Принципы подхода к проектированию систем кондиционирования и вентиляции

1. Расчет теплового баланса помещения

Составление теплового и влажностного баланса для кондиционируемого помещения производится общеизвестными методами, принятыми в отопительно-вентиляционной технике. Здесь должны быть учтены все факторы, влияющие на изменение состояния воздушной среды помещения. Для составления теплового баланса помещения необходимо определить все поступления и потери тепла в помещении.

В помещениях различного назначения действуют две основные категории тепловых нагрузок:

Тепловые нагрузки, возникающие снаружи помещения (наружные)
Тепловые нагрузки, возникающие внутри зданий (внутренние)

1.1. Наружные тепловые нагрузки

Наружные тепловые нагрузки представлены следующими составляющими:

Теплопоступления или теплопотери в результате разности температур снаружи и внутри здания через стены, потолки, полы, окна и двери. Разность температур снаружи здания и внутри него летом является положительной, в результате чего имеет место приток тепла снаружи вовнутрь помещения, и наоборот — зимой эта разность является отрицательной и направление потока тепла меняется
Теплопоступления от солнечного излучения через застекленные площади; данная нагрузка проявляется в виде ощущаемого тепла. Солнечное излучение всегда создает положительную тепловую нагрузку, как летом, так и зимой. Летом эта нагрузка должна быть компенсирована, а зимой она незначительная и интегрируется с теплом, вырабатываемым установкой искусственного климата.
Наружный вентиляционный воздух и проникающий в помещения воздух (за счет инфильтрации) может иметь также различные свойства, которые, однако, почти всегда контрастируют с метеорологическими требованиями помещений. Летом горячий и влажный (в некоторых широтах наоборот — сухой) наружный воздух существенно влияет на работу установки, охлаждающей и осушающей воздух; зимой холодный и сухой (или наоборот — влажный) наружный воздух должен быть подогрет и увлажнен. И только в промежуточный период между двумя этими временами года наружный воздух может в какой-то мере быть использован в форме бесплатного охлаждения помещений.

Следует отметить, что наружные тепловые нагрузки могут обладать различными свойствами, то есть, могут быть положительными и отрицательными в зависимости от времени года и времени суток.

1.2. Внутренние тепловые нагрузки

Внутренние тепловые нагрузки в жилых, офисных или относящихся к сфере обслуживания помещениях слагаются в основном из:

Тепла, выделяемого людьми
Тепла, выделяемого лампами и осветительными приборами, 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 том числе 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.

2. Принципы выбора систем кондиционирования воздуха и вентиляции

Задача выбора системы кондиционирования или вентиляции должна решаться на основе технико-экономического сравнительного анализа нескольких возможных вариантов (2-х, 3-х и более). Для этого необходимо всесторонне рассмотреть и оценить объект по предъявляемым к нему требованиям, основными среди которых являются:

2.1. Санитарные требования

Необходимо поддерживать определенную температуру или температуру и влажность. Следует отметить, что поддержание влажности существенно удорожает проект.
Подавать в помещения свежий воздух (естественным или механическим путем) или использовать рециркуляционные системы
Удалять воздух через местные отсосы или общеобменной вытяжкой (в производственном корпусе), либо с использованием естественной вытяжки (в жилых помещениях)

2.2. Архитектурно-строительные требования

Возможность установки наружного блока кондиционера на фасаде здания, а внутреннего блока кондиционера — в помещении (шкафные кондиционеры) или в подшивном потолке (сплит-система с притоком свежего воздуха). Возможность установки центрального кондиционера на техническом этаже или крышного кондиционера Roof-top на крыше здания.
Возможность проложить по зданию или помещению коммуникации воздуховодов, трубопроводов (особенно в реконструируемых зданиях).

2.3. Противопожарные требования по категориям помещений

Нормальные условия — помещения категории «Д» или пожароопасные «В», или взрывопожароопасные «А» и «Б» и соответствующие этим категориям проектные решения (установка обратных и огнезадерживающих клапанов, раздельная установка блоков оборудования, различные схемы прокладки коммуникаций).

2.4. Эксплуатационные требования

Допустимо ли обслуживание и управление системой с центрального пульта управления или необходимо управлять (регулировать параметры) автономно (например, в случае, когда одна часть помещений ориентирована на юг, другая — на север) и необходимо обеспечить раздельные режимы работы оборудования на группы помещений.

2.5. Надежность системы

Особенно важны требования к надежности в прецизионном кондиционировании при точном поддержании микроклиматических параметров различных технологических процессов.

2.6. Экономические требования

Необходимо оптимизировать цену, сравнивая в проекте оборудование различных производителей и различного класса.
Для объектов необходимо разработать несколько принципиальных вариантов систем на базе различных типов оборудования и провести их сравнительную оценку.

3. Этапы проектных работ

Проектирование СКВ ведется в основном в два этапа.

3.1. 1-й этап — проект ТЭО (технико-экономическое обоснование)

На этой стадии проектирования по укрупненным показателям производят выбор и технико-экономическое обоснование типа системы, определяют технические площади для установки этого оборудования, а также определение в первом приближении ее основных характеристик:

Производительности по воздуху, холоду и теплу
Типа и числа центральных или автономных кондиционеров, их расположения, типа и расхода тепло- и хладоносителей
Типа и числа холодильных машин, насосов
Установленной мощности электрооборудования
Массы системы

При этом:

Устанавливают предварительную стоимость системы
Разрабатывают принципиальную (предварительную) схему системы

Ранее в практике проектирования за этапом ТЭО следовал технический проект. С появлением блочного оборудования эти две стадии объединены и теперь в практике проектных организаций это ТЭО. В коммерческих фирмах это — технический проект. После утверждения Заказчиком ТЭО разрабатывают рабочий проект — это наиболее ответственная стадия проектирования.

3.2. 2-й этап — рабочий проект

Разрабатывается на основании:

Строительных планировок
Теплотехнических характеристик строительных конструкций
Технологического (подробного со спецификацией) задания

На этом этапе:

Производят расчет тепловлаговыделений и на его основании расчет воздухообмена для каждого помещения, обеспечивающего требуемые параметры.
Подбирают оборудование (с определением всех его характеристик), обеспечивающее необходимый воздухообмен
Определяют потери напора в сети
Окончательно выбирают тип и принципиальную схему системы и определяют ее характеристики, количество воздухораспределителей и т.д.
Вычерчивают планы с нанесением расположения оборудования и разводкой сетей воздуховодов и трубопроводов

Чертят аксонометрические схемы сетей воздуховодов и трубопроводов
Выполняют аэродинамические и гидравлические расчеты
Определяют уровень шума
Заполняют спецификации по оборудованию, материалам, арматуре и т.д. с указанием фирмы-изготовителя и стоимости
После согласования заказчиком проекта в СЭС и пожарной инспекции, если есть замечания по проекту, вносят коррективы
На основе этой документации производят заказ оборудования

На этом стадия проектирования заканчивается. Рабочие чертежи передаются монтажникам на объект. После окончания монтажных работ монтирующими организациями составляются исполнительные чертежи и исполнительная спецификация.