Принципы проектирования СКиВ. Расчет теплового баланса помещения

Наружные тепловые нагрузки представлены следующими составляющими:

• теплопоступления или теплопотери в результате разности температур снаружи и внутри здания через стены, потолки, полы, окна и двери — эта разность температур летом является положительной, в результате чего имеет место приток тепла вовнутрь помещения, а зимой — отрицательной, и направление теплопотока меняется;
• теплопоступления через застекленные площади от солнечного излучения, которое всегда создает положительную нагрузку — летом она должна быть компенсирована, а зимой она незначительна и интегрируется с теплом, вырабатываемым установкой искусственного климата;
• наружный вентиляционный и проникающий в помещения воздух (за счет инфильтрации) может иметь также различные свойства, которые, однако, почти всегда контрастируют с метеорологическими требованиями помещений — летом наружный воздух горячий и влажный (что существенно влияет на работу установки, охлаждающей и осушающей атмосферу), а зимой — холодный и сухой, что вызывает необходимость его подогреть и увлажнить, и только в промежуточный период наружный воздух в какой-то мере может быть использован в качестве бесплатного «охладителя» помещений. Следует отметить, что наружные тепловые нагрузки могут быть положительными и отрицательными в зависимости от времени суток.

Внутренние тепловые нагрузки в жилых, офисных или относящихся к сфере обслуживания помещениях слагаются, в основном, из тепла, выделяемого людьми; тепла, выделяемого лампами и осветительными и электробытовыми приборами — холодильниками, плитами и т.д. (в жилых помещениях); тепла, выделяемого работающими приборами и оборудованием: компьютерами, печатающими устройствами, фотокопировальными машинами и пр. (в офисных и других помещениях).

В производственных и технологических помещениях различного назначения дополнительными источниками тепловыделений могут быть: нагретое производственное оборудование; горячие материалы, в т.ч. жидкости и различного рода полуфабрикаты; продукты сгорания и химических реакций. Все перечисленные внутренние тепловые нагрузки являются всегда положительными, и поэтому в летний период они должны быть устранены, а зимой за их счет снижается нагрузка на установки обогрева.

Принципы выбора СКиВ

Задача выбора системы кондиционирования или вентиляции должна решаться на основе технико-экономического сравнительного анализа нескольких возможных вариантов. Для этого необходимо всесторонне рассмотреть и оценить объект по предъявляемым к нему следующим основным требованиям.

1. Санитарные требования:
   • необходимо поддерживать определенную температуру, а иногда и влажность (следует отметить, что требования к влажностному режиму существенно удорожают проект);
   • подавать в помещения свежий воздух (естественным или механическим путем) или использовать рециркуляционные системы;
   • удалять воздух через местные отсосы или с использованием общеобменной (в производственном корпусе) или естественной (в жилых помещениях) вытяжки.
2. Также обязательны и архитектурностроительные требования:
   • возможность установки наружного блока кондиционера на фасаде здания, а внутреннего — в помещении (шкафные кондиционеры) или в подшивном потолке (сплит-система с притоком свежего воздуха); либо центрального кондиционера на техническом этаже или крышного кондиционера «руфтоп» на крыше здания;
   • возможность проложить по зданию или помещению коммуникации воздуховодов, трубопроводов (особенно в реконструируемых зданиях).
3. Противопожарные требования, соответствующие категориям помещений: «Д» (нормальные условия), «В» (пожароопасные) или «А» и «Б» (взрывопожароопасные), и соответствующие этим категориям проектные решения (установка обратных и огнезадерживающих клапанов, раздельная установка блоков оборудования, различные схемы прокладки коммуникаций).
4. Эксплуатационные требования: допустимо ли обслуживание и управление системой с центрального пульта или необходимо регулировать параметры работы установки автономно (например, если одна часть помещений ориентирована на юг, другая — на север). Обеспечение раздельных режимов работы оборудования на группы помещений.
5. Требования к надежности особенно важны в прецизионном кондиционировании при точном поддержании микроклиматических параметров различных технологических процессов.
6. Экономические требования: оптимизация цены, достигаемая путем сопоставления техники разных производителей и различного класса. Для объекта необходимо разработать несколько принципиальных вариантов систем на базе разных типов оборудования и провести их сравнительную оценку.

Этапы проектных работ

Проектирование СКиВ ведется в два этапа. Первый этап — так называемый проект технико-экономического обоснования (ТЭО). На этой стадии по укрупненным показателям производят выбор и ТЭО типа системы, определяют технические площади для установки оборудования, а также его основных характеристик (производительность по воздуху, холоду и теплу; тип и число центральных или автономных кондиционеров, их расположение; тип и расход теплои хладоносителей; тип и число холодильных машин, насосов; мощность электрооборудования, масса системы и др.).

При этом устанавливается предварительная стоимость и разрабатывается принципиальная схема системы. Ранее в практике проектирования за этапом технико-экономического обоснования следовал технический проект. С появлением блочного оборудования эти две стадии объединены. После утверждения заказчиком ТЭО происходит переход ко второму этапу (наиболее ответственной стадии) разработке рабочего проекта.

Это делается на основании строительных планировок, теплотехнических характеристик строительных конструкций и технологического (подробного, со спецификацией) задания. Производится расчет тепловлаговыделений, и на его основании — расчет воздухообмена, обеспечивающего требуемые параметры для каждого помещения, подбирается оборудование (с определением всех его параметров).

Окончательно выбираются тип и принципиальная схема системы и определяются ее характеристики, количество воздухораспределителей и т.д. Вычерчивается план расположения оборудования и разводки сетей воздуховодов и трубопроводов. Далее готовятся аксонометрические схемы сетей, выполняются аэродинамические и гидравлические расчеты, определяется уровень шума, а также заполняются спецификации по оборудованию, материалам, арматуре и т.д. с указанием фирмы-изготовителя и стоимости.

После этого проект согласовывается с заказчиком, органами санитарно-эпидемиологического надзора и пожарной инспекции и вносятся коррективы. На основе этой документации производится заказ оборудования. На этом стадия проектирования заканчивается и рабочие чертежи передаются монтажникам на объект. После окончания работ организациями исполнителями составляются исполнительные чертежи и исполнительная сертификация.

Основные строительные нормы и правила устройства СКиВ

При проектировании систем кондиционирования воздуха и вентиляции используются следующие основные строительные и санитарные нормы (СНиП), утвержденные Госстроем или Минстроем России.

СНиП 2.01.01–82 — строительная климатология и геофизика, с информацией о климатических условиях конкретных территорий.

СНиП 2.04.05–91* — отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Настоящие строительные нормы следует соблюдать при проектировании отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в помещениях зданий и сооружений. Необходимо также соблюдать требования ведомственных нормативов и других документов, утвержденных и согласованных с Госстроем. Эти нормы не распространяются на проектирование отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха:

• убежищ, сооружений, предназначенных для работ с радиоактивными веществами, источниками ионизирующих излучений, объектов подземных горных работ и помещений, в которых производятся, хранятся или применяются взрывчатые вещества;
• специальных нагревающих, охлаждающих и обеспыливающих установок и устройств для технологического и электротехнического оборудования, систем пневмотранспорта и пылесосных установок;
• печного отопления на газообразном и жидком топливе. СНиП 2.01.02–85* — противопожарные нормы — устанавливают пожарнотехническую классификацию зданий и сооружений различного назначения, их элементов, строительных конструкций, материалов, а также общие противопожарные требования к конструктивным и планировочным решениям.

СНиП П-3–79* — строительная теплотехника — должны соблюдаться при проектировании ограждающих конструкций (наружных и внутренних стен, перегородок, покрытий, чердачных и междуэтажных перекрытий, полов, заполнений проемов: окон, фонарей, дверей, ворот) новых и реконструируемых зданий и сооружений различного назначения (жилых, общественных, производственных и вспомогательных промышленных предприятий, сельскохозяйственных и складских, с нормируемой температурой и относительной влажностью воздуха).

СНиП 11-12–77 — защита от шума — эти нормы и правила должны соблюдаться при проектировании для обеспечения допустимых уровней звукового давления и уровней звука в помещениях на рабочих местах в производственных и вспомогательных зданиях и на площадках промышленных предприятий, в помещениях жилых и общественных зданий, а также на селитебной территории городов и других населенных пунктов.

СНиП 2.08.01–89* — жилые здания — распространяются на проектирование жилья (квартирных домов, включая квартирные дома для престарелых и семей с инвалидами, передвигающимися на креслах-колясках, а также общежитии) высотой до 25 этажей включительно. Они не относятся к проектированию инвентарных и мобильных зданий.

СНиП 2.08.02–89* — общественные здания и сооружения — касаются проектирования общественных зданий (высотой до 16 этажей включительно) и сооружений. При проектировании помещений общественного назначения, встроенных в жилые здания, следует дополнительно руководствоваться СНиП 2.08.01–89*.

СНиП 2.09.04–87* — административные и бытовые здания — настоящие нормы распространяются на проектирование административных и бытовых зданий (высотой до 16 этажей включительно) и помещений предприятий, за исключением строений общественного назначения. При проектных работах, связанных с расширением, реконструкцией или техническим перевооружением предприятий, допускаются отступления от требований настоящих норм в части геометрических параметров. 

СНиП 2.09.02–85* — производственные здания — касаются проектирования производственных зданий и помещений; не распространяются на сооружения для изготовления и хранения взрывчатых веществ, подземных и мобильных (инвентарных) зданий. Пусковые испытания смонтированных систем вентиляции и кондиционирования проводятся после механического опробования вентиляционного и связанного с ним энергетического оборудования в соответствии с требованиями СНиП 111-28–75 «Правила производства и приемки работ».

Целью пусковых испытаний и регулировки оборудования является установление соответствия параметров его работы проектным и нормативным показателям. До начала испытаний установки вентиляции и кондиционирования воздуха должны непрерывно и исправно проработать в течение семи часов. При пусковых испытаниях должны быть произведены:

• проверка соответствия параметров установленного оборудования и элементов вентиляционных устройств заложенным в проекте, а также соответствия качества их изготовления и монтажа требованиям ТУ и СНиП;
• выявление неплотностей в воздуховодах и других элементах систем;
• проверка соответствия объемных расходов воздуха, проходящего через воздухоприемные и воздухораспределительные устройства общеобменных установок вентиляции и кондиционирования воздуха проектным данным;
• проверка соответствия производительности и напора вентиляционного оборудования паспортным данным;
• проверка равномерности прогрева калориферов (при отсутствии теплоносителя в теплый период года не производится).

В ряде случаев при проектировании систем кондиционирования и вентиляции производственных помещений (фармацевтические и лечебные учреждения, животноводческие и птицеводческие зданиях сооружения для хранения и переработки сельскохозяйственной продукции, теплицы и парники, строения с герметизированными помещениями для точных производств и электроники, предприятия легкой, пищевой, мясной, рыбной и молочной промышленности и холодильники) отсутствуют необходимые для проведения расчетов газовыделений исходные данные о технологическом процессе и оборудовании.

Соответственно, не представляется возможным установить расчетным путем, например, количество вредных веществ, выделяющихся в воздух. В этом случае в технических проектах возможно применение рекомендаций ведомственных нормативных документов.