Вентиляция и кондиционирование универсальных магазинов

В последние годы супер- и гипермаркеты практически заменили обычные магазины. Современные супермаркеты отличаются большой площадью, разнообразием товаров, наличием открытых холодильных и морозильных камер. Эти и другие особенности накладывают свой отпечаток на системы вентиляции и кондиционирования.

Как показывает практика, в каждой торговой сети обычно действуют собственные стандарты в отношении инженерных систем. Часто они оказываются более строгими, чем общепринятые нормы. Кроме того, внутренние стандарты точнее учитывают специфику конкретной сети — зонирование торговой площади, расположение стеллажей, наличие и емкость складов и служебных помещений. 

Классификация«по виду ассортимента»:

• Супермаркеты, гипермаркеты, маркеты, универсамы, торговые центры и т.д. — это универсальные магазины с универсальным ассортиментом продовольственных и непродовольственных товаров.  

Особенности 

Помещения супермаркетов обычно имеют высокие потолки и ригели. Это приводит к стратификации воздуха по высоте — в верхней части помещения он заметно теплее. При организации вытяжки из верхней зоны в летний период это способствует эффективному удалению теплоизбытков. В зимнее время это способствует эффективному удалению тепла от системы отопления — фактически ее нейтрализации.

• Несмотря на то что вся торговая зона зачастую оказывается единым помещением, она подвержена четкому зонированию. В любом супермаркете есть зоны со стеллажами, холодильниками, морозильными камерами, зоны продажи свежей еды и полуфабрикатов, зоны непродовольственных товаров. В идеале для каждой зоны формируются собственные принципы организации воздухообмена, воздушных потоков и температурных режимов.

Супермаркеты отличаются весьма большим тепловыделением как от оборудования, так и от людей. Однако постоянных рабочих мест мало, в основном речь идет о посетителях.

• Наконец, отдельно стоящие магазины требуют устройства климатических систем с нуля. Супермаркеты, размещаемые внутри торговых центров, могут использовать централизованные системы. Как правило, централизованные системы имеют определенный мощностной лимит для каждого из арендаторов торгового центра.

Нормативная база

Ввиду постоянной актуализации нормативной базы России ряд документов, ориентированных на предприятия розничной торговли, потеряли силу. В их числе такие стандарты, как пособие к СНиП 2.08.02–89* «Проектирование предприятий розничной торговли», ВСН 54–87 «Предприятия розничной торговли. Нормы проектирования».

При устройстве систем вентиляции и кондиционирования супермаркетов следует учитывать требования следующих нормативных документов:

• СП 60.13330.2016 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Актуализированная редакция СНиП 41-01—2003». Документ формулирует общие принципы проектирования и монтажа систем вентиляции, кондиционирования и отопления;
• ТСН 31-315—99 города Москвы (МГСН 4.13–97) «Предприятия розничной торговли» (с Изменениями 1, 2, 3). Документ ориентирован на магазины и супермаркеты и декларирует общие, объемно-планировочные и санитарно-технические требования, включая интересующие нас климатические системы.

Особенности проектирования

• Для составления правильного проекта для супермаркета специалисты советуют рассматривать каждую зону отдельно, ведь тепловая нагрузка в каждой из них разная. От любых других зданий и помещений супермаркет отличается размещением холодильных витрин в кондиционируемой зоне. Также в супермаркете инфильтрация воздуха постоянно увеличивается из-за постоянного потока посетителей. 
• Для того, чтобы инженерные системы полностью справлялись со своей задачей, необходимо учитывать дополнительные факторы. Стена, которая разделяет торговый зал и складские помещения, должна быть сплошной и максимально воздухонепроницаемой. В гастрономических цехах супермаркета давление по отношению к давлению в торговом зале должно быть пониженным, чтобы избежать проникновения посторонних запахов. Складские помещения, как правило, не требуют установки дополнительной вентиляционной системы. 

• Важный для проектировщика показатель – коэффициент загруженности торгового зала оборудованием. Оптимальные параметры находятся в пределах 0,2-0,3. Это означает, что 20-30% площади торгового зала отводится под торговую мебель и оборудование, а 70-80% остаются свободными для удобного перемещения покупателей и персонала магазина. 

Для того, чтобы холодный наружный воздух не приводил к теплопотерям, входная зона в супермаркет состоит из двух дверей и тамбура между ними. Воздух, подаваемый системой в тамбур, должен поступать из основной системы кондиционирования. Таким образом, в этой зоне появляется повышенное давление и помещение защищено от попадания холодного воздуха внутрь. Для поддержания оптимальной температуры в вестибюле в зимний период рекомендуется использование отдельного источника отопления(тепловые завесы). 

Влажность воздуха 

Холодильные витрины и другое профессиональное оборудование очень плохо реагируют на высокую влажность воздуха. Негативное воздействие проявляется в виде запотевших стекол, плохой регулировки температуры, потребность в частом размораживании, растут затраты на энергию и  главное портятся продукты(товар). 

• Для обеспечения комфортного пребывания людей в помещении уровень влажности воздуха тоже имеет большое значение. Диапазон значений относительной влажности находится в пределах 45-60%. 
• Специалисты советуют немного увеличить затраты энергии в системе кондиционирования, за счет чего значительно снизятся затраты энергии на работу холодильных систем. 

Для того чтобы, отрегулировать значения влажности, существует несколько методов:

• Прямое регулирование относительной влажности осуществляют с помощью
  регулятора влажности, датчик которого устанавливают в помещении. Регулятор
  влажности, воздействуя на подачу тепло – и холодоносителя в теплообменные аппараты
  центрального кондиционера, поддерживает заданную влажность воздуха. САР(система автоматического регулирования), основанная на этом методе регулирования, позволяет достаточно точно поддерживать заданную влажность воздуха и при постоянных, и при переменных, влаговыделениях в помещении , это  наиболее приемлемый и практичный метод для супермаркетов.
• Косвенное регулирование. При косвенном регулировании относительная влажность воздуха в помещении устанавливается в зависимости от температуры точки росы приточного воздуха после камеры орошения центрального кондиционера.
• Комбинированное  регулирование. При комбинированном регулировании относительной влажности воздуха сочетают прямое и косвенное регулирование. Такой метод используют в системах кондиционирования, имеющих в кондиционере обводной канал вокруг камеры орошения, и называют методом оптимальных режимов.

Вентиляция 

Вентиляция супермаркетов предназначена для обеспечения комфортного нахождения в помещении людей и эффективной работы технологического оборудования. При этом комфорт для человека определяется не только наличием свежего воздуха, но и локализацией запахов. Проще говоря, в хлебном отделе супермаркета не должно пахнуть рыбой.

Количество систем и особенности воздухообмена

В супермаркетах обычно предусматривают одну или две приточные и несколько вытяжных систем. Основная вытяжная система (общеобменная) обслуживает торговый зал. Она же может быть задействована и для вытяжки из офисных помещений, однако иногда для этого предусматривают отдельную вытяжку. Кроме того, отдельные вытяжные системы преду­сматривают:

• на кухне, по расчету от технологического оборудования;
• в помещении пекарни, по расчету от технологического оборудования;
• из санузлов и душевых комнат (50 м3/ч на один унитаз, 25 м3/ч на один писсуар, 75 м3/ч на одну душевую);
• из помещений погрузки/разгрузки.

Удаление воздуха от технологического оборудования осуществляется с помощью вытяжных зонтов (рис. 1). Некоторое технологическое оборудование предъявляет более сложные требования к вытяжной вентиляции. Например, при пароудалении от ротационной печи внутри воздуховода может образовываться конденсат, поэтому в системе предусматривают каплеуловитель.

Вытяжку из зон погрузки/разгрузки и временной стоянки автомобилей выполняют из верхней и нижней зон (рис. 2). Это обеспечивает более эффективное удаление выхлопных газов.

В торговые залы часто требуется подавать значительный объем воздуха. При этом следует учитывать дальность струи, создаваемой приточными решетками, чтобы не задувать посетителей.

Приточный воздух не подается над холодильными камерами и морозильными ваннами — это сильно снижает эффективность их работы. Вообще открытые холодильники и морозильники в торговом зале следует оберегать от повышенной скорости воздуха. Чем меньше они обдуваются снаружи, тем лучше сохраняют вокруг себя выработанный холод и, следовательно, эффективнее работают.

Баланс приточного и вытяжного воздуха обеспечивает заданное направление движения запахов. В отделах с более пахнущей продукцией предусматривают доминирование вытяжки, в отделах с менее пахнущей продукцией — доминирование притока.

• Однако как быть в случае ротации товара? После перестановки более пахнущий товар может оказаться в зоне преобладающего притока. Наиболее универсальное решение — использование решеток с регулировочными клапанами. Если в магазине и произошла коренная перестановка, то следует заново наладить системы вентиляции.

Потоки приточного воздуха могут быть использованы и в качестве воздушной завесы для разграничения двух типов товаров. Для этого применяются щелевые приточные решетки (рис. 3). Такое решение больше подходит для специализированных отделов крупных магазинов.

Так, в одном из магазинов, где продавались чай и кофе, щелевые решетки были применены для разграничения запахов чая и кофе. До их использования у обеих витрин наблюдался скорее смешанный чайно-кофейный запах, что мешало покупателям делать выбор.

Серьезной преградой для распределения приточного воздуха являются стеллажи с продукцией. Если при подходе к верхней точке стеллажа воздушная струя раскрылась недостаточно, то воздух попадет только в один проход. Для равномерного воздухораспределения следует учитывать форму струи решетки, скорость и ширину ее раскрытия или предусматривать приточные решетки над каждым проходом.

Определение расходов воздуха

Расходы воздуха каждой из систем определяются с учетом данных таблицы 1. Как правило, площадь торговых залов превышает 400 квадратных метров, а потому кратность воздухообмена определяется по расчету. При этом:

• на одного сотрудника магазина следует предусматривать 60 кубических метров в час,
• на одного посетителя (покупателя) — 20 кубических метров в час.

Количество сотрудников и посетителей определяется собственником магазина в техническом задании. При отсутствии подобной информации можно оттолкнуться от практических методик и нормированных значений.

• Одна из методик предполагает, что в продовольственных магазинах один работник приходится на 100 квадратных метров, в непродовольственных магазинах — на 160 квадратных метров.

Документ ТСН 31-315—99 не разделяет людей на сотрудников и посетителей. При определении количества человек он предлагает оттолкнуться от площади супермаркета из расчета:

• 6 квадратных метров на одного человека для магазинов мебели, музыкальных, аудио-, видео-, бытовой и оргтехники, книжных, спортивных и ювелирных
• и 5 квадратных метров — для всех продовольственных и прочих непродовольственных.

Ввиду того, что посещаемость любого магазина сильно меняется в течение суток, рекомендуется, чтобы основные приточные и вытяжные системы имели возможность плавного регулирования производительности:

• Это поможет существенно сэкономить не только на мощности, потребляемой вентилятором, но и на мощности, затрачиваемой на нагрев или охлаждение приточного воздуха.

Расход вытяжного воздуха от технологического оборудования принимается по инструкции производителя этого оборудования. В таблице 2  представлены данные по вытяжке на одном из объектов, но эти цифры могут служить лишь ориентиром и не долж­ны приниматься повсеместно.

Кондиционирование 

Для кондиционирования супермаркетов в  большинстве  случаев используют:

• мультизональные системы. Мультизональные системы более просты в монтаже и более эффективны, но имеют ограничение по мощности и длине трубопроводов.
• и систему «чиллер — фэнкойл».  Чиллерные системы, как правило, оказываются дороже, однако могут быть подобраны для объекта любого масштаба.

Очевидно, что в крупных гипермаркетах чаще используются чиллеры, в малых и средних супермаркетах — VRF-системы.

• В торговых залах чаще всего устанавливают внутренние блоки кассетного типа.
• В офисных помещениях — настенные, реже кассетные или канальные.
• Отдельные системы кондиционирования предусматривают для серверных и коммутационных помещений. Если их мощность невелика (не более 20 киловатт), то в целях экономии применяют полупромышленные сплит-системы.
• Для более мощных серверных используют прецизионное климатическое оборудование. В любом случае устанавливается один резервный кондиционер.

Учитывая, что в супермаркетах требуется весьма мощное вентиляционное оборудование, в вентустановках предусматривают секцию охлаждения приточного воздуха. Это может быть фреоновый или водяной охладитель, работающий, соответственно, от выносного компрессорно-конденсаторного блока или от центрального чиллера.

Расчет теплопритоков

При расчете теплоизбытков в супермаркетах применяется классическая методика суммирования теплопритоков через наружные стены, остекление, тепла от солнечной радиации, освещения, технологического оборудования, людей и приточной вентиляции. Наибольший вклад вносят тепло от технологического оборудования, люди, приточная система вентиляции, если она не имеет воздухоохладителя, и солнечная радиация, если в магазине большая площадь окон.

Экспресс-методика* расчета теплоизбытков в торговом зале заключается в том, что на каждые 50–60 м³ зала приходится 1 кВт теплоизбытков.

Особенности технологического оборудования супермаркетов

Основным оборудованием, выделяющим тепло в супермаркетах, являются холодильные и морозильные камеры, а также оснащение кассовых рабочих мест.

При отсутствии конкретных цифр в техническом задании для кассового оборудования можно принять тепловыделения одной точки в размере 300–500 ватт (наравне с компьютером).

Сложнее обстоит дело с холодильниками и морозильниками. Дело в том, что самые простые модели выбрасывают тепло непосредственно в торговый зал.

Более сложные аппараты могут иметь свой наружный блок для отвода тепла, их влияние на внутреннюю среду ничтожно мало. Кроме того, холодильники могут быть встроены в стену с отводом тепла не в торговый зал, а в смежное помещение или наружу при помощи вытяжки. Ориентировочные мощности магазинного холодильного оборудования приведены в таблице 3.

Еще одна особенность холодильного и морозильного оборудования — меньший, чем у кондиционеров,:

• для холодильного и морозильного оборудования холодильный коэффициент ε
• для кондиционеров EER- европейское обозначение.

Для справки:

Традиционно эффективность холодильного контура определяется холодильным коэффициентом EER(ε) (Energy Efficiency Ratio, коэффициент энергетической эффективности) — отношением холодопроизводительности кондиционера к потребляемой им мощности. Однако данный параметр носит расчетный характер и показывает эффективность работы оборудования при стандартных условиях (которых, надо сказать, не бывает практически никогда).  Величина EER, как правило, колеблется в промежутке от 3,0 до 4,5 единиц и прописывается в каталогах в строке «Энергоэффективность». Однако в такой же строке другого производителя можно увидеть цифры порядка 7–8 единиц. И дело не в том, что данный кондиционер в 2 раза эффективнее первого. Скорее всего, во втором случае указан сезонный коэффициент эффективности.

Собственно, это очевидно — для получения более низких температур требуется затратить больше энергии. При этом тепловыделение Q_тепл равно сумме холодопроизводительности Q_х и потребляемой электрической мощности N_эл:

Q_тепл = Q_х + N_эл = Q_х·(1 + ε) / ε = N_эл·(1 + ε).

Так, в одном из проектов при расчете тепловыделений морозильных камер инженеры оттолкнулись от их холодопроизводительности, разделив ее на 3 (как известно, средний холодильный коэффициент для систем кондиционирования равен 3–4). На самом деле холодильный коэффициент сильно изменяется в зависимости от вида холодильника и температуры внутри него и лежит в диапазоне от 0,8 до 1,5 единицы. Подставляя в формулу расчета тепловыделений, получим:

Q_тепл = (1,72,3) · Q_х = (1,82,5) · N_эл.

Полученной формулой можно пользоваться в тех случаях, когда тепловыделение холодильного оборудования не задано явно.

Пример расчета теплопритоков

В качестве примера рассмотрим магазин:

• С торговой площадью 500 м² при высоте потолков 4 метра.
• Мощность технологического оборудования составляет Q_обор=10 кВт.
• Площадь остекления — 25 м² (ориентация юго-западная), теплопритоки через наружные конструкции Q_огр=1,5 кВт.

Охлаждение приточного воздуха предполагается от системы кондиционирования.

Итак, для магазина площадью 500 м² расчетная численность людей составит 100 человек. При тепловыделении одного человека 120 ватт общий теплоприток будет равен:

Q_люди = 100 · 120 = 12 кВт.

Удельный теплоприток через юго-западное остекление составляет 202 Вт/м². При площади остекления 25 квадратных метров получим:

Q_солн = 202 · 25 = 5,1 кВт.

Удельные теплопритоки от освещения при использовании люминесцентных ламп составляют 10 Вт/м². Общий теплоприток от освещения на площади в 500 квадратных метров будет равен:

Q_осв = 500 · 10 = 5 кВт.

В расчете также следует учесть тепло, поступающее в супермаркет вместе с наружным воздухом. В нашем случае примем, что из 100 человек 5 — работники с постоянными рабочими местами в зале. Тогда оценочный расход приточной системы составит:

G_вент = 5 · 60 + 95 · 20 = 2200 м³/ч.(СП 60.13330.2016-по норме м³/ч на одного человека)

При наружной температуре летом 26 °C, а в магазине 20 °C получим поступление тепла вместе с приточным воздухом определяем из формуле:

Q_вент = c · ρ · ΔT · G_{вент / 3600,} где:

• G_вент — оценочный расход​ расход воздуха, м³/ч;
• c — ​теплоемкость воздуха, с=1,005 кДж/(кг·°C);
• ρ — ​плотность воздуха, ρ=1,2 кг/м³;
• ΔT — ​разность температур между подаваемым потоками воздуха и удаляемым,°C.

Q_вент = 1,005 · 1,2 · (26–20) · 2200 / 3600 = 4,4 кВт, 

Общий теплоприток равен:

Q = Q_обор + Q_огр + Q_люди + Q_солн + Q_осв + Q_вент = 10 + +1,5 + 12 + 5,1 + 5 + 4,4 = 38 кВт.

По экспресс-методике* (усреднено примем, что на 55 м³ зала приходится 1 кВт теплоизбытков) имеем общее количество тепла в размере:

Q = 500·4 / 55 = 36,3 кВт. ≈ 38 кВт.

Полученный результат хорошо согласуется с результатом подробного расчета.

Необходимость плавного регулирования

Из расчета следует, что нагрузка на системы вентиляции и кондиционирования в значительной мере зависит от посещаемости объекта.

Представим в нашем примере, что в магазине не было бы посетителей (что, кстати, весьма вероятно ночью или в рабочие часы в будни). Тогда теплопритоки от 5 сотрудников составили бы всего 600 Вт. Теплоприток от вентиляции можно пересчитать, но в целях упрощения расчетов мы этого делать не будем.

• При отсутствии людей(минус 12 кВт) общие теплопритоки составили бы 26,6 кВт вместо 38 кВт.

В то же время в пиковые часы работы магазинов их посещаемость резко возрастает — увеличатся и теплопритоки. Если бы в супермаркете находилось 300 человек, то нагрузка на систему кондиционирования от одних только людей составила бы 36 кВт, общая же нагрузка была бы равна 62 кВт.

• Полученный разброс теплопритоков (от 26,6 до 62 кВт) говорит, что нагрузка на систему охлаждения может сильно меняться в течение суток, поэтому система должна иметь плавное регулирование холодопроизводительности или как минимум 3–5 ступеней регулирования.

С подобными перепадами теплопритоков отлично справляются инверторные системы кондиционирования и системы «чиллер — фэнкойл».

Воздушные завесы в супермаркетах

• Согласно ТСН 31-315—99, воздушные завесы при входе в магазин следует предусматривать, если расчетное количество проходящих через проем посетителей в течение часа превышает 250 человек.
• Кроме того, воздушные завесы на входе должны быть установлены при наличии рабочих мест, расположенных смежно со входом или рядом с входной группой.

Таким образом, наличие рабочего места охранника возле входа в магазин обязывает использовать тепловые завесы.

• Воздушные завесы у ворот разгрузочных помещений, согласно ТСН 31-315—99, следует применять в продовольственных магазинах с торговой площадью более 1500 м²  и в непродовольственных магазинах с торговой площадью более 2500 м²   .

На практике эффективность тепловых завес очевидна, их предусматривают на всех объектах. Исключение составляют лишь небольшие заказчики с ограниченным бюджетом или случаи ожидаемой реконструкции магазина.

Тепловая завеса образует воздушную заслонку между теплым помещением и холодным воздухом на улице.

Завесу устанавливают над входом или оконным проемом там, где дверь (окно) постоянно открывают и закрывают. Как правило, это объекты с большой посещаемостью: торговые и офисные центры, рестораны, складские помещения, выставочные павильоны.

За счет воздушного препятствия температура воздуха внутри остается комфортной. Это снижает расходы на отопление или кондиционирование (в жаркое время года), уменьшает сквозняки. Завесы защищают помещение от пыли, посторонних запахов, выхлопных газов с улицы и насекомых.

На рынке тепловые агрегаты представлены в ассортименте. Виды тепловых завес отличаются не только характеристиками, но и принципом работы.

Перед тем, как выбрать и купить тепловую завесу на входную дверь, важно изучить отличия и критерии. Подробнее: Виды тепловых завес

Автоматизация систем вентиляции и кондиционирования супермаркетов

• Как правило, приточные и вытяжные системы, обслуживающие торговый зал и офисные помещения, являются комплектными агрегатами, а более мелкие вытяжные системы — наборными из отдельных элементов.
• Комплектные системы имеют заводской щит автоматики, для которого требуются лишь наладка и интеграция в систему диспетчеризации здания. Для наборных систем разрабатывают собственные щиты автоматики.

Типичное задание на автоматизацию систем вентиляции и кондиционирования супермаркетов включает в себя:

• возможность местного и дистанционного управления вентсистемами;
• контроль загрязнения воздушных фильтров и сигнализацию при их засорении;
• защиту калориферов от замерзания теплоносителя;
• токовую защиту обмоток электродвигателей насосов и вентиляторов;
• защиту вентиляционных установок от обрыва ремней вентиляторов;

• отключение общеобменных систем вентиляции при пожаре, запуск систем подпора воздуха и дымоудаления;
• закрывание воздушных заслонок приточных систем при отключении электропитания;
• местное управление вентиляционными технологическими отсосами;
• плавное или ступенчатое регулирование производительности системы;

• интеграцию системы автоматики вентиляции в систему автоматики и диспетчеризации здания.

Выбираем производителя

• Элитные – (Daikin, Mitsubishi Electric)
• Средние – (Toshiba, Hitachi)
• Бюджетные – (Ballu, General Climate, Kentatsu, Pioneer)