Кондиционирование воздуха

УДК 628.84

Энергосберегающие системы кондиционирования

воздуха в спортивных и общественных зданиях,

сооружаемых к Олимпийским играм «Сочи 2014»

Холодный период года: температура наружного воз

Д р техн. наук О.Я. КОКОРИН, МГСУ

духа наиболее холодных суток равна tнх = –9 оС;

канд. техн. наук Н.В. ТОВАРАС, средняя температура отопительного периода при ООО «НПФ Химхолодсервис»

среднесуточных температурах 10 оС равна tн.ср.от = канд. техн. наук А.П. ИНЬКОВ, ООО «Экотерм»

= 7,4 оС; продолжительность периода Z от.пер = = 121 сут; среднесуточная амплитуда температуры The principles of building of comfort energy saving air наружного воздуха наиболее холодного месяца conditioning systems for sports structures and public t нх.сут = 6,5 оС; среднемесячная относительная buildings, being erected for Olympic games in Sochi, are влажность наружного воздуха в 15 ч наиболее хо considered.

лодного месяца равна нх = 66 %.

The plotting on I–d diagram of a climatic curve for Теплый период года: средняя максимальная темпе Sochi conditions is presented; the operating conditions of ратура наружного воздуха наиболее теплого месяца comfort air conditioning systems in cold and warm season tн = 27,8 оС; абсолютная максимальная температура are studied. The saving of refrigeration in air conditioning наружного воздуха tн.max = 39 оС; среднесуточная ам systems in case of using of displacement ventilation as compared to mixing one is considered. An energy saving плитуда температуры наружного воздуха наиболее теплого месяца tн.сут = 7,5 оС; среднемесячная от method of removal of the excess condensation heat from the air conditioning system refrigerating machine is носительная влажность воздуха в 15 ч наиболее теп proposed. лого месяца н = 68 %; энтальпия Iн = 69 кДж/кг.

По данным карты [2] для г. Сочи, географичес Сооружаемые к зимним Олимпийским играм кая широта составляет 46о с.ш. Наибольшая интен «Сочи 2014» спортивные и общественные здания сивность поступления теплоты солнечной радиа будут использоваться и после проведения Олимпи ции на вертикальную поверхность согласно [5] ады. Поэтому проектирование систем кондицио наблюдается до полудня в 7–8 ч на фасаде здания во нирования воздуха (СКВ), источников тепло и хо сточной ориентации (590 Вт/м2 прямой и 174 Вт/м лодоснабжения различных по назначению зданий рассеянной радиации); в 8–9 ч утра – на фасаде зда должно проводиться с учетом их круглогодичного ния юго восточной ориентации (497 Вт/м2 прямой использования. В зависимости от назначения СКВ и 151 Вт/м2 рассеянной радиации); в 11–12 ч дня – выбираются принципиальная схема системы и спо на южном фасаде здания (370 Вт/м 2 прямой и соб приготовления и воздухораспределения конди 120 Вт/м2 рассеянной радиации), а после полудня ционированного воздуха. Общими требованиями в 12–13 ч – на южном фасаде (370 Вт/м2 прямой и к сооружаемым СКВ являются: 120 Вт/м2 рассеянной радиации); в 15–16 ч – на обеспечение энергосберегающей технологии юго западном фасаде (497 Вт/м2 прямой и 151 Вт/м при круглогодичных режимах работы; рассеянной радиации); в 16–17 ч – на западном фа максимально возможное снижение вредных саде (590 Вт/м2 прямой и 174 Вт/м2 рассеянной ра выбросов и недопущение нарушений экологии диации). Эти данные показывают, что при остек природной среды города курорта; ленных строительных конструкциях на всех фаса надежность работы и простота эксплуатацион дах здания наибольшая интенсивность суммарной ного обслуживания систем. солнечной радиации (764 Вт/м2) будет в 16–17 ч дня Рассмотрим нормирование параметров наружно на западном фасаде. В эти же часы возможно ин го воздуха и климатических условий в Сочи в соот тенсивное использование помещений в зданиях ветствии с новым СНиП «Строительная климато для проведения различных мероприятий с участи логия» [2]. ем людей.

№ 2/ Величина проникающей в помещение солнечной в кафе, ресторанах, номерах гостиниц, офисах, на радиации в летние месяцы оказывает значительное трибунах помещений спортивных комплексов.

влияние на расчетную холодопроизводительность Заштрихованный левый сектор соответствует ком СКВ. Поэтому при строительстве здания энерге фортным для людей параметрам внутреннего воз тически целесообразно осуществлять теплозащит духа в холодный период года. Минимальное вла ные мероприятия, которые регламентированы в госодержание воздуха в зоне нахождения людей СНиП [3] в зависимости от показателя градусо су dвх = 4,2 г/кг, а расчетное влагосодержание наруж ток отопительного периода Dd, определяемого по ного воздуха dнх = 1,4 г/кг (точка Нх).

формуле На примере трибуны для зрителей рассмотрим Dd = (tвх – tн.ср.от)Zот.пер. (1) особенности СКВ для их обслуживания. Зрители Для холодного периода года комфортная темпе на трибунах находятся без верхней одежды, кото ратура воздуха для нахождения людей в помеще рую зимой сдают в гардероб. Минимальная темпе нии без теплой верхней одежды tвх = 20...22 оС [4]. ратура теплового комфорта составляет tвх = 20 оС при относительной влажности вх = 30 % (точка Вх).

Средняя температура отопительного периода в кли мате г. Сочи tн.ср.от = 7,4 оС, продолжительность ото Для создания энергосберегающих СКВ в централь пительного периода Zот.пер = 121 сут [2]. По форму ных приточных и вытяжных агрегатах расчетный ле (1) получим: расход воздуха рекомендуется принимать по сани Dd = (22 – 7,4)·121 = 1767 оС·сут. тарным нормам [4]. На находящегося непрерывно В [3] приведены нормируемые значения сопро тивления ограждающих конструкций в зависимо сти от показателя Dd. Для климата г. Сочи реко мендуются следующие термические сопротивления:

стен Rст = 1,8 м2·оС/Вт; покрытий Rпок = 2,4 м2·оС/Вт;

окон и фонарей с вертикальным остеклением Rок = = 0,3 м2·оС/Вт. При проектировании СКВ наиболь шие величины потребления электроэнергии харак терны для теплого периода. Приведенные же ре комендации [3] не позволяют создавать энергосбе регающие СКВ прежде всего из за рекомендуемых низких величин термического сопротивления ос текленных ограждающих конструкций. За после дние годы с применением новых технологий созда ны стекла, которые обладают высокими показате лями по теплозащите [6]. Применение таких сте кол повышает термическое сопротивление изделий из стекла до Rос = 1,2 м2·оС/Вт, при этом коэффи циент отражения солнечной радиации отр = 0,2.

Применение новых видов солнцезащитных стекол является экономически и экологически целесооб разным с точки зрения снижения энергозатрат на СКВ.

По своему назначению СКВ в зданиях для про ведения Олимпиады «Сочи 2014» можно подраз делить на два вида:

комфортные СКВ, обеспечивающие создание внутреннего воздуха при проектировании комфортных СКВ для и поддержание в помещениях состояния воздуш климата г.Сочи:

ной среды на уровне теплового комфорта для че технологические СКВ, обеспечивающие созда Нср.от – точка, соответствующая средней температуре наружного ние и поддержание воздушной среды, наиболее благоприятной для обеспечения высокого качества В – максимальные комфортные параметры внутреннего воздуха в льда для проведения тренировок и соревнований. теплый период года;

На рис. 1 представлено построение на I–d ди аграмме условий теплового комфорта для людей Н–Нх – климатическая кривая (пунктир) Кондиционирование воздуха в зрелищном помещении не более 3 ч одного зри жены особенности схем вытесняющей вентиляции теля достаточно подавать lпн = 20 м3/ч наружного и методы их расчета. На рис. 2 представлена схема воздуха. При комфортной для холодного периода организации вытесняющей вентиляции в СКВ, об года температуре tвх = 20 оС влаговыделения от зри служивающей трибуны для зрителей. В бетонных телей wвл = 40 г/(чел.·ч). После восприятия этих вла конструкциях под зрительскими местами проложе говыделений влагосодержание воздуха будет ны приточные воздуховоды 3. На бетонное основа dу = dнх + wвл/(lпнпн) = 1,4 + 40/(20·1,22) = 3 г/кг. ние устанавливаются пластмассовые сиденья 1, под Полученное влагосодержание меньше dвх = 4,2 г/кг, которыми в боковых стенках приточных воздухово т.е. требуемого для минимальных значений ком дов 3 предусмотрены приточные решетки размером фортных параметров воздуха (точка Вх). По кли 300100 мм с направляющими створками. Санитар матическим данным [2], относительная влажность наружного воздуха в холодный период года нх = ступает в зону дыхания зрителей со скоростью не бо = 66 %, а в теплый период года н = 68 %. Это по лее 0,2 м/с. Выделяющиеся от людей водяные пары, зволяет провести на I–d диаграмме климатическую явное тепло и вредные газы вытесняются под пере кривую Нх–Н (пунктир на рис. 1). По климатичес крытие здания. В холодный период года поступаю ким нормам для г. Сочи [2] наиболее продолжи щее под перекрытие явное тепло обеспечивает ком тельное время в холодный период года имеют мес пенсацию теплопотерь через перекрытие над зоной то более высокие температуры наружного воздуха, расположения зрительских трибун. Поступающий чем расчетная tнх = –9 оС. Средние параметры на под перекрытие вытесненный из зоны нахождения ружного воздуха отвечают параметрам точки Нср.от, которая располагается на климатической влагосодержание (г/кг), которые вычисляются по кривой Нх–Н. В точке Нср.от влагосодержание формулам:

при создании комфортных СКВ не предусматри В этих формулах используются численные зна вать в приточном агрегате режим адиабатного ув чения показателей эффективности организации лажнения санитарной нормы приточного наруж воздухообмена по восприятию явного тепла KLt и Из рис. 1 следует, что в теплый период года (пра показателей подробно изложена в [1]. В холодный вый заштрихованный сектор соответствует ком период года конвективные потоки явного тепла фортным условиям) приточный наружный воздух преобладают над конвективными восходящими по необходимо охлаждать и осушать. В точке В верх токами водяных паров. Поэтому значения показа нее значение комфортных для людей параметров телей KLt будут больше значений KLd.

воздуха (в теплый период года) влагосодержание Температура приточного воздуха tпх в холодный dв = 11,9 г/кг. При tв = 25 оС от одного человека в период года по условиям тепловой комфортнос состоянии отдыха выделяется 50 г/ч влаги. В этих ти воздухораспределения для людей (отсутствие условиях влагосодержание приточного наружного воздуха должно быть не более = 11,9 – 50/(20·1,21) = 9,8 г/кг.

При н = 68 % по рекомендациям проф. О.Я.Ко корина осушенный и охлажденный воздух будет иметь ох = 93 %. В пересечении dох = 9,8 г/кг и ох = = 93 % находим остальные параметры точки ОХ:

Процесс Н–ОХ на рис. 1 отвечает режиму ох лаждения и осушения при поглощении всех теп ло и влаговыделений в зоне нахождения зри Значительное повышение санитарно гигиеничес ких качеств воздуха в зоне нахождения людей и обес печение энергосберегающих режимов работы СКВ достигаются при организации воздухообмена по схе 1 – пластиковые сиденья; 2 – приточные решетки; 3 – приточный ме вытесняющей вентиляции. В [1] подробно изло воздуховод в бетонных строительных конструкциях трибун холодного дутья) ограничивается перепадом [4]: Нагрев воздуха в верхней зоне спортивной аре tпх = tвх – 3 оС = 20 – 3 = 17 оС. При выборе dпх ны необходим, когда нет людей и остановлены аг На рис. 3 представлено построение на I–d диаг Для снижения расхода тепла на нагрев приточ рамме расчетного режима работы комфортной СКВ ного наружного воздуха при работе СКВ приме в холодный период года в климате г.Сочи при тре няется установка утилизации c насосной цирку бовании обеспечения в зоне нахождения людей ляцией антифриза между теплоизвлекающим теп комфортных параметров воздуха круглый год. При лообменником в вытяжном агрегате и теплоотда меняется эффективная организация воздухообме ющим теплообменником в приточном агрегате [1].

на методом подачи приточного наружного воздуха По опыту проектирования и эксплуатации таких в зону нахождения людей. Для спортивных арен с систем утилизации их теплотехническую эффек трибунами для зрителей приток осуществляется по тивность можно запроектировать с показателем схеме на рис. 2. При tвх = 20 оС влаговыделения на одного зрителя составляют 40 г/ч.

Для поддержания комфортной относительной влажности влагосодержание воздуха в зоне нахож дения людей должно быть dвх = 4,2 г/кг. При схеме вытеснительной вентиляции в холодный период года в зоне нахождения людей остается 40 % влаго выделений. Тогда влагосодержание приточного на ружного воздуха должно быть dпн.х = dвх – 0,4wвл.л/(lпнпн) = = 4,2 – 0,4·40/(20·1,22) = 3,5 г/кг.

К сиденьям поступает воздух с температурой tпн.х = 17 оС, который нагревается в приточном вен тиляторе и воздуховодах на 1 оС. В режиме адиа батного увлажнения требуется получить tА = 16 оС.

Для получения требуемого влагосодержания и tА = 16 оС необходимо нагреть приточный наруж ный воздух в калорифере до tн.кал = 21,5 оС при тем пературе по мокрому термометру tн.кал.м = 8,2 оС. В составе приточного агрегата применим блок адиа батного увлажнения с эффективностью Еа = (tн.кал – tА)/( tн.кал – tн.кал.м) = = (21,5 – 16)/(21,5 – 8,2) = 0,42.

В зоне нахождения людей воспринимается толь ко часть явных тепло и влаговыделений. Общий ассимиляционный перепад температур при явных тепловыделениях qт = 70 Вт/чел.:

tас.х = qт ·3,6/(lпнпн) = 70·3,6/(20·1,22) = 10,3 оС.

Температура поступающего под перекрытие вос ходящего теплого потока загазованного воздуха работы комфортной СКВ в холодный период года в климате г. Сочи:

tпер.х = tпн.х + tас.х = 17 + 10,3 = 27,3 оС. Нх–Нх2 – нагрев приточного наружного воздуха в теплоотдающем В расчетных условиях холодного периода года че рез перекрытие теряется тепло. Принимаем, что пло Нкал–А – адиабатное увлажнение в приточном агрегате;

щадь перекрытия на одного зрителя fпер = 1,2 м2. Тог А–ПНх – нагрев в вентиляторе и приточных воздуховодах;

да температура удаляемого вытяжного воздуха tух1 = tпер.х – fпер(tпер.х – tнх)·3,6/(Rперlпнпнср) = помещения над трибунами, где находятся зрители;

= 27,3 – 1,2(27,3 + 9)·3,6/(2,4·20·1,18·1) = Пер.х–Ух1 – компенсация теплопотерь через перекрытие от = 27,3 – 2,8 = 24,5 оС.

Влагосодержание поступающего под перекрытие установки утилизации;

dпер.х = dпн.х + wвл.л/lпнпн = Кондиционирование воздуха Температура нагретого утилизируемым теплом ха для людей при поглощении всех тепло и влаго приточного наружного воздуха вычисляется по выделений в теплый период года, для чего обратим Вытяжной воздух в теплоотдающем теплообмен Оцениваем работу СКВ при подаче санитарной нике охладится до температуры, определяемой теп нормы воздуха в зону зрителей. Его температура по ловым балансом. При lпн = lу можно вычислить условиям теплового комфорта летом ограничива tух2 = tух1 – (tнх2 – tнх) = 24,5 – (4,1 + 9) = 11,4 оС. ется tпн = 20 оС [4].

На рис. 3 это отвечает точке Ух2, и процесс ох В теплый период года при более высокой темпе лаждения вытяжного воздуха протекает при посто янном влагосодержании dух1 = dух2 = 5,2 г/кг. говыделения возрастают до wвл.л = 50 г/(чел.·ч). Вы В расчетном режиме для холодного периода года числяем требуемое влагосодержание приточного затраты тепла в калорифере приточного агрегата на наружного воздуха при условии поглощения в зоне Холодных дней с температурой tнх = –9 оC в г. Сочи Необходимо до этого влагосодержания охла мало. Зимой средняя температура наружного воз дить и осушить приточный наружный воздух. На духа за отопительный период tн.ср.от = 7,4 оC. Вычис ляем температуру нагрева приточного наружного = 93 % и dпн = 11,3 г/кг находим точку ОХ с пара воздуха в установке утилизации при средних пара метрами:

метрах отопительного периода:

tнх2 = tн.ср.от + tуу(tух1 – tн.ср.от) = точного наружного воздуха lпн = 20 м3/ч до требуе Адиабатное увлажнение не требуется и нагрев в калорифере происходит до tнк = 16 оC. В калорифе = 20·1,2(69 – 46)/3,6 = 153 Вт.

ре затрачивается следующее количество тепла: По сравнению со смесительной вентиляцией, = 20·1,21·1(16 – 14,1)/3,6 = 12,8 Вт. вентиляции достигается экономия холода на одно Из построения на I–d диаграмме следует, что го зрителя (200 –153)·100/153 = 30,7 %.

требуемое влагосодержание приточного воздуха Влагосодержание удаляемого вытяжной вентиля dпн.х = 3,5 г/кг имеет место при температурах на цией воздуха будет ружного воздуха tнх = 4,5 оС. Датчик системы авто матики контролирует температуру tн и при ее воз = 11,3 + 50/(20·1,18) = 13,4 г/кг.

растании зимой до 4,5 оС автоматически останав С повышением температуры воздуха явные теп ливает электродвигатель насоса в блоке адиабатно го увлажнения. Дальнейший нагрев приточного ют qт = 50 Вт/чел. Тогда температура удаляемого наружного воздуха осуществляется при постоян вытяжного воздуха ном влагосодержании.

При возрастании tн до 10 оС нагрев в калорифере = 20 + 50·3,6/(20·1,18) = 27,6 оС прекратится, так как требуемая tпн.х = 16 оС достига (точка У на рис. 4).

ется нагревом приточного наружного воздуха толь Используем приточный и вытяжной агрегаты для ко в установке утилизации. При дальнейшем повы обслуживания сектора зрительских трибун на шении tн энергетически целесообразно снижать обо зрителей. Тогда расход холода на охлаждение и осу роты электродвигателя насоса циркуляции анти шение суммарной санитарной нормы наружного фриза, что обеспечит снижение tуу при сокращении воздуха Lпн = 20·1000 = 20000 м3/ч при применении расхода антифриза. При достижении tн = 16 оС на воздухораспределения по схеме вытесняющей вен сос установки утилизации останавливается. Приме тиляции составит:

нение насосов с электронным регулированием час тоты вращения ротора электродвигателя обеспечи В конденсаторе холодильной машины образует вает снижение расхода электроэнергии до 60 %. ся теплота конденсации Подсчитаем расход холода на одного зрителя в Qт.конд = 1,25Qх.м = 1,25·153 = 191,3 кВт.

помещениях с комфортными параметрами возду Охлажденный и осушенный воздух (точка ОХ на рис. 4) в приточном вентиляторе и воздуховодах дирен или воздушных охладителей на крыше зда нагревается на 1 оС. Тогда в калорифере приточно ния, что портит его внешний вид, требует строи которое берем из теплоты конденсации. Остается Предлагается принципиально другой энергосбе следующее количество теплоты конденсации: регающий и экологический метод отвода теплоты Qт.кон.ост = Qт.конд – Qт.кал= 191,3 – 13,6 = 177,7 кВт. конденсации. Для этого отепленная в конденсато Принципиально возможно использовать остав шуюся теплоту конденсации для нагрева водопро тивоточной схеме в теплообменник в вытяжном аг водной воды на нужды горячего водоснабжения ту регате, который в холодный период года использу алетов, кафе, ресторанов, номеров гостиниц. Та ется в качестве теплоизвлекающего в установке кой способ теплоснабжения является наиболее утилизации. Оцениваем перепад температур в теп энергетически и экологически целесообразным. лообменнике вытяжного агрегата при восприятии Однако возможны случаи, когда в здании нет дос оставшейся теплоты конденсации вытяжным воз таточных потребителей тепла и оставшуюся тепло ту конденсации (177,7 кВт) нужно отвести в атмос феру. Обычно это осуществляется с помощью гра Рис. 4. Построение на I–d диаграмме энергосберегающего режима тивность теплообменника для нагрева смеси воз работы комфортной СКВ в теплый период года в г.Сочи:

Н–ОХ – охлаждение и осушение приточного наружного воздуха в двухфункциональном теплообменнике приточного агрегата;

Кал–Пн – нагрев в вентиляторе и приточных воздуховодах;

ПН–В – поглощение тепло и влагопоступлений в зоне зрителей;

В–У – поглощение тепло и влагопоступлений по высоте до У–СМ–Н – смешение в вытяжном агрегате;

СМ–А – адиабатное увлажнение смеси;

А–Уконд – нагрев смеси воздуха в двухфункциональном Н.сух–ОХ.сух – условно сухой режим охлаждения приточного наружного воздуха Кондиционирование воздуха регате предлагается применять в режиме охлажде лодильная машина модели Gwe Enersave ZC2190 име ния и осушения приточного наружного воздуха. В ет номинальную холодопроизводительность 188 кВт холодный период года теплоотдающий теплооб менник установки утилизации для построения на рис. 3 тоже должен иметь эффективность t пн.у = режиме в испарителе холодильной машины антифриз = 0,72 при температуре отепления антифриза tаф1 = 9,5 оС. Требуемая теплотехническая эффективность ной машины нагревается от 40 до 45 оС. Изменение теплообменника в приточном агрегате в режиме паспортных режимов работы холодильной машины Режим охлаждения и осушения приточного на ляет 39,6 кВт. Уровень шума равен 51 дБ(А), что по ружного воздуха будет осуществляться в этом же зволит обеспечить малошумность работы СКВ.

теплообменнике. Методом построения условно су хого режима охлаждения [1] на рис. 4 находим тем СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ пературы tн.сух = 43 оС; tох.сух = 20 оС; tf = 14,5 оС.

Вычислим требуемую температуру охлажденного ан 2. СНиП 23 01–99. Строительная климатология. Госстрой тифриза для осуществления расчетного режима охлаж России. – М.: ГУП ЦПП, 2000.

дения и осушения приточного наружного воздуха:

tаф.х = tн.сух – (tн.сух – tох.сух)/ t пн.у = 4. СНиП 2.04.05–91*. Отопление, вентиляция и кондицио С учетом нагрева в трубопроводах принимаем В каталоге [7] режимы охлаждения жидкости да 6. AGC Your Glass. Солнцезащитное и теплоизолирующее ются для расчетного режима работы холодильной машины: t0 = 50 оС;tк = 38 оС. Энергоэффективная хо

НОВАЯ КНИГА

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ СИСТЕМЫ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА

Издание ООО «Локальные Энерго Системы», В книге содержатся данные о новых системах кондицио нирования для жилых, административно общественных, спортивных, промышленных и сельскохозяйственных зда ний. Новым в этих системах является наличие аппаратов и средств автоматического регулирования, позволяющих со кратить расход тепла до 70 % и электроэнергии до 40 % в режимах круглогодовой работы. Даются методы расчета аппаратов в составе систем кондиционирования. Излагает ся методика анализа круглогодовых режимов работы сис тем кондиционирования с построением на диаграммах влажного воздуха.

Книга предназначена для широкого круга специалистов, работающих в области проектирования, монтажа, наладки и эксплуатации систем кондиционирования воздуха. Может служить учебным пособием для студентов строительного и политехнического профилей обучения.

Цена книги 500 руб. (в том числе НДС 18 %) По вопросам приобретения книги обращаться