать. Для паркингов, где нормируется оксид углерода, рециркуляцию обычно ограничивают 30–50 %.

Как подобрать вентилятор для паркинга?

Сначала по расходу: для паркинга на 40 мест и 8 выезжающих машин в час нужно около 6000 м³/ч. Затем по сопротивлению сети — его считают отдельно, оно складывается из сопротивления воздуховодов, решёток, фильтров и калорифера. Мощность вентилятора растёт как куб скорости, поэтому завышать скорость в канале ради уменьшения диаметра невыгодно.

Нужен ли подогрев приточного воздуха в паркинге?

Нужен, если паркинг отапливаемый. Без подогрева приток с улицей температурой −25 °С создаст холодную струю и обледенение рампы. Мощность на нагрев зависит от расхода: для 6000 м³/ч при перепаде 30 °С требуется около 62 кВт, поэтому в крупных паркингах приток часто делают частично рециркуляционным или подогревают только рабочую зону.

Заключение

Расчёт вентиляции паркинга идёт от токсичности выхлопа, а не от кратности. Выброс считается по числу выезжающих машин, удельному выбросу и времени работы двигателя; расход — по разности между нормой и фоном в приточном воздухе. Кратность получается как следствие и служит проверкой.

Главные параметры, которые определяют результат, — доля одновременного выезда и время прогрева двигателя. Оба относятся к режиму эксплуатации, а не к конструкции, и оба поддаются управлению. Нормативная концентрация выбирается по назначению зоны: 20 мг/м³ для рабочей, 10 мг/м³ для пребывания людей, 5 мг/м³ вблизи жилья.

Главное, что стоит запомнить: расход в паркинге определяет пиковый выезд, а не средний, и именно поэтому доля одновременного выезда важнее числа машиномест. Дальше по цепочке: вентиляция частного гаража — в статье про вентиляцию гаража; общие принципы воздухообмена — в статье про вентиляцию; потери давления в сети — в статье про аэродинамику воздуховодов; подбор приточной установки — в статье про приточную вентиляцию.