Расчет мощности необходимого кондиционера

При выборе системы кондиционирования воздуха следует учитывать влияние на нее и ее функциональ­ность некоторых факторов внешней среды.

К их числу обычно относятся такие факторы, как температура, эн­тальпия (или, проще говоря, влажность) воздушных потоков, интенсивность солнечной радиации, скорость и направление ветра, количество выпадающих осадков (в их число входят дождь, снег, туман и т. д.).

Указан­ные факторы наряду с факторами внутренней среды зданий и помещений влияют на тепловлажный баланс этих помещений. От них сильно зависят все возмож­ные поступления или же потери тепловой энергии и влаги через ограждающие конструкции. Кроме того, от них, а особенно от температуры и влажности, зави­сят сам процесс кондиционирования, выбор способов обработки приточного воздуха, установочная мощность кондиционеров и их энергопотребление, выбор систем управления и автоматического регулирования систем кондиционирования воздуха. 

Главным свойством климатических параметров ок­ружающей среды является их изменчивость в зависи­мости от времени года.

Подробный анализ наблюдений за параметрами окружающего воздуха, которые прово­дились в срочном порядке на гидрометеорологических станциях того или иного географического пункта, дал представление о том, что могут сочетаться между со­бой огромное количество параметров в пределах их воз­можного существования. Одновременно можно заме­тить, что есть определенная зависимость в изменении этих параметров не только от сезона, но и от времени суток. Ученые после многолетних наблюдений за пара­метрами наружного климата пришли к выводу, что вполне вероятно повторение таких климатических ха­рактеристик. Основываясь на этом, они установили параметры воздуха как расчетные, учитывая при этом все требования по поддержанию характеристик возду­ха в обслуживаемых помещениях. Также они устано­вили, что есть определенные коэффициенты обеспечен­ности для таких воздушных характеристик.

Строительными нормами и правилами регламен­тируются параметры наружного воздуха А, Б и В.

Для холодного периода года приняты:

1) параметры А — средняя температура самого хо­лодного времени года и энтальпия воздуха, кото­рая соответствует этой температуре, а также сред­ней относительной влажности воздуха самого хо­лодного месяца в 13 часов;

2) параметры Б — средняя температура самой холод­ной пятидневки и энтальпия воздуха, которая со­ответствует этой температуре, а также средней от­носительной влажности воздуха самого холодного месяца в 13 часов;

3) параметры В — абсолютная минимальная темпе­ратура и энтальпия воздуха, которая соответству­ет этой температуре, а также средней относительной влажности воздуха самого холодного месяца в 13 часов.

Для теплого периода года в качестве расчетных приняты:

1) параметры А— температура и энтальпия воздуха, максимальные значения которых в рассматриваемом географическом пункте наблюдаются на протяжении 400 часов и менее в году в среднем; расчетная тем­пература для параметров А соответствует средней температуре самого жаркого месяца в 14 часов, кро­ме ряда пунктов в северных районах страны, где расчетная температура на 1,5-2,5 °С выше средней температуры самого жаркого месяца;

2) параметры Б — температура воздуха, более высо­кое значение, которой в данном географическом пункте наблюдается 220 часов и менее в году в среднем по многолетним наблюдениям, и соответ­ствующая ей энтальпия;

3) параметры В — абсолютная максимальная темпе­ратура и соответствующая этой температуре энталь­пия воздуха, зарегистрированные наблюдениями за многолетний период в данном пункте.

В результате представляется возможным просле­дить связь между обеспеченностью расчетных внут­ренних условий и расчетными параметрами наружно­го воздуха в зависимости от уровня требований, предъявляемых к помещениям (табл. 1).

Таблица 1

Требуемая обеспеченность и ее связь с градациями климата по СНиП

Вместе с тем следует обратить внимание на то, что приводимые в нормативной и справочной лите­ратуре расчетные характеристики наружного климата географических пунктов основаны на измерениях, выполняемых метеостанциями, и в определенной мере зависят от местоположения станции. В географичес­ких пунктах, особенно в крупных городах, в зависимости от особенностей рельефа и характера местнос­ти, вида застройки, наличия промышленных объек­тов, выбросов тепла, загрязнения атмосферы и иного в один и тот же момент времени в разных районах параметры наружного воздуха могут существенно различаться.

Например, в Москве в холодный пери­од года разница температур наружного воздуха в цен­тральных и периферийных районах может достигать 10 °С и даже больше. В ряде случаев в крупных горо­дах предусматривают районную корректировку рас­четных параметров наружного климата, поскольку различие имеют не только температуры, но и влаж­ность, скорость и направление ветра. Помимо всего этого, различаются даже интенсивность солнечной радиации, а также количество атмосферных осадков. Такая корректировка позволяет создавать более ра­циональные системы кондиционирования воздуха, экономнее и целесообразнее расходовать энергию для обеспечения их работы.

Если другие электроприборы еще можно выбрать как-то, не учитывая их мощности, то с кондиционе­рами так просто решить этот вопрос не получится. Систему кондиционирования воздуха нужно выбирать так, чтобы его мощность покрывала мощность, затра­чиваемую на охлаждение или обогрев помещения. Правильный выбор можно сделать в том случае, если учесть все особенности помещения, которое будет кон­диционироваться.

Чтобы не ошибиться при выборе кондиционера, нужно сначала высчитать, сколько тепла он должен будет поглощать, чтобы создать комфортные условия для пребывания людей в помещении, т. е. просчитать все теплопоступления.

Величина мощности выбранного вами кондицио­нера должна быть несколько выше по своему значе­нию, чем величина максимального теплопоступления. Она рассчитывается с помощью следующей общепри­нятой формулы:

Я = Я₁ + Я₂ + Я₃ + Я₄ + я₅,

где Я — это теплопоступления от солнца, точнее, от сол­нечной радиации. Если помещение освещается толь­ко электрическим светом, то учитываются теплопос­тупления от всех подобных осветительных приборов;

Я2 — теплопоступления, зависящие от количества одновременно находящихся в помещении людей;

Я3 — тепло, выделяемое офисной техникой и обору­дованием;

Я4 — тепло, вырабатываемое бытовой техникой;

Я5 — теплопоступления от центрального отопления.

Теплопоступления от солнечного излучения за­висят в первую очередь от количества, площади и

расположения окон. Чаще всего эти теплопоступления составляют самый большой процент от общего количества тепла, поступающего в помещение.

Для Москвы на 1 м2 оконного проема они составляют:

1) ориентир на северную сторону — 81 Вт/м2;

2) ориентир на южную сторону — 198 Вт/м²;

3) ориентир на юго-восточную сторону — 244 Вт/м²;

4) ориентир на северо-западную сторону — 302 Вт/м²

5) ориентир на юго-западную сторону — 302 Вт/м2;

6) ориентир на северо-восточную сторону — 337 Вт/м²;

7) ориентир на восточную сторону — 337 Вт/м2;

8) ориентир на западную сторону — 395 Вт/м2. Горизонтальное остекление способствует поступлению

тепловой энергии, равной по величине 576 Вт/м³. В слу­чае, когда прямо перед окном растут деревья или на окнах висят плотные жалюзи светлых оттенков, все эти показатели нужно при расчете делить на коэффициент 1,4. Будет лучше, если в расчет будут включены и теплопоступления от стен, хотя они и менее значимые:

1) северная сторона — 19 Вт/м²;

4) северо-западная сторона — 30 Вт/м2;

5) восточная сторона — 40 Вт/м²;

6) юго-восточная сторона — 40 Вт/м²;

7) западная сторона — 43 Вт/м2;

8) юго-западная сторона — 47 Вт/м2.

Стены внутри помещения, потолки и полы дают от 2 до 15 Вт/м2 (лучше брать среднюю величину 8-9 Вт/м²). Если помещение занимает верхний этаж зда­ния, то при наличии чердачного пространства теплопоступления составят 23-70 Вт/м², а без него — 47-186 Вт/м² (все зависит от строительного проекта чер­дака или крыши).

Часто встречаются случаи, когда при расчете при­ходится учитывать капитальность стен. Для этого нуж­но все приведенные выше значения теплопоступлений от стен умножить или разделить на коэффициент 1,2.

при расчете необходимой мощности конди­ционера отдельное внимание следует обратить на объем всего помещения, которое будет вентилироваться (ме­бель и прочее оборудование не учитываются). Для жи­лого или офисного помещения принимают 6 Вт/м³, а для магазинов, кафе и прочих людных мест — 19 Вт/м³.

Бывают и такие ситуации, когда величина теплопоступлений через остекленные окна гораздо меньше, чем от искусственного освещения. В этом случае для расчета все равно принимаются именно расчетные ве­личины по солнечному освещению. Полезно будет так­же просчитать мощность лампочек в помещении (теп­ло, выделяемое лампами накаливания, равно их мощ­ности, а если в помещении люминесцентные лампы, то применяется коэффициент, равный 1,16). Имеется возможность избежать подобной ситуации другими ме­тодами. Существуют определенные стандарты для ос­вещения всех помещений, поэтому величину теплопо­ступлений от искусственного света можно принять равной 25-30 Вт/м3.

Не стоит забывать, что приведенные выше величи­ны и значения характерны только для широты Моск­вы. Для всех остальных регионов необходимо уточ­нять свои значения.

Есть и другой вариант расчета всех теплопоступлений от солнечного освещения (он опубликован ком­панией «Евроклимат»), который значительно упрощен:

Q_{ = S х hx q,

где S — это площадь всего помещения в м²; h — высота стен помещения в метрах; q — специальный коэффициент, зависящий от мес­торасположения здания относительно солнечной сто­роны: 30 Вт/м³ (в случае, когда в помещение не про­никают солнечные лучи, — северная сторона здания), 35 Вт/м³ (в обычных условиях), 40 Вт/м³ (если большинство окон в помещении выходит на солнечную сторону).

Расчет теплопоступлений по такой формуле можно использовать для небольших офисов и квартир. В этом случае погрешность не будет слишком велика.

После установления величины теплопоступлений от солнечной радиации следует приступить к расче­там теплопоступлений, напрямую зависящих от ко­личества людей в помещении.

Ниже приведены дан­ные в расчете на одного человека при выполнении им работы различного характера:

сидячий отдых— 120 Вт;

несложная работа, выполняемая сидя, — 130 Вт;

работа, требующая некоторой активности в офи­се, — 140 Вт;

несложная работа, выполняемая стоя, — 160 Вт;

несложная работа, связанная с производством, — 240 Вт;

неторопливые, плавные танцевальные движения, — 260 Вт;

умеренная работа, связанная с производством, — 290 Вт;

сложная работа, связанная с производством, — 440 Вт.

При расчете теплопоступлений от офисной техни­ки можно брать их в размере приблизительно 30% от потребляемой приборами энергии, т. е. компьютер будет выделять 300-400 Вт, принтер (лазерный) — 400 Вт, ксерокс или сканер — 500-600 Вт.

Использование бытового оборудования в помеще­нии подразумевает следующие показатели:

1) кофеварка с нагревающим диском — 300 Вт;

2) электрочайник- 900-1500 Вт;

3) электрическая плита -950-1400 Вт на 1м2 ее верхней рабочей части;

4) газовая плита — 1800-300 Вт на 1 м2 ее верхней части;

5) тостер — 1100-1250 Вт;

6) фритюрница — 2750-4050 Вт;

7) вафельница — 850 Вт;

8) гриль — 13 500 Вт на 1 м² его верхней части. Если в помещении предусмотрен вытяжной зонт

(вытяжка), то все эти величины делятся на коэффи­циент 1,4.

При высчитывании теплопоступлений от бытовой техники нельзя суммировать все значения, как буд­то приборы включены одновременно. С этой целью выбирается оптимальная комбинация, которая будет наивысшей по теплопоступлениям для данного по­мещения. В качестве примера можно взять расчет по одновременной работе двух (из четырех, т. е. 50%) конфорок на плите и электрического чайника.

Иногда в здании, в котором находится рассматри­ваемое помещение, высоком или с большим процен­том остекления включать кондиционеры необходимо уже в марте. Но загвоздка в том, что отопительный сезон к этому моменту еще не заканчивается. Поэто­му при расчете теплопоступлений надо учитывать воз­можные их избытки, возникающие в результате рабо­ты центрального отопления. Эти избытки принима­ются равными 80-125 Вт/м² по площади помещения. Одновременно надо принимать во внимание, что теплопоступления от стен будут компенсироваться за счет^? тепловых потерь, равных 18 Вт/м².

Пример расчета мощности необходимого кондиционера

Факторы, учитываемые при определении внутренних условий помещений