Документ 2603196

5. Оптимизация строительных конструкций. Экологическая устойчивость, проблемы экономики, ресурсосбережения и безопасности
населенных мест.
Structural optimization. Environmental sustainability, economy, resource-saving and populated localities safety problems
Переверзева И.С., Павлов С.А.
[email protected]; [email protected]
ТОГУ, Хабаровск, Россия
СОВРЕМЕННЫЕ ПОДХОДЫ К КОНДИЦИОНИРОВАНИЮ
ЖИЛЫХ И ОБЩЕСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ
Абстракт - исследование посвящено обзору существующих современных
вариантов кондиционирования воздуха для жилых и общественных зданий в теплый
период года. Обзор ведется начиная с самых простых систем кондиционирования
(моноблочные, моноблочные мобильные, сплит- и мультисплит-системы),
заканчивая системами имеющими в своем составе согласованные между собой
сложные системы автоматического регулирования (системы с эжекционными
кондиционерами-доводчиками, холодные потолки, системы с применением
строительных конструкций). Помимо этого, в данной статье производится
сравнительный анализ и оценка различных систем кондиционирования воздуха по
ряду параметров с целью выявления основных преимуществ и недостатков того
или иного способа кондиционирования воздуха.
Ключевые слова: эжекционные кондиционеры-доводчики, термоактивные
строительные конструкции, мультизональная система, сплит-система.
1. Краткий обзор СКВ, традиционно применяемых при
кондиционировании жилых и общественных зданий.
Моноблочные кондиционеры. Оконный кондиционер – моноблочный
кондиционер, который монтируется в оконный проем или тонкую стену. Мощность
оконного кондиционера лежит в интервале 1,5 – 6 кВт. Основной недостаток таких
кондиционеров – отсутствие возможности выбора места установки, загромождение
пространства окна и ухудшение освещенности помещения.
Моноблочный мобильный кондиционер – передвижной агрегат, не
требующий специального монтажа. Его выводят на улицу через форточку или
отверстие в стене и подсоединяют воздуховод по которому удаляется горячий
воздух. Недостатком мобильных кондиционеров являются сильный шум при
работе (т.к. компрессор находится внутри помещения) и высокая цена, сравнимая
со стоимостью сплит-системы.
Системы сплит и мульти-сплит. Сплит-системы состоят из одного
внутреннего блока, размещенного в помещении, и одного наружного блока,
вынесенного на улицу или в другое помещение. Внутренний и наружный блоки
связаны трубками контура циркуляции хладагента и электрическими проводами.
Сплит-системы обладают рядом достоинств, основными из которых являются
высокая эффективность, низкий уровень шума, свобода выбора места расположения
внутреннего блока, низкая стоимость системы. Мультисплит-системы имеют
от двух до пяти внутренних блоков мощностью от 2 до 5 кВт. Достоинством
мультисплит-системы является меньшее по сравнению с набором обычных сплитсистем количество наружных блоков, что позволяет экономить место на наружной
280
Новые идеи нового века – 2015. Том 3.
New Ideas of New Century – 2015. Vol. 3
стене здания и не вносить существенных изменений в эстетический вид фасада.
Однако замена нескольких сплит-систем на одну мультисплит-систему не приводит
к выигрышу в цене, поскольку при той же стоимости оборудования трудоемкость
и стоимость монтажа возрастает в 1,5 – 2 раза из-за более протяженных
коммуникаций. Кроме того, при выходе из строя наружного блока мультисплитсистемы, перестают функционировать все внутренние блоки – с этой точки зрения
надежность нескольких сплит-систем выше.
Мультизональные системы (системы VRV) и системы чиллер-фанкойл
устанавливаются в жилых, офисных и торговых помещениях общим объемом более
600 м3. Они состоят из одного или нескольких наружных и набора внутренних
блоков, каждый из которых охлаждает или обогревает одно или несколько
помещений. Они могут комплектоваться внутренними блоками не только любого
типа, но и любой мощности. Внутренний блок в системе VRV может быть
удален от наружного на расстояние до 1000 м, в системе чиллер фанкойл длина
трассы ограничивается мощностью гидромодуля. Размещение наружных блоков,
как правило, осуществляется на крыше, что позволяет полностью сохранить
архитектурный облик здания. В системах VRV все блоки подключаются к единой
трассе из двух или трех медных труб. Каждый внутренний блок имеет электронный
терморегулирующий вентиль, регулирующий объем поступающего из общей
трассы хладагента в зависимости от тепловой нагрузки на этот блок. Благодаря
этому система VRV более ровно поддерживает заданную температуру воздуха,
без перепадов, свойственных обычным кондиционерам, в которых поддержание
температуры происходит путем периодического включения и выключения
компрессора. В системах чиллер-фанкойл к теплообменнику фанкойла по системе
трубопроводов, аналогичной системе водяного отопления, подводится холодная
вода в теплый период года или горячая вода в холодный или переходный период
года. Движение воздуха через теплообменник обеспечивает встроенный в фанкойл
вентилятор. Недостаток системы – шум, создаваемый вентилятором и потребление
им электроэнергии. Недостатком системы VRV является высокая стоимость
по сравнению с мультисплит-системами. Не стоит забывать и о проблемах,
возникающих при увеличении длины трассы между наружным и внутренним
блоками: возврат масла в компрессор, увеличение процента утечки фреона,
снижение холодильного коэффициента.
Центральный кондиционер – система, в которой обрабатывается наружный
воздух или его смесь с рециркуляционным воздухом. Оборудование для обработки
воздуха размещено в отдельном помещении, часто удаленном от обслуживаемого.
Источники теплоты, холода и воды, общие для всех центральных систем здания
и местных агрегатов, соединены с функциональными блоками СКВ в системах
тепло-, холодо- и водоснабжения. В центральных системах облегчается борьба с
создаваемым шумом и упрощается обслуживание.
Центральные СКВ могут быть с постоянным или переменным расходом
воздуха. Регулирование параметров воздуха (температура, относительная
влажность) в помещении при изменении внутренних и внешних воздействий
осуществляется путем изменения количества теплоты, поступающей с приточным
воздухом в помещение, а именно температуры или расхода приточного воздуха. В
системах с постоянным расходом воздуха в качестве управляющего воздействия
выбирают температуру приточного воздуха, в системах с переменным расходом
281
5. Оптимизация строительных конструкций. Экологическая устойчивость, проблемы экономики, ресурсосбережения и безопасности
населенных мест.
Structural optimization. Environmental sustainability, economy, resource-saving and populated localities safety problems
– расход воздуха. В последних при достижении расхода приточного воздуха до
минимально необходимых значений возможно изменение его температуры при
дальнейшем снижении нагрузки.
2. Обзор нетрадиционных подходов к кондиционированию воздуха,
применяемых в жилых и общественных зданиях.
СКВ с эжекционными кондиционерами-доводчиками (ЭКД).
Центральная СКВ обеспечивает подачу первичного воздуха в ЭКД, установленный в
помещении. ЭКД имеет встроенный теплообменник для охлаждения или нагревания
рециркуляционного воздуха, в трубках которого циркулирует соответственно
холодная или горячая вода. Подача и смешение рециркуляционного воздуха
обеспечивается за счет эффекта эжекции при движении первичного воздуха через
сопла с высокой скоростью. Смесь охлажденного или нагретого рециркуляционного
воздуха с первичным, обработанным в центральном кондиционере, поступает в
помещения. К теплообменникам ЭКД подводится холодная или горячая вода от
центральных источников тепло- и холодоснабжения через систему трубопроводов,
которая может быть двух- и четырехтрубной. Четырехтрубная система обеспечивает
включение холодо- и теплоносителя в любой доводчик в любое время, а при
двухтрубной системе – только сезонное общее, пофасадное или групповое
включение. Регулирование температуры воздуха в помещении осуществляется
изменением расхода холодо- теплоносителя с помощью регулирующего клапана
на обратном трубопроводе, встроенного в ЭКД, по сигналу датчика температуры
воздуха в помещении.
При уменьшении недостатка теплоты в помещении увеличивается
температура внутреннего воздуха, и по сигналу датчика температуры уменьшается
расход горячей воды через теплообменник ЭКД. При избытках теплоты в
помещении подача воды прекращается, и теплоизбытки удаляются только
первичным воздухом, поступающим из центральной установки. При дальнейшем
увеличении теплопоступлений, когда ассимилирующей способности первичного
воздуха оказывается недостаточно, в теплообенники ЭКД подается холодная вода,
и система переключается на режим охлаждения.
Чтобы устранить опасность выпадения конденсата на охлажденной
поверхности трубопроводов, применяется система автоматического регулирования
(САР) для управления температурой воды. Датчики устанавливаются либо на самой
трубе, либо на охлаждаемой поверхности. И если датчики фиксируют приближение
температуры поверхности к точке росы, то контроллер по этому сигналу дает команду
запорному клапану перекрыть подачу холодоносителя в змеевик системы ЭКД.
Схема работы ЭКД, приведена на рис.1.
Рис.1 Схема работы ЭКД: а) вентиляция и охлаждение; б) вентиляция; в) вентиляция и обогрев.
1 – первичный воздух; 2 – воздух из помещения; 3 – приточный воздух
282
Новые идеи нового века – 2015. Том 3.
New Ideas of New Century – 2015. Vol. 3
Система кондиционирования воздуха с ЭКД имеет целый ряд преимуществ
перед другими системами:
- снижение расхода электроэнергии на транспортировку первичного воздуха
в центральной системе за счет доведения расхода воздуха до его минимальных
значений, а также уменьшение капитальных затрат на оборудование центрального
кондиционера;
- обогрев помещений в режиме естественной конвекции исключает
необходимость устройства дополнительной системы отопления;
- сосредоточение в одном месте оборудования (центрального кондиционера,
источника теплоты и холода) облегчает и улучшает эксплуатацию;
- отсутствие вентиляторов в агрегате, установленном в помещении, повышает
надежность системы, уменьшает шум;
- благодаря местной рециркуляции воздуха отпадает необходимость
прокладки и установки рециркуляционных воздуховодов и вентиляторов;
В то же время СКВ с ЭКД имеет свои недостатки:
- для обеспечения давления перед соплами 500-300 Па необходимо создать
повышенные скорости выхода воздуха из сопел υ = 15-20 м/с, поэтому СКВ с ЭКД
применяются вентиляторы среднего и высокого давления и воздуховоды класса
«П», что связано с дополнительными затратами электроэнергии по сравнению с
системами с вентиляторными доводчиками;
- расход рециркуляционного воздуха через ЭКД остается постоянным, так
как они работают с постоянным коэффициентом эжекции;
Область применения ЭКД: офисные помещения, аудитории, отели,
рестораны, больницы и поли клиники, бутики и торговые центры (см. рис.2)
Рис.2: а) контактный центр сбербанка России, г. Волгоград;
б) ресторан «Будда бар» г. Санкт-Петербург
Холодные потолки. Системы холодных потолков являются новинкой в
сфере кондиционирования и создания оптимального микроклимата в целом. Одним
из примеров систем подобного типа служат холодные потолки Clina, работающие
бесшумно и занимающие минимум места в отличие от привычных кондиционеров
и сплит-систем.
Принцип действия охлаждающих потолков заключается в следующем. В
потолочную поверхность встраивают специальные маты, которые изготовлены из
капиллярных трубок 4,3 мм диаметром, расположенных на расстоянии 10-30 мм друг
от друга. Холодная вода, являющаяся основным агентом теплообмена, циркулирует
по капиллярным трубкам и поддерживает требуемую разность температур,
283
5. Оптимизация строительных конструкций. Экологическая устойчивость, проблемы экономики, ресурсосбережения и безопасности
населенных мест.
Structural optimization. Environmental sustainability, economy, resource-saving and populated localities safety problems
обеспечивая кондиционирование помещения. Незначительное расстояние между
капиллярными трубками, а также их параллельное расположение способствует тому,
что температура равномерно распределяется по всей охлаждающей поверхности.
Процесс охлаждения такими потолочными матами происходит на 60% за счет
охлаждения лучистого типа и на 40% посредством естественной конвекции. Таким
образом, теплый воздух из-за своей малой плотности относительно холодного
воздуха поднимается вверх. Под потолком он соприкасается с охлаждающими
матами, его удельный вес растет и охлажденный воздух опускается вниз равномерно
по помещению. Рабочая температура воды в матах холодных потолков равняется
+16…+18 градусов и регулируется при помощи холодильной машины, циркуляция
воды обеспечивается насосом.
Незначительный диаметр трубок, а также минимальная масса системы,
заполненной водой, обеспечивает возможность монтажа капиллярных матов
непосредственно на поверхность гипсокартонного подвесного потолка или бетонное
основание. Крепление матов холодного потолка осуществляется непосредственно
к поверхности гипсокартона. После этого маты покрывают штукатурным слоем
8-15 мм толщиной. В подобном исполнении мощность охлаждающей системы
составляет 85 Вт/м2
С помощью кондиционирования холодным потолком можно не только
экономить полезное пространство помещений, но и затрачиваемую на их охлаждение
энергию. В привычных кондиционерах холодильные машины подготавливают
хладагент с температурой +7˚С. В холодных потолках температура не опускается
ниже +16˚С. Благодаря этому холодильная машина тратит на 20-30% меньше
электроэнергии при аналогичных объемах обрабатываемого хладагента.
Охлаждающие потолочные системы эффективны для офисов, поскольку
не создают сквозняков и повышают работоспособность персонала. Кроме того, в
данных системах при повышении относительной влажности воздуха в помещении
САР осуществляет аналогичные процессы, что и в системах с ЭКД.
Рис.3: а) элитный жилой комплекс г. Москва; б) схема холодоснабжения холодных потолков
Системы охлаждения воздуха с применением строительных
конструкций. Они предназначены для охлаждения воздуха в помещениях
путем лучистого теплообмена между охлаждаемой поверхностью строительной
конструкции и воздухом помещения. Суть данного способа состоит в том, что
холодное перекрытие забирает из воздуха тепло в дневное время, а само перекрытие
284
Новые идеи нового века – 2015. Том 3.
New Ideas of New Century – 2015. Vol. 3
охлаждается ночью. Такой способ также называют поверхностным охлаждением.
В помещении поверхность перекрытия имеет более низкую температуру, чем
воздух, поэтому создается так называемый температурный напор, в результате
чего из воздуха помещения забирается тепло. Охлаждение же самого перекрытия
достигается путем циркуляции воды по трубам, размещенным в виде змеевика
в железобетонном перекрытии или стене. В данной системе вода является
холодоносителем, забирающим тепло из перекрытия, а перекрытие выступает в
роли аккумулятора холода. Чтобы устранить опасность выпадения конденсата на
охлажденной поверхности, САР осуществляет аналогичные алгоритмы, что и в
системах с ЭКД.
Основной процесс накопления холода перекрытием происходит ночью,
так как в этот период температура наружного воздуха гораздо ниже, чем днем.
В результате КПД холодильной машины серьезно повышается. Поэтому ночью
можно охладить железобетонные перекрытия до нужной температуры, а днем
отключить циркуляцию холодоносителя. В результате в течение дня система
перекрытий отдает холод и накапливает тепло. Благодаря своей массивности
железобетонные перекрытия накапливают большое количество холода и тем самым
повышают энергоэффективность здания. По эксплуатационным затратам экономия
может составить до 50% в сравнении с воздушным кондиционированием. По
инвестиционным — система может дать экономию до 30%. Экономия достигается
за счет разницы теплоемкости воды и воздуха. Для сравнения, чтобы перенести
то же количество холода, которое переносит один литр воды, вам потребуется 3,5
кубических метра воздуха, так как теплоемкость воды гораздо выше, чем у воздуха.
Это означает, что для переноса холодильной энергии водой можно использовать
трубы гораздо меньшего диаметра, чем диаметр воздуховодов при воздушном
переносе. Отсюда у них меньше стоимость и мощность, чем у воздуховодов
большего диаметра, а значит и цена насосов и затраты на электроэнергию по
сравнению с воздушными вентиляторами.
Такие системы позиционируются для новых зданий общественного
назначения. В первую очередь, это офисные центры, театры, школы, здания
аэропортов. Поскольку поверхность железобетонного перекрытия является
рабочей, то не допускается применение подвесного потолка. Это связано
с тем, что подвесной потолок закрывает рабочую поверхность, что резко
ухудшает теплообмен между перекрытием и воздухом помещения, в результате
чего КПД практически приближается к нулю. То есть обязателен прямой контакт
между воздухом и поверхностью перекрытия или стены.
Примеры применения и схема системы приведены на рис.4.
Рис.4: а) схема системы; б) здание Ericusspitze Spiegelhaus, г. Гамбург, Германия.
285
5. Оптимизация строительных конструкций. Экологическая устойчивость, проблемы экономики, ресурсосбережения и безопасности
населенных мест.
Structural optimization. Environmental sustainability, economy, resource-saving and populated localities safety problems
Заключение. СКВ в данной статье расположены по возрастанию
стоимости, эффективности работы, сложности монтажа и регулирования
параметров внутреннего воздуха, а также по убыванию их популярности и широты
распространения в современном строительстве. Однако, именно последние системы
показываеют самую высокую надежность и эффективность в условиях технического
развития, так как само технологическое решение данных систем избавляет их от
ряда недостатков традиционных вентиляторных систем кондиционирования.
Главной задачей данной статьи было осветить достоинства и недостатки
каждого из вариантов, чтобы исходя из собранной и представленной информации, а
также располагаемых ресурсов и необходимой степени обеспеченности параметров
внутреннего воздуха для того или иного объекта, можно было выбрать, какая
система кондиционирования подходит в конкретном случае.
Список использованных источников литературы:
1. Белова Е.М. Центральные системы кондиционирования воздуха в зданиях. – М.:Евроклимат, 2003. -639 с.
2. Коляда В.В. Кондиционеры. Принцип работы, монтаж, установка, эксплуатация. Рекомендации по ремонту. – М.: СОЛОН-Пресс, 2002. – 240 с.
3. Шилкин Н.В. Термоактивные системы отопления и охлаждения зданий.
// АВОК. 2012. № 5.
.
Pereverseva I.S., Pavlov S.A.
[email protected]; [email protected]
PNU, Khabarovsk, Russia
MODERN APPROACHES TO CONDITIONING
RESIDENTIAL AND PUBLIC BUILDINGS
Abstract - Research is devoted to the review of the existing modern options of
air conditioning for residential and public buildings during the warm period of year. The
review conducted from simple air conditioning systems (monoblock, monoblock mobile,
split and multi-split system), finishing systems having in its composition agreed between
a sophisticated automatic controls systems (air conditioning system with ejection-closers,
cold ceilings, the system with the use of building structures). In addition, this article
carried out a comparative analysis and assessment of various air conditioning systems on
a number of parameters in order to identify the main advantages and disadvantages of a
particular method of air conditioning.
Keywords: air conditioning ejection-closers, thermosets constructions, multizone systems, split system.
286