Проектирование системы кондиционирования воздуха офисных и жилых помещений
При проектировании СКВ офисных и жилых помещений в качестве исходной необходима следующая информация:
- назначение, количество и планировка помещений, в которых необходимо обеспечить кондиционирование воздуха;
- местонахождение населенного пункта;
- количество, продолжительность и род занятий находящихся в нем людей;
- сведения о тепловыделяющем оборудовании,
- оптимальные температура и влажность воздуха, климатологические сведения;
- сведения о конструкции, харакгерисгиках и ориентации световых проемов;
- сведения о характеристиках наружных ограждений и внутренних перегородок;
- сведения о температурном режиме смежных помещений.
Для кондиционирования воздуха в жилых и офисных помещениях применяются преимущественно локальные СКВ, обслуживающие одно или несколько помещений. Функционально они обеспечивают охлаждение-нагрев и очистку обрабатываемого воздуха. Теплота от внутреннего воздуха забирается с помощью испарительных блоков, расположенных внутри обслуживаемых помещений. С аккумулированная хладоагентом теплота переносится к наружному компрессорно-конденсаторному блоку и рассевается им в атмосфере. Раздельное размещение блоков предопределило и название таких систем - «сплит-системы». Если в состав сплит-системы входит несколько испарительных (преимущественно 2...4) при одном компрессорно-конденсаторном блоке, то она называется мульти сплит-системой. Сплит-системы могут быть реверсивного (инверторного) типа, т.е. в переходные периоды года путем изменения направления циркуляции хладоагента, обеспечивать обогрев обслуживаемых помещений за счет теплоты наружного воздуха. Внутренние блоки изготавливаются настенного, напольно-потолочного, колонного и кассетного типов и по дизайнерским решениям могут удовлетворить вкус любого клиента. В настоящее время развивается направление многозональных систем с изменяемым расходом хладоагента (сити мульти), у которых число испарительных блоков может быть свыше десяти.
В соответствии с назначением помещения по нормативным требованиям и с учетом рода занятий находящихся в нем людей принимаются расчетные параметры внутреннего воздуха и устанавливается требуемый воздухообмен: по кратности, назначаемой для отдельного класса помещений, или расчетным путем по разбавлению выделяемых вредностей. Выбор расчетных параметров наружного воздуха осуществляется в соответствии с приведенными выше рекомендациями. Отметим, что при проектировании СКВ в выбор расчетных параметров может внести коррективы и «Заказчик».
В качестве примера рассмотрим задачу по выбору оборудования для кондиционирования воздуха в трех офисных помещениях. Планировка помещений, расположенных на втором этаже здания, представлена на рис. 2.38. Здание старой застройки расположено в городе Иркутске. Фасад здания ориентирован на запад. Высота этажей 2,7 м, подшивные потолки не устраиваются.
Стены кирпичные. Наружная стена имеет коэффициент теплопередачи 0,8 Вт/м2К, внутренние - 1,5 Вт/м2К.
Окна двойные в деревянном переплете, без козырьков, толщина стекла 3 мм, на окнах расположены внутренние светлые шторы из тонкой ткани. Размеры оконных проемов 1800-1500 мм и 1400-1500 мм. Широта на которой расположен город -52°С, расчетные параметры наружного воздуха: параметры «Б» - +26,9°С, параметры «В» - +36°С. Расчетная скорость ветра 2,8 м/с.
По условиям «Заказчика» в помещениях должна обеспечиваться температура внутреннего воздуха +22°С вплоть до значения температуры наружного воздуха +30°С. Эти температуры и принимаются в качестве расчетных. Это решение принято «Заказчиком» на основании анализа продолжительности стояния температур. Например, продолжительность стояния температур свыше +30°С для Иркутской области составляет 30...35 часов в году (СНиП II-A. 6-72).
В помещении «201» с компьютерной техникой работают 5 человек, в помещениях «202» и «203» по 2 человека. Режим работы с 9-00 до 18-00 местного времени. Помещения обслуживаются местной системой приточно-вытяжной вентиляции с требуемой степенью очистки от пыли и без других видов подготовки воздуха. Норма подачи свежего воздуха 60 м. куб. в час на человека. Персонал работает на компьютерах, каждый компьютер потребляет 300 Вт электроэнергии.
Каждое помещение имеет дверь, выходящую в коридор. Размеры двери 2000-800 мм, продолжительность нахождения двери в открытом состоянии не более 5 мин/час. Освещение в летнее время во время рабочего дня не используется.
Основной вредностью, определяющей отклонение параметров внутреннего воздуха от оптимальных значений, в жилых и офисных помещениях является теплота. Баланс теплоты и воздухообмен для каждого помещения являются основными факторами, определяющими принятие решения по выбору системы кондиционирования воздуха.
В большинстве случаев одним из основных источников поступления теплоты в жилые и офисные помещения является солнечное излучение. Расчет теплопоступлений от солнца через оконные проемы [18, 19] сведен в таблицу 2.70.
Окна имеют уплотняющие прокладки и по этой причине инфильтрация воздуха незначительная и при определении теплового баланса помещений в нашем примере не учитывается.
При проектировании СКВ для теплого периода года рекомендуется не учитывать влияние инфильтрации и если окна находятся с подветренной стороны помещения. Следует отметить, что в летний период года влияние инфильтрации на тепловой баланс значительно меньше, чем зимой, ввиду малых скоростей ветра и меньшей разности температур между внутренним и наружным воздухом.
Соседние с рассматриваемыми помещениями комнаты вдоль фасада, ориентированного на запад, а также на первом и третьем этажах этого же фасада оборудованы СКВ и по этой причине теплопритоки от них не существуют. С восточного фасада помещения в рассматриваемом здании не оборудованы системами кондиционирования воздуха. Вследствие проветривания их и коридора в последнем устанавливается температура близкая к температуре наружного воздуха. Принимаем расчетную температуру воздуха в коридоре равную +30°С.
Теплопоступления с прорывающимся теплым воздухом из коридора при открывании внутренних дверей [39] можно определить по зависимости:
По [39 стр. 138] q - 1300 Вт для At- 8°. Суммарные теплопоступления через дверной проем с прорывающимся теплым воздухом за один час составят 1300-2 0,8-60-5 = 624000 Дж/час. С учетом кратковременности открывания дверей и равномерного распределения этих фактов во времени средние теплопоступления по этой статье теплового баланса составят 624000/3600=173 Вт.
Тепло поступления с приточным воздухом
Расчеты по формуле 2.138 для каждого помещения сведены в таблицу 2.71.
Теплопоступления за счет передачи теплоты через наружные стены можно определить по формуле
В этой формуле к — коэффициент теплопередачи ограждения, Вт/м2К; F — расчетная площадь наружного ограждения (без оконных проемов), определенная по правилам обмера наружных ограждений, принятых для расчета теплопотерь при проектировании систем отопления; составляет для стен южной и западной ориентации помещения 201 по (6 -2,7 - 1,8-1,5) м2; для помещений 202 и 203 (3-2,7- 1,4-1,5) м2; V/c - повышение температуры внешней поверхности наружного ограждения за счет нагрева ее солнцем [39]. В нашем примере величину Vt{ следует учитывать только для поверхностей, обращенных на запад. При положении солнца в западном секторе южная сторона здания испытывает воздействие преимущественно рассеянной солнечной радиации, что мало сказывается на формировании температурного поля ее внешней поверхности. Максимум поступлений теплоты через оконные проемы для принятых к расчету условий наблюдается в послеобеденное время. Для этого периода и рассчитываем поступления теплоты путем теплопередачи через наружные ограждения. Для кирпичных стен, ориентированных на запад, величина Vrr для широты 52° составляет 13° [39].
Расчеты телопоступлений через наружные ограждения по формуле 2.139 приведены в таблице 2.71
Расчет поступлений теплоты от смежных помещений (в нашем примере из коридора) осуществляется по формуле, аналогичной 2 139, с учетом того, что для внутренних перегородок Vr=0.
Расчетные величины, сведенные в таблицу 2.71, округлены до цифр, кратных «5».
Представляют интерес результаты анализа данных таблицы 2.70. Ввиду различной ориентации оконных проемов по странам света максимум теплопоступлений от солнца в комнату 201 наблюдается в интервале 15-16 часов (округленно 560 Вт), в комнаты 202 и 203 в интервале 16—17 часов местного времени. Максимум суммарных теплопоступлений в обслуживаемые помещения наблюдается в интервале 16-17 часов и составляет 1215 Вт. По этой причине в качестве расчетной общей холодильной нагрузки для проектируемой системы следует принять не ?0 = 9270 Вт, а баланс теплопоступлений для интервала 16-17 часов. В этом интервале времени теплопоступления от солнца в комнату 201 составляют 540 а не 560 Вт. Суммарная расчетная холодильная нагрузка с учетом 10% запаса составляет таким образом
Полученные нагрузки позволяют выбрать оборудование проектируемой СКВ.
К установке принимаем СКВ, состоящую из наружного компрессорно- кондесаторного и нескольких внутренних испарительных блоков. Наружный блок должен располагаться снаружи здания. Этот блок передает наружному воздуху теплоту, эквивалентную работе компрессора, и теплоту, отводимую из обслуживаемых помещений с помощью испарительных блоков. В технике кондиционирования воздуха такие комплексы называются мульти сплит-системами.
Компрессорно-конденсаторный блок имеет воздушный конденсатор, внешние теплообменные поверхности которого обдуваются наружным воздухом с помощью одного или нескольких осевых вентиляторов. При выборе места расположения этого блока необходимо выполнение следующих условий:
- не задувание блока ветрами;
- минимизация нагрева его лучами солнца;
- свободный доступ наружного воздуха к воздухозаборному отверстию и свободный выход его из блока в окружающую среду;
- надежность и удобство крепления блока на строительных конструкциях и удобство последующего обслуживания;
- компрессорно-конденсаторный блок должен располагаться максимально близко к испарительным блокам.
Последнее требует дополнительного разъяснения. При увеличении длины трубопроводов, соединяющих испарительный и компрессорноконденсаторный блоки, увеличиваются потери давления при перемещении хладоагента. Температуры кипения и конденсации хладоагента зависят от давления и, следовательно, гидравлический режим трубопроводов холодильного контура может повлиять на температурный режим работы кондиционера. Кроме того, снижение давления на всасывании компрессора приводит к снижению его производительности, а значит и к снижению холодопроизводительности установки.
Длина соединительных трубопроводов между компрессорно-конденсаторным и испарительными блоками ограничивается и максимальное значение ее назначается производителем охлаждающих систем.
При проектировании коммуникационной системы данной СКВ необходимо учитывать следующие обстоятельства и факты:
- компрессорно-конденсаторный и испарительный блоки соединяются двумя трубопроводами: для транспортировки хладоагента в газообразном и жидком (парожидкостном) состоянии;
- электрокабелями системы управления, контроля параметров и силового питания;
- при охлаждении внутреннего воздуха в испарительном блоке может образовываться конденсат, который с помощью конденсатопровода отводится в канализацию или для слива в приемник наружного блока (самотеком или с помощью насоса); при прокладке конденсатопровода внутри необогреваемых помещений или вне здания может предусматриваться применение специального кабеля для обогрева его в холодный период года;
- при устройстве напорного конденсатопровода система отвода конденсата комплектуется специальным насосом для его перемещения;
- не рекомендуется размещать испарительный блок вблизи источников теплоты, влаги и вблизи дверных проемов;
- струя охлажденного воздуха от внутреннего блока не должна формировать ощущение дискомфорта или сквозняка в обслуживаемой зоне; для этого испарительный блок настенного типа должен располагаться не ниже рекомендуемой производителем высоты, а в его конструкции предусматриваются отклоняющие лопатки, предназначенные для изменения направления движения струи;
- в помещениях с малой высотой, если невозможно обеспечит условия комфорта с помощью настенных блоков, следует рассматривать возможность применения блоков колонного или напольно-потолочного типа; блоки кассетного типа применяются встроенными в подшивные потолки;
- конфигурация и длина трубопроводов для перемещения хладоагента по циклу должна обеспечивать возврат масла к компрессору.
Последнее требует дополнительного разъяснения. Большинство хладоагентов образуют растворы со смазочными материалами. По этой причине проходящий через компрессор хладоагент выносит масло в трубопровод, соединяющий его с конденсатором. Масло должно возвращаться к компрессору, пройдя дросселирующее устройство и испаритель. При невозврате его к компрессору последний будет эксплуатироваться (после какого то рабочего периода) без смазки. Не возникают проблемы с перемещением масла по контуру при нахождении хладоагента в жидком состоянии, т.е. на участке от конденсатора до испарителя. В потоке газообразного хладоагента масло находится в состоянии аэрозоля и возникают проблемы с его перемещением по трубопроводу, особенно на участках подъема.
Рекомендуется: на участках подъема потока газообразного хладоагента обеспечивать скорость движения его не менее 5 м/с. Такая скорость для масляного аэрозоля является транспортирующей.
Скорость движения газообразной фазы хладоагента может уменьшаться со снижением холодопроизводительности установки. По этой причине для каждого диаметра трубок и вида хладоагента устанавливается минимальная холодопроизводительность установки, при которой еще обеспечивается подъем масла. В горизонтальных линиях для стекания масляной пленки обеспечивается уклон в сторону движения потока не менее 0,5%.
При высоте вертикальных участков более 6 м тоже могут возникнуть проблемы с перемещением масла по контуру и в этом случае через каждые 6-7 м необходимо устраивать маслоподъемные петли. Сведения о них представлены в специальной литературе или в технической информации производителей.
Проблемы с эксплуатацией сплит-систем могут возникнуть и в случае когда компрессор находится ниже испарителя или конденсатора. Стекающее после остановки компрессора масло и, возможно, жидкая фаза хладоагента могут накапливаться перед клапанами и способствовать возникновению гидравлического удара при пуске. При проектировании коммуникаций сплит-систем этот факт необходимо учитывать и при наличии восходящих трубопроводов линии всасывания или нагнетания (перепада высот более 3 м) в нижней части трубопроводов устанавливать уже упоминавшуюся маслоподъемную петлю.
При выборе оборудования сплит-систем необходимо обращать внимание также на уровень шума установки. Особенно внутреннего блока. Источниками шума во внутреннем блоке является вентилятор и факты деформации потока в проточных каналах. Уровень шума установки должен удовлетворять требованиям санитарно-гигиенических норм.
К установке принимаем инверторную мульти сплит-систему CU- 4E27CBPG с четырьмя настенными испарительными блоками CS- ME12CKPG (холодопроизводительность 4-3,2 кВт) фирмы PANASONIC. Инверторные системы в переходные периоды года могут работать в режиме тепловых насосов и обогревать обслуживаемые помещения. В режиме одновременной работы испарительных блоков по данным фирмы PANASONIC холодопроизводительность каждого блока будет составлять 2,0 кВт, в режиме обогрева - 4-2,35 кВт. В комнате 201 монтируется два настенных блока.
Техническая характеристика блоков системы:
- хладоагент R407A (R32/R125/R134a (20/40/40));
- каждый настенный блок имеет независимое, т.е. параллельное подключение к компрессорно-конденсаторному блоку;
- диаметр трубопровода транспортировки жидкого хладоагента - 6,35 мм, газообразного - 9,52 мм;
- масса настенного блока 8,0 кг; габариты 770 230-275(й) мм;
- максимальное линейное расстояние между компрессорно-конденсаторным и испарительным блоками 25 м (суммарная длина трубопроводов не более 70 м), расстояние по вертикали между внутренним и наружным блоком не более 15 м;
- максимальная потребляемая электрическая мощность в режиме охлаждения 2,85 кВт, в режиме обогрева помещений - 3,08 кВт,
- масса наружного блока 73 кг; габариты 900 -320-908(Л) мм;
- шум: уровень звукового давления наружного блока 49 дБ, внутреннего - 44/32 дБ; уровень звуковой мощности наружного блока 62 дБ, внутреннего - 57/45 дБ
Допустимый уровень звукового давления для рабочих помещений офисов - 50 дБ
Для применения в данных условиях можно подобрать и оборудование других производителей Например, с применением распределительных блоков MULTIBOX, позволяющих объединить трубопроводы отдельных испарительных блоков в общую магистраль при подключении их к наружному блоку Это позволяет снизить затраты на трубопроводную систему.
Большое количество производителей систем для кондиционирования воздуха предопределяет возможность назначения широкого спектра опций и практически полного удовлетворения технических и эстетических требований потребителей
После выбора блоков необходимо запроектировать трубопроводную систему установки, после чего составляется полная спецификация комплектующих изделий и материалов
