Расчёт систем кондиционирования и вентиляции.

Тепловой баланс помещения

Расчёт системы кондиционирования и вентиляции начинается с составления теплового баланса помещения. На данном этапе необходимо учесть основные критерии, оказывающие непосредственное воздействие на воздушную среду помещения.

Определим все поступления и потери тепла в объёме помещения. Тепловые нагрузки можно условно разделить на два основных типа:

1) Внешние тепловые нагрузки.

- Изменение состояния воздуха внутри помещения, возникающее из-за разности температур уличного воздуха и внутреннего. Данные изменения могут носить как положительный характер (теплопоступления), так и отрицательный (теплопотери). Происходит это за счёт теплообмена через ограждающие конструкции (окна, стены, полы, кровля, перекрытия и т.д.)

- Поступление тепла за счёт солнечного излучения. Данный вид нагрузок всегда только положительный и выражается в виде ощутимого человеком тепла. Такие теплопоступления должны быть учтены в летний период года. В зимний период их можно принять незначительными. Также стоит учесть, что есть они только в дневное время.

- Приток наружного воздуха за счёт естественного теплообмена. В общем случае, конструкции помещений таковы, что всегда остаётся возможность притока воздуха через щели и зазоры. Данный вид нагрузок носит переменный характер. Зимой это приток воздуха с отрицательной температурой, летом – наоборот.

2) Внутренние тепловые нагрузки.

- Тепловыделения от технологического оборудования и бытовых приборов ( компьютеры, печи, промышленное оборудование и пр.), расположенных внутри помещения.

- Тепловыделения от ламп освещения. Данный тип тепловыделений стоит не учитывать, если установлены энергосберегающие лампы или светодиодные.

- Теплопоступления от людей в помещении.

- Специфичные источники тепла для данного помещения (производственные линии, продукты горения и т.д, от остывающей пищи).

Нагрузки второго типа всегда положительны, поэтому летом их нужно компенсировать работой системы кондиционирования. В зимний же период они позволят снизить затраты на работу системы отопления.

Теплопоступления и теплопотери за счёт разности температур наружного и внутреннего воздуха, в первом приближении, можно определить по известным зависимостям, изложенным в СП 50.13320.2013 и СП 60.13330.2016.

Количество тепла Q, передаваемое через единичный элемент конструкции здания (стена, окно, пол и т.д.), определяется по формуле:
Q=F*k*(tн-tв)*Ψ, где

F – площадь элемента конструкции м^2;
K – коэффициент теплопередачи элемента конструкции (Вт/м*K);
tв - расчётная температура внутреннего воздуха, С;
tн - расчётная температура наружного воздуха, С;
Ψ – поправочный коэффициент, который выбирается согласно СП 50.13320.2013 и СП 60.13330.2016. Данный коэффициент является составным и включает в себя

- поправку на ориентацию ограждения на сторону света;
- поправка на этажность;
- поправка на обдуваемость ветром;
- поправка на проникновение в помещение наружного воздуха через неплотности;
- поправка на солнечную радиацию.

Важным фактором является цвет наружных стен, т.к. коэффициент поглощения тепла наружных стен может достигать 0,9 для тёмных оттенков.
Важным элементом теплового баланса является приток тепла от солнечного излучения. Для зданий с стеклянными витражами (бизнес-центры, шоу-румы, и т.д.) тепловая нагрузка солнечного излучения может составлять до 50% всего теплового баланса помещения.

Поступления тепла учитываются для летних и переходных периодов с средней дневной температурой от +10 С.
Количество теплоты (Вт/м2*ч) поступающего от солнечной радиации для различных типов остеклённых поверхностей приведены в нижеследующих таблицах:

За искомое значение тепла от солнечного излучения принимают большее из:

1) Тепло, поступающее через одну из остеклённых поверхностей, имеющую наибольшую площадь или освещаемую большую часть времени в течение суток.
2) 70% от тепла, поступающего через две взаимно перпендикулярные остеклённые поверхности в помещении.

Как не трудно заметить, приведённые выше правила требуют больших трудозатрат. В практике проектирования систем вентиляции и кондиционирования воздуха существует отработанная экспресс-методика расчёта теплового баланса. Она подходит для случаев, когда необходимо быстро оценить мощность системы кондиционирования.

Теплопоступления от разности температур внутреннего и наружного воздуха, а также от солнечной радиации принято рассчитывать согласно формуле

Q1=V*q_уд, где

V – объём помещения м3;
q_уд – удельная тепловая нагрузка, выбираемая из следующего списка:

30-35 Вт/м3 – солнечное излучение в помещение не поступает;
35 Вт/м3 – среднее значение;
35-40 Вт/м3 – конструкция помещения содержит большое остекление с солнечной стороны.

Теплопоступления Q2 от работающего офисного оборудования и орг. техники принимаются как 300 Вт на один компьютер (или 30 % от общей мощности работающего в помещении оборудования). Если в помещении есть доп. тепловыделяющее оборудование (электроплиты, газовые плиты, радиаторы отопления), эти теплопоступления также необходимо учесть.

Теплопоступления Q3 от находящихся в помещении людей выбираются в зависимости от характера деятельности людей. Для офисных помещений Q3 рассчитывают исходя из 100 Вт на одного человека. Для помещений, где люди занимаются физической деятельностью теплоприток на одного человека принимают за 150-300 Вт в зависимости от категории работ согласно СП.

Суммируем полученные величины: Q_общ= Q1+Q2+Q3.

К этой сумме нужно прибавить 20% на неучтённые теплопритоки.