В настоящее время при проектировании, строительстве и эксплуатации зданий и их инженерных систем используется значительное количество энергосберегающих мероприятий, касающихся как ограждающих конструкций, так и непосредственно оборудования для отопления и обработки приточного воздуха. Многие из подобных решений относятся к малозатратным и быстроокупаемым и поэтому могут быть эффективно реализованы даже в условиях недостаточно стабильной рыночной экономики. Одним из таких мероприятий является снижение расчётного воздухообмена в автоматизированных системах вентиляции и кондиционирования воздуха (СВ и КВ). В этом случае за счёт совместного использования собственной теплоустойчивости помещения и регулирующего воздействия систем автоматического управления удаётся сократить установочную тепло(холодо) производительность вентиляционного оборудования по сравнению с максимальным в течение суток значением теплоизбытков, и в той же пропорции снижается требуемый расход воздуха [1].

Вопрос расчёта нестационарного теплового режима вентилируемого помещения и определения расчётной мощности СВ и КВ в указанных условиях является достаточно сложным. Он рассматривался рядом исследователей, как в нашей стране, так и за рубежом, и из опубликованных в последнее время источников интерес представляют, в частности, работы [2–8]. В основном здесь применяются численные методы анализа переходных и аварийных режимов и их моделирования. Однако получаемые при этом результаты, как правило, трудно использовать в инженерной практике либо из-за сложности [5–6] либо, наоборот, чрезмерной грубости [8], или же вследствие преимущественно описательного характера публикации [2–4].

Авторами в работе [9] на основе сочетания численных и аналитических подходов к расчёту переходных процессов в помещении, обслуживаемом автоматизированными СВ и КВ, получены уточнённые по сравнению с [1] зависимости для коэффициента ассимиляции тепловых возмущений Касс, который показывает долю переменных теплоизбытков или теплопотерь, учитываемых при вычислении их расчётных значений Qрасч [Вт], необходимых при определении расчётного воздухообмена помещения:

Возможности снижения расчётного воздухообмена в общественных зданиях при автоматизации климатических систем. 2/2019. Фото 1

где Qср — среднее за период колебаний (как правило, за сутки) значение теплового возмущения, Вт; Aq — амплитуда его колебаний, Вт. По физическому смыслу всегда Касс < 1. Однако его реальный уровень при этом был найден лишь для одного помещения, для которого и проводились соответствующие исследования.

Тем не менее, представляет интерес вопрос о порядке получаемых при этом значений и о соответствующих возможностях по снижению расчётного значения теплоизбытков и воздухообмена за счёт применения рассмотренного подхода в большой группе объектов. Поэтому авторами были проведены расчёты для 14-ти общественных зданий, имеющих различный отапливаемый объём Vот, расчётную площадь Ар и относящихся к разным категориям по ГОСТ 30494–2011 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях». Конструктивные параметры данных объектов принимались по соответствующим чертежам [10]. С целью определения необходимых для расчёта исходных данных по теплопоступлениям были использованы сведения, приведённые в работе [11], а именно — значения удельной характеристики теплопоступлений в здание от солнечной радиации kрад и удельной характеристики бытовых тепловыделений здания kбыт. Там же были указаны значения градусо-суток отопительного периода ГСОП, что позволило найти среднюю по зданию разность температуры внутреннего и наружного воздуха:

Δt = tвtот = ГСОП/zот,

где zот = 205 суток — продолжительность отопительного периода по данным СП 131.13330.2012 (Актуализированная редакция СНиП 23-01–99* «Строительная климатология») для Москвы.

Тогда, в соответствии с определением величин kрад и kбыт, указанным в актуализированной редакции СП 50.13330.2012 (Актуализированная редакция СНиП 23-02–2003 «Тепловая защита зданий»), средний в течение отопительного периода уровень Qср, отнесённый к единице отапливаемого объёма, может быть вычислен как произведение (kрад + kбытt. Чтобы затем привести его к единице расчётной площади, результат следует ещё умножить на высоту этажа. В расчётах она принималась равной 3,3 м для всех исследованных зданий. В соответствии с предложениями [1], амплитуду Aq можно принять в таком же размере.

Теперь по [1] определяем динамический коэффициент регулирования системы вентиляции и кондиционирования:

Возможности снижения расчётного воздухообмена в общественных зданиях при автоматизации климатических систем. 2/2019. Фото 2

Необходимую для этого амплитуду колебаний внутренней температуры Atв берём как половину оптимального диапазона по ГОСТ 30494, и для категорий, соответствующих преобладающему типу помещений во всех зданиях, она будет равна 1 °C, а в качестве показателя теплопоглощения помещения Рпом, определяющего его собственную теплоустойчивость, используем его удельную величину Руд для принятой конструкции слоёв ограждений, обращённых в помещение, по данным [1].

Таким образом, по физическому смыслу Rдин представляет собой отношение допустимой величины Atв к той, которая фактически будет наблюдаться в помещении в отсутствие автоматического регулирования СВ и КВ, то есть Aq/Pпом.

Необходимо только учесть, что если величина Aq была отнесена именно к площади пола, то в формировании показателя Руд принимают участие все ограждающие конструкции. Поэтому его значение нужно умножать примерно на 2?, поскольку поверхность потолка имеет такое же значение, как у пола, а наружные стены и окна в рассматриваемой группе объектов в среднем имеют площадь в три раза ниже.

Далее при характерной доле конвективной составляющей в переменных теплопоступлениях qк = 0,4 вычисляем параметр Во, учитывающий ассимиляцию лучистых теплоизбытков конвективным тепловым воздействием автоматизированной климатической системы [9]:

Возможности снижения расчётного воздухообмена в общественных зданиях при автоматизации климатических систем. 2/2019. Фото 3

При этом учитывается отношение показателей теплоусвоения ограждений помещения и конвективного теплообмена на их поверхностях Σ(YF)/Σ(αF), которое также принимается по сведениям [2], в соответствии с принятым материалом слоёв конструкций, обращённых в помещение, и находим окончательно величину Касс по формуле (3) [1, 9], справедливой при Rдин < 0,75:

Kасс = (1 – 0,9Rдин)Bo. (3)

Результаты вычислений приведены в табл. 1.

Возможности снижения расчётного воздухообмена в общественных зданиях при автоматизации климатических систем. 2/2019. Фото 4

Нетрудно заметить, что во всех исследуемых случаях Kасс лежит в пределах примерно от 0,2 до 0,4. Таким образом, в соответствии с соотношением (1) учёт совместного влияния собственной теплоустойчивости помещения и автоматического регулирования СВ и КВ, даже при достаточно жёстких ограничениях на допустимое отклонение tв, позволяет снизить расчётную величину теплопоступлений, а значит, и воздухообмена примерно на 30–40 % по сравнению с их максимальным уровнем. Это дополнительно подтверждает данные [1], полученные на примере одного объекта, и показывает, что рассматриваемая методика даёт физически обоснованные результаты.