- Расчетные параметры наружного климата для проектирования систем холодоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха
- Расчетные параметры наружного климата для проектирования систем холодоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха
- Нормативные требования
- Методика исследования
- Полученные результаты
- Выводы
- Литература
- Обоснование изменений нормируемых значений температур наружного воздуха
- Наши предложения
- Вывод
Расчетные параметры наружного климата для проектирования систем холодоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха
Rated Outdoor Climate Parameters for Designing of Cold Supply, Ventilation and Air Conditioning Systems
A. S. Strongin, Candidate of Engineering, Scientific Research Institute of Building Physics of the Russian Academy of Architecture and Construction Sciences; V. A. Vorontsov, OOO Systemair; K. A. Kuznetsov, OOO Systemair
Keywords: outdoor climate parameters, cold supply, ventilation, air conditioning
Ventilation, cold supply and air conditioning systems responsible for maintaining optimal indoor climate conditions for public and production buildings are large consumers of material and energy resources. The refrigerating power of their systems can reach thousands of kilowatts, and their cost – tens of millions of rubles. Correct choice of design outdoor climate parameters during design of cold supply systems allows for saving on capital cost of their installation, as well as reduction of energy resources use in the course of their operation by 15–25 %.
Системы вентиляции, холодоснабжения и кондиционирования воздуха, обеспечивающие оптимальные условия микроклимата для общественных и производственных зданий, являются крупными потребителями материальных и энергетических ресурсов. Холодильная мощность систем может достигать несколько тысяч киловатт, а их стоимость – десятков миллионов рублей. Корректный выбор расчетных параметров наружного климата при проектировании систем холодоснабжения позволяет добиться экономии первоначальных затрат на их устройство, а также снизить потребление энергоресурсов в процессе эксплуатации на 15–25 %.
Расчетные параметры наружного климата для проектирования систем холодоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха
А. С. Стронгин, канд. техн. наук, Научно-исследовательский институт строительной физики РААСН
Системы вентиляции, холодоснабжения и кондиционирования воздуха, обеспечивающие оптимальные условия микроклимата для общественных и производственных зданий, являются крупными потребителями материальных и энергетических ресурсов. Холодильная мощность систем может достигать нескольких тысяч киловатт, а их стоимость – десятков миллионов рублей. Корректный выбор расчетных параметров наружного климата при проектировании систем холодоснабжения позволяет добиться экономии первоначальных затрат на их устройство, а также снизить потребление энергоресурсов в процессе эксплуатации на 15–25 %.
Нормативные требования
Заданные параметры микроклимата в помещениях жилых, общественных, административно-бытовых и производственных зданий следует обеспечивать в пределах максимальных расчетных параметров наружного воздуха для соответствующих районов строительства, регламентируемых СП 131.13330.2018 и СП 60.13330.2016 [1, 2]:
- параметры А – для систем вентиляции и воздушного душирования в теплый период года;
- параметры Б – для систем отопления, вентиляции и воздушного душирования в холодный период года, а также для систем кондиционирования в теплый и холодный периоды года.
Согласно СП 131.13330 параметры температуры и энтальпии для систем вентиляции и кондиционирования в теплый период года определяются как параметры Б. Температура при этом соответствует графе 4 в табл. 4.1, которая соответствует обеспеченности 98 %, а энтальпия определяется из рис. А.5 и имеет разброс параметров от нижнего до верхних значений. Учитывая, что разброс параметров энтальпии сильно влияет на подбор оборудования для систем вентиляции и кондиционирования, было решено проанализировать климатические данные за последние 10–20 лет для крупных городов и представительных районов РФ и составить таблицу с данными по температуре, энтальпии и абсолютному влагосодержанию воздуха.
Методика исследования
Для выбора расчетных параметров наружного климата (температуры, энтальпии и влагосодержания) использовались архивные данные о погоде, представленные на сайтах «Расписание погоды» и «метео.ру». Данные за весь период наблюдения отсортированы по выделенным граничным параметрам. Граничные параметры приняты с обеспеченностью 98 %, т. е. необеспеченность менее 175 час/год. Граничное значение выбирается за весь период наблюдения, далее выполняется сортировка по убыванию. Например, если период наблюдения составляет 11 лет, граничное значение необеспеченности: 11 • 175 = 1925 час.
С учетом данных температуры и влажности последних лет, которые имеются в виде измеренных параметров, фиксируемых каждые три часа, мы произвели расчет удельной энтальпии и абсолютного влагосодержания.
Таблица
Энтальпия и влагосодержание наружного воздуха в теплый период года для расчета номинальной мощности систем вентиляции и кондиционирования
Для расчета энтальпии и влагосодержания использовались формулы [3, 4].
Данные по абсолютному влагосодержанию, которые необходимы для расчета процессов осушения воздуха при вентиляции бассейнов [5] и аналогичных объектов, были независимо рассчитаны на обеспеченность 98 %.
Полученные результаты
Расчетные значения метеопараметров (удельная энтальпия и влагосодержание) регионов РФ представлены в таблице.
Кроме корректного выбора расчетных условий для определения максимальной мощности оборудования, для технико-экономического обоснования необходимо также учитывать изменение климатических параметров в течение года или сезона.
Европейский Союз разработал регламент снижения энергопотребления в зданиях экодизайна (Ecodesign). Экодизайн (экологическое проектирование) определяет новый подход к разработке продукции, поощряющий производителей учитывать экологический эффект продукта на протяжении всего жизненного цикла. При сертификации холодильного оборудования Eurovent применяет сезонный показатель энергоэффективности холодильного оборудования SEER, величина которого определяется отношением сезонной выработки холода Qх и сезонных затрат электроэнергии Qэл
Для расчета сезонных показателей используется БИН-метод (BIN method), позволяющий дифференцированно отражать текущую величину отношения наружной температуры воздуха и соответствующую ей величину загрузки оборудования. Для выбранного населенного пункта строится БИН-диаграмма (BIN diagram) часовой продолжительности наружных температур (ступенчатый годограф температур). Диаграмма разделяется на БИН-интервалы (ячейки) шириной 1 °С. Каждому пронумерованному интервалу соответствует: среднее значение текущей наружной температуры (БИН-температура), текущее потребление холода (загрузка оборудования), текущее значение холодильного коэффициента EER.
Интегральный сезонный показатель рассчитывается суммированием текущих значений всех интервалов по формуле
где Qx, Qэл – соответственно, сезонное количество произведенного холода и затраченной электроэнергии, кВт•ч/сезон
где n – общее количество БИН-интервалов в сезоне с i-той температурой наружного воздуха (зависит от сезонного диапазона изменения температуры наружного воздуха и выбранной ширины ячейки),
где Qxi – количество холода, вырабатываемое холодильным оборудованием при i-той БИН-температуре наружного воздуха, кВт•ч;
qxi – текущая холодильная мощность единицы оборудования при i-той БИН-температуре наружного воздуха, кВт;
τi – количество часов длительности каждой БИН-температуры наружного воздуха, ч.
EERbin(i) – текущее значение холодильного коэффициента EER для каждой БИН-температуры и соответствующей величине загрузки оборудования.
Предлагаем аналогичный подход для оценки энергоэффективности и годового энергопотребления для всей системы холодоснабжения и кондиционирования, а не только ее отдельных элементов [6, 7]. Для различных объектов текущая мощность системы определяется не только текущей наружной температурой, но и удельной энтальпией и влагосодержанием, что требует построения соответствующих графиков (БИН-диаграмм).
На рис. 1 в качестве примера приведены рассчитанные нами по изложенной методике графики осредненных значений температуры, энтальпии и абсолютного влагосодержания, с отображением количества часов их продолжительности для теплого периода года во Владивостоке.
Для сравнения климатических параметров двух городов – Москвы и Владивостока, на рис. 2 приведены графические данные по количеству часов для значений энтальпии, а также указаны граничные значения параметров с обеспеченностью 98 %.
По нашему мнению, при подборе оборудования целесообразно учитывать значения с указанной обеспеченностью. Возможное превышение указанных значений составляет менее 175 час/год и происходит, как правило, несколько часов в течение суток, что не существенно влияет на микроклимат помещения вследствие тепловой инерции и теплоаккумулирующей способности наружных и внутренних ограждений здания. Одной из ошибок проектирования является переразмеренность оборудования при его расчете на более высокие метеопараметры, что негативно сказывается на экономических и энергетических характеристиках, а также на затратах для подведения избыточных электрических мощностей.
Сравнение графиков количества часов энтальпии для теплого периода года в Москве и Владивостоке с указанием границ обеспеченности 98 %
Использование реальных климатических данных позволяет сделать оценки затрат на эксплуатацию в течение года и оценить экономию при использовании оборудования с утилизацией энергии. Также можно сделать сравнение оборудования, которое имеет разные коэффициенты утилизации тепловой энергии и возможности эффективного охлаждения. Так, например, затраты на эксплуатацию в теплый период можно снизить в несколько раз за счет применения в вентиляционном оборудовании градирни c косвенным адиабатным охлаждением, которое позволяет охлаждать наружный воздух на 10–12 °C без изменения его влагосодержания и без использования компрессора холодильной машины.
Выводы
При подборе оборудования для систем вентиляции, холодоснабжения и кондиционирования значение температуры допустимо определять согласно графе 4 в таблице 4.1 СП 131.13330. Значение удельной энтальпии и абсолютного влагосодержания наружного воздуха в теплый период года следует принимать из приведенной в статье таблицы для представленных городов, а для других регионов целесообразно принимать максимальное значение энтальпии, указанное для данного региона в СП 131.13330.2018 (рис. А5).
Возможность использования реальных климатических данных позволяет оптимизировать подбор холодильного и вентиляционного оборудования, снизить его стоимость и расход энергоресурсов. Объективная оценка годовых эксплуатационных затрат, в первую очередь электроэнергии, наглядно демонстрирует экономическую эффективность использования энергосберегающего оборудования и схемных решений, способствует расширению его применения в практике проектирования.
Литература
- СП 131.13330.2018 «СНиП 23-01-99* Строительная климатология». М., 2018.
- СП 60.13330.2016 «СНиП 41–01–2003 Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха» (с изменением № 1). М., 2003.
- Нестеренко А. В. Основы термодинамических расчетов вентиляции и кондиционирования воздуха. М.: Высшая школа, 1971.
- Богословский В. Н., Кокорин О. Я., Петров Л. В. Кондиционирование воздуха и холодоснабжение. М.: Стройиздат, 1985.
- Р НП «АВОК» 7.5-2020 «Обеспечение микроклимата и энергосбережение в крытых плавательных бассейнах. Нормы проектирования». М.: АВОК-ПРЕСС, 2020.
- Стронгин А. С. Оценка эффективности холодоснабжения общественных зданий. Ч. 1. Энергоэффективность // Энергосбережение и умные технологии. – 2020. – № 2. – С. 12–16.
- Стронгин А. С. Оценка эффективности холодоснабжения общественных зданий. Ч. 2. Экономическая и экологическая эффективность // Энергосбережение и умные технологии. – 2020. – № 3. – с. 9–11.
Авторы выражают глубокую благодарность за сотрудничество М. В. Клюевой («ГГО»).
Обоснование изменений нормируемых значений температур наружного воздуха
В. И. Ливчак, канд. техн. наук, вице-президент НП «АВОК», otvet@abok.ru
анонс
В статье изложено обоснование необходимости внесения изменений в нормативную документацию, используемую при проектировании зданий и сооружений и при осуществлении теплоснабжения в Москве, в связи с повышением в последнее десятилетие среднегодовой температуры на 1,3 °С по сравнению с предшествующим периодом 1961–1990 годов. Это позволит уменьшить число градусо-суток нормализованного отопительного периода для Москвы и снизить нормируемые по СНиП 23-02-2003 значения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций.
Постановлением Правительства Москвы № 333 ПП от 20.04.2010 г. «Об организации работ по переходу городского хозяйства Москвы на энергоэффективные технологии в условии климатических изменений» в целях организации в опережающем порядке перехода городского хозяйства Москвы на энергоэффективные технологии поручается в п. 3 обеспечить разработку методологии проведения оценки экономических последствий климатических изменений для городского хозяйства Москвы на основании «Информации Гидрометеобюро по Москве и Московской области о климатических изменениях в Московском регионе» (Приложение № 1 к № 333 ПП).
В информации Гидрометеобюро отмечается, что в Москве в последнее десятилетие наблюдается повышение среднегодовой температуры на 1,3 °C по сравнению с предшествующим периодом 1961–1990 годов, причем за три зимних месяца повышение температуры составило 2,2 °C (см. табл.). В связи с этим предлагается пересмотреть действующие СНиПы в части сокращения продолжительности отопительного периода и повышения средней температуры в течение отопительного периода, что может привести по мнению авторов к сокращению затрат на отопление города. Правильность последнего утверждения сомнительна, поскольку ТЭЦ и котельные города ведут отпуск тепловой энергии в тепловые сети по фактической, реальной температуре наружного воздуха, но для прогнозирования энергозатрат лучше, конечно, оперировать статистическими данными более близкими к реальным.
Наши предложения
В отношении продолжительности отопительного периода, средней температуры наружного воздуха за этот период и величины градусо-суток.
В соответствии со СНиП в Московском регионе отопительный период в жилых домах должен начинаться, когда в течение трех дней средняя температура наружного воздуха опускается ниже +8 °C, а заканчиваться, когда в течение трех дней она оказывается выше +8 °C. Практически в Москве отопительный период начинается 1 октября и заканчивается, как правило, 30 апреля – 10 мая. В информации Гидрометеобюро предлагается оканчивать отопительный период на неделю раньше – 23 апреля (из «Информации Гидрометеобюро…», Приложение № 1 к № 333 ПП).
Фактические данные среднесуточных температур наружного воздуха, собранные нами, с 1 апреля по 10 мая за последние 11 лет (meteo.infospace.ru), показывают, что только в течение двух лет (2001 и 2002 годы) можно было бы выключить отопление даже 21–22 апреля; в 2008 и 2009 годах – с 28 апреля; в 2005 и 2010 годах – с 30 апреля; в 2003 и 2006 годах – с 3 мая, в 2004 году – с 5 мая; в 2000 году, хотя с 8 по 30 апреля температура воздуха стояла выше +8 °C, с 1 по 4 мая средняя температура воздуха была ниже +4 °C, и отопление должно было быть выключено только 8 мая, а в 2007 году – с 9 мая. Таким образом, на наш взгляд, средняя продолжительность отопительного периода для наиболее массового жилищного фонда должна остаться на нормируемом уровне 214 суток, а средняя температура воздуха за этот период может быть повышена на 1,6 °C (среднее увеличение за октябрь–апрель 2000–2010 годов из табл. 1 «Информации Гидрометеобюро…»: (3,4·31 + 2,1·28 + + 1,1·31 + 2,3·30 + 0,8·31 + 1,3·30 + 0,5·31)/212 = 1,6 °C) и будет –3,1 + 1,6 = –1,5 °C. Тогда, расчетное число градусо-суток отопительного периода соответственно будет:
- для жилых зданий и общественных с расчетной температурой внутреннего воздуха в помещениях +20 °С – (20 + 1,5)·214 = 4 600 °С·сут.;
- для поликлиник, лечебных учреждений и домов-интернатов – (21 + 0,6)·231 = 4 990 °С·сут.;
- для дошкольных учреждений и хосписов – (22 + 0,6)·231 = 5 220 °С·сут.
Таблица 1 Среднемесячная температура воздуха в период 1961–1990 гг., 2000–2009 гг. и изменение среднемесячных температур за последние 10 лет (по данным Гидрометеобюро) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Таблица 2 Среднесуточные температуры наружного воздуха в период с 1 апреля по 10 мая (по данным meteo.infospace.ru) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Таблица 3 Среднесуточные температуры наружнего воздуха в период с 14 декабря по 24 февраля (по данным meteo.infospace.ru) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Поделиться статьей в социальных сетях: