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.

График количества часов (теплый период года, Владивосток): а – наружная температура; б – энтальпия; в – абсолютное влагосодержание

Интегральный сезонный показатель рассчитывается суммированием текущих значений всех интервалов по формуле

где Q_x, Q_эл – 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 Q_xi – количество холода, вырабатываемое холодильным оборудованием при i-той БИН-температуре наружного воздуха, кВт•ч;

q_xi – текущая холодильная мощность единицы оборудования при i-той БИН-температуре наружного воздуха, кВт;

τ_i – 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»).

Расчетная температура наружного воздуха для отопления

РАСЧЕТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ НАРУЖНОГО И ВНУТРЕННЕГО ВОЗДУХА ДЛЯ РАСЧЕТА ОТОПЛЕНИЯ И ВЕНТИЛЯЦИИ

В данном посте приведены основные положения и выдержки из действующих СНиП. Расчетная температура наружного воздуха для отопления — это и есть средняя температура холодной пятидневки, которая закладывается в расчет системы отопления частного дома. Это усредненная температура наиболее холодных пятидневок за восемь самых холодных зим из последних 50 лет. Такой подход позволяет, с одной стороны, быть готовыми к сильным морозам, которые случаются лишь раз в несколько лет, с другой — не вкладывать в проект излишних средств. В масштабах массовой застройки речь идет о весьма значительных суммах.

Расчетная температура наружного воздуха для отопления. Измерение температуры и относительной влажности наружного воздуха. Термогигрометр оконный ТГО-1

Знание основных климатических факторов и особенностей их влияния на эксплуатационные качества строительных материалов и конструкций позволят всем желающим спроектировать и построить дом своими силами, а также сделать его теплым, сухим и уютным. Все ограждающие конструкции дома предназначены для защиты помещения от атмосферных воздействий: холода, дождя, снега, ветра и пр., называются ограждающими. К ним относятся: наружные стены, окна, двери, крыша. Чтобы сделать дом теплым необходимо правильно выбрать материал, учитывая его теплозащитные свойства именно для ограждающих конструкций дома.

К физико-климатическим факторам района строительства относятся: температура и влажность, скорость и направление ветра, высота снежного покрова и количество выпадающих осадков, глубина промерзания грунта, количество солнечных и пасмурных дней в году. Какие же надо учитывать при строительстве теплого дома? Разумеется те, которые непосредственно влияют на изменение температуры и влажности конструкций здания и в той или иной мере определяют выбор материала и типа конструкций. Прежде всего, это расчетная температура наружного воздуха для отопления в районе строительства в холодный период года и величина градусо суток отопительного периода.

При определении теплозащитных качеств и выборе конструкций наружных ограждений принимают следующую расчетную температуру наружного воздуха: для легких ограждений – абсолютно минимальную температуру t_а ; для ограждений малой массивности – среднюю наиболее холодных суток t_х.с ; средней массивности – среднюю из средних температур наиболее холодных суток и наиболее холодной пятидневки; для массивных ограждений – среднюю наиболее холодной пятидневки t_н . Для перекрытий над подвалами и подпольями принимают среднюю наиболее холодной пятидневки температуру t_н , независимо от массивности ограждения.

Небольшое отступление от темы. Дорогие друзья, нижеприведенная ссылка приведет Вас на обучающий курс Зинаиды Лукьяновой Фотошоп с нуля в видеоформате 3.0. Курс содержит 82 урока, которые прекрасны по содержанию и понятны новичку. Здесь же приведены 5 бесплатных урока, просмотрев которые, я оформил заявку на полный курс и не жалею. Я рекомендую данный курс всем, кому не чуждо чувство прекрасного и кто хочет попробовать себя в удаленной работе по профессии Дизайнер. Приобретя данный курс, вы не будете вечерами ходить из угла в угол, вы не будете чесать пузо, лежа перед телевизором – вы будете работать, создавая прекрасное. И, как сказать, может это и станет вашим смыслом жизни. Я искренне желаю Вам удачи. Вот эта ссылка. Дерзайте! http://o.cscore.ru/28gig49/disc149

Различия между расчетными температурами наружного воздуха необходимо знать, чтобы правильно выбрать теплозащиту ограждения. Ведь потери тепла конструкцией в течение суток происходят неравномерно. В ночное время, когда воздух наиболее холодный, температура наружной поверхности стены снижается максимально, и постепенно стена начинает охлаждаться по толщине. Быстрота охлаждения конструкции зависит от ее способности усваивать и отдавать теплоту или от тепловой инерции. В бревенчатом срубе или в здании с массивными стенами в самый морозный день человек не ощущает холода. Но в том же помещении, если оно плохо отапливается, через несколько дней становится холодно, промозгло и неуютно: низкие температуры наружного воздуха вызвали резкое уменьшение температуры внутренней поверхности ограждающей конструкции. Поэтому остывший дом с массивными стенами приходится протапливать иногда и несколько дней.

В связи с этим для ограждающих конструкций большой инерционности расчетная температура наружного воздуха для отопления принимается равной средней температуре наиболее холодной пятидневки. Период в 5 суток принят потому, что его длительность достаточна для того, чтобы низкая температура наружного воздуха, установившаяся в течение этого периода, вызвала максимальное уменьшение температуры на внутренней поверхности стены. Для охлаждения ограждения малой инерционности достаточно одних суток, поэтому для их теплотехнического расчета принимается средняя температура наружного воздуха наиболее холодных суток.

При проектировании системы отопления принимают такие расчетные температуры наружного воздуха: зимнюю, равную средней наиболее холодных пятидневок из восьми зим за 50-летний период t_н и среднюю наиболее холодного периода (для вентиляции) t_х.п . Расчетные параметры наружного воздуха для некоторых городов России (см. Таблицу 1).

РАСЧЕТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ НАРУЖНОГО ВОЗДУХА ДЛЯ НЕКОТОРЫХ ГОРОДОВ РОССИИ (СНиП 2-А.6-72)

Таблица 1

Средняя температура наружного воздуха, о С

t _н t _х.п t _о.п Архангельск -32 -19 -4,7 251 5,9 Влажная Барабинск -37 -26 -9,6 228 6,5 Сухая Барнаул -39 -23 -8,3 219 5,9 Сухая Благовещенск -34 -25 -11,5 212 3,4 Нормальная Верхоянск -60 -51 -22 272 2,1 Сухая Владивосток -25 -16 -4,8 201 9 Влажная Волгоград -22 -13 -3.4 182 — Сухая Екатеринбург -31 -20 -6,4 228 5 Сухая Иркутск -38 -25 -8,9 241 2,8 Сухая Калуга -26 -14 -3,5 214 5 Нормальная Кемерово -39 -25 -8,8 232 6,8 Сухая Красноярск — 40 -22 — 7,2 235 — Сухая Москва -25 -14 -3,2 205 4,9 Нормальная Магадан -35 -23 -9,6 278 — Нормальная Новосибирск -39 -24 -9,1 227 5,7 Сухая Омск -37 -23 -7,7 220 5,1 Сухая Ростов -22 -8 -0,6 175 6,5 Сухая С-Петербург -25 -11 -2,2 219 — Влажная Cахалин, г.Оха -29 -22 -7,5 266 11,2 Влажная Томск -40 -25 -8,8 234 3,3 Нормальная Тюмень — 35 -21 — 5,7 220 3,9 Сухая Хабаровск -32 -23 -10,1 205 5,9 Влажная Челябинск -29 -20 -7,1 216 4,5 Сухая Чита -38 -30 -11,6 240 3,9 Сухая Якутск -55 -45 -19,5 254 — Сухая

Что касается расчетной температуры внутреннего воздуха в доме, то она принимается в зависимости от назначения помещения (см. Таблицу 2). При расчетной температуре воздуха ниже t _н = -31 о С для угловой и прочих жилых комнат берутся более высокие значения, +22 и +20С (источник — постановление Правительства РФ от 23.05.2006 «Правила предоставления коммунальных услуг гражданам»).

РАСЧЕТНЫЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ВНУТРЕННЕГО ВОЗДУХА В ПОМЕЩЕНИЯХ ЖИЛОГО ДОМА (СНиП 2-Л. 1-71)

Таблица 2

Наименование помещения	Температура внутреннего воздуха в помещении, о С
Жилая комната: угловая/прочие комнаты
Кухня	18
Коридор	16
Уборная	16
Ванная	25
Кладовая	12
Топочная	14

t _в – расчетная температура внутреннего воздуха отапливаемого помещения, о С.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАДУСО СУТОК ОТОПИТЕЛЬНОГО ПЕРИОДА ДЛЯ г.ТОМСКА

И еще, мы должны определить градусо сутки отопительного периода (ГСОП). Формула для вычисления данного параметра имеет вид:

Для г.Томска градусо сутки отопительного периода будут равны: ГСОП=( 20- (-8,8) _* 234 = 6739,2 о С_*сут. Для чего он используется и каким образом рассчитывается? От величины ГСОП будет зависеть нормируемое приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций нашего дома. Например, для Московской области, где параметр ГСОП равен 4000 о С_*сут, сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции должно быть не меньше: для стен – 2,8 м 2 _* о С /Вт, для перекрытий (пол 1-ого этажа, чердак или потолок мансарды) — 3,7 м 2 _* о С /Вт, для окон и дверей – 0,35 м 2 _* о С /Вт. В пункте №5 нашего плана по расчету отопления частного дома мы поговорим об этом поподробней. Приведенное сопротивление теплопередаче будет определено для всех ограждающих конструкций нашего дома.

Итак, расчетные параметры наружного и внутреннего воздуха для расчета отопления и вентиляции для нашего дома принимаем следующие:

t _н = — 40 о С — расчетная зимняя температура наружного воздуха для проектирования отопления;

t _х.п = — 25 о С — расчетная зимняя температура наружного воздуха для проектирования вентиляции;

t _о.п = — 8,8 о С — средняя температура отопительного периода;

n = 234 сут. — продолжительность отопительного периода;

v = 3,3 м/с — средняя скорость ветра за январь;

ГСОП= 6739,2 о С_*сут.

Дорогие друзья, в следующем посте мы с вами произведем расчет тепловой нагрузки на отопление дома различными способами, сравним результаты и проанализируем их. Сегодня мы с вами выполнили 1-ый пункт нашего плана по расчету системы отопления дома — определили расчетную температуру наружного воздуха для отопления, а также определили градусо сутки отопительного периода для г. Томска. Кто еще не успел присоединяйтесь! До связи.

С уважением, Григорий Володин