Исследование эффективности работы системы вентиляции в помещении подземного винохранилища посредством моделирования

Проектирование винных погребов и винохранилищ является трудоемким процессом, при котором нужно учесть очень много различных факторов.

В первую очередь для технологии хранения вина важны метеорологические условия внутренней среды помещения - микроклимат, который характеризуется температурой воздуха, относительной влажностью воздуха и скоростью движения воздуха.

Чтобы сохранить качество и исключительность вкуса настоящего вина при хранении на длительный срок, необходимо соблюдать следующие условия:

1. Поддержание оптимальной температуры воздуха окружающей среды +10 - +18°C;

2. Отсутствие резких температурных перепадов;

3. Не допускать замерзания вина;

4. Поддержание влажности воздуха в помещении 65–80%: слишком сухой воздух может привести к испарению и окислению вина, а сырость — к образованию плесени;

5. Помещение должно хорошо вентилироваться (при выборе места для хранения вина нужно помнить, что ему необходимо дышать);

6. Отсутствие солнечных лучей (для хранения вина используют темные помещения, чтобы не произошло окисление ферментов, которые придают вину специфический вкус);

7. Нельзя допускать появления посторонних запахов, т.к. пробки, используемые для хранения домашнего вина, легко пропускают любые ароматы;

8. Отсутствие какой-либо вибрации и шума.

Действие этих факторов на материалы при длительном хранении настолько существенно, что оптимизация температурно-влажностного режима является основным вопросом при проектировании винохранилищ.

Целью данной работы изучение эффективности работы вентиляции помещения подземного винохранилища.

  На первом этапе посредством использования программы SolidWorks была создана 3D - модель винохранилища, для которого необходимо было спроектировать систему вентиляции. Модель помещения представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. 3D-модель подземного винохранилища

 

Далее была создана расчетная сетка, сечения и области сгущения сетки с более мелкими ячейками у решеток и людей. Для дальнейшего расчета были установлены начальные и граничные условия и построена модель.

Винохранилище - это складское помещение, поэтому люди там бывают редко, а также отсутствует какое-либо оборудование (за исключением винных шкафов), соответственно влаговыделений и тепловых нагрузок от них не будет. Солнечные нагрузки не учитываются, поскольку винохранилище является подземным объектом, соответственно в расчете принимались во внимание только теплопоступления от искусственного освещения.

Расчет производился до выравнивания графиков сходимости температуры на вытяжке (рисунок 2).

Рисунок 2. График температуры на вытяжке

Из графика видно, что температура, полученная на вытяжке примерно равна 17,8°С, это значение соответствует расчетному значению 17,78 °С. Это можно назвать хорошим результатом, поскольку в винохранилище очень важно постоянство температур, в противном случае вино будет испорчено.

Кроме того, были построены поля распределения температуры, относительной влажности и скоростей воздуха.

Рисунок 3. Поле температуры в поперечном сечении

Рисунок 4. Поле температуры в продольном сечении

Значение температуры по объему помещения достаточно равномерно, ее значение равно примерно 17,3℃, но можно отметить незначительное повышение значения температуры (до 18,6℃) в отдаленных помещениях с южной части здания. Поскольку на потолке расположены приборы освещения, которые являются единственным источником теплоты, то у потолка значение температуры максимально и равно 19℃.

Рисунок 5. Поле скоростей в поперечном сечении

Рисунок 6. Поле скоростей в продольном сечении

Средняя скорость в рабочей зоне колеблется в диапазоне от 0 до 0,5 м/с. Максимальное значение скорости можно наблюдать на выходе и входе у воздухораспределительных устройств. При этом движение воздуха можно наблюдать только в большом помещении винохранилища, а в смежных небольших помещениях скорость воздуха равна 0 м/с. Это говорит о том, что предложенная проектом схема вентиляции неэффективна.

Рисунок 7. Поле относительной влажности в продольном сечении

Относительная влажность находится в диапазоне от 50 до 60%. В целом, такой разброс можно назвать небольшим, но стоит отметить, что в центре помещения величина относительной влажности равна 56%, а в более отдаленных частях помещения относительная влажность чуть ниже – 54%. Максимальное значение относительной влажности равное 60% можно наблюдать у воздухораспределителей.

По результатам исследования можно сделать вывод, что запроектированная перемешивающая общеобменная система вентиляции не справляется со своей задачей.  Значения параметров температуры и относительной влажности были сравнены со значениями, приведенными в ГОСТ 32061-2013 [1].

Согласно ГОСТ 32061-2013 [1], винодельческую продукцию рекомендуется хранить в вентилируемых, не имеющих постороннего запаха помещениях, исключающих воздействие прямого солнечного света при параметрах воздуха, представленных в таблице 1.

Таблица 1.

Нормативные требования к температуре и относительной влажности

Наименование помещения	Температура	Относительная влажность
Винохранилище	+ 5°С … 20°С	≤ 85%

 

Полученная при расчёте температура внутреннего воздуха t_в =17,8 °С, что входит в требуемый диапазон. Относительная влажность должна быть не больше 85%, т.к. при таком значении относительной влажности портятся этикетки, на пробках появляется плесень, и вино вскоре гибнет, но и ниже 50% значение относительной влажности недопустимо, потому что в таком случае корковые пробки быстро усыхают, что приводит к испарению спирта из вина, его естественной убыли и порче. В результате расчета значение относительной влажности находится в интервале от 50 до 60%. Это попадает в требуемый диапазон, но тем не менее, это не оптимальные значения. Оптимальным значением является 65-70%.

Скорость движения воздуха в рабочих зонах, полученная при расчёте               υ = 0,00 – 0,5 м/с, и это говорит о том, что вентиляция не справляется со своей задачей, поскольку в большинстве помещений наблюдается застой воздуха. Это недопустимо, т.к. застоявшийся и затхлый воздух сообщает вину неприятный плесневый запах и вкус.

Таким образом, запроектированная система вентиляции нуждается в доработке: необходимо изменить расстановку воздухораспределительных устройств, чтобы движение воздуха было по всему помещению.