При проектировании инженерных систем инженеры сталкиваются со многими важными вопросами, которые определяют финансовые затраты на строительство и обеспечение требований людей, эксплуатирующих это здание. Один из таких вопросов – выбор климатической системы для здания. Несмотря на то, что сейчас на рынке представлено достаточно много разных моделей климатических систем, сделать правильный выбор очень сложно.
Есть разные типы, отличающиеся наличием или отсутствием тех или иных функций, а также ценой, что особенно важно. Отчасти поэтому, чтобы сделать правильный выбор системы, которая бы смогла создать благоприятные условия для людей, проживающих или работающих в здании, и при этом сэкономить бюджет, нужно рассмотреть критерии выбора климатических систем.
В первую очередь, выбирая климатическую систему для здания, инженеры руководятся критериями, предъявляемыми заказчиком. Сделать это достаточно сложно, ведь на данный момент связь практики и науки утрачена, проектные институты не очень эффективны, и вся ответственность ложится на плечи специалистов, многие из которых не очень-то и разбираются в подобных деталях.
Также следует учитывать тот факт, что довольно часто инвесторы, которые финансируют строительство с целью его последующей перепродажи, не всегда рассматривают и принимают во внимание те же критерии, что и проектировщики, разрабатывающие проект. Основные критерии для инвесторов – это высокая скорость строительства, а также низкая цена оборудования. И в большинстве случаев, чтобы ускорить процесс строительства и снизить объем капиталовложений, приходится отказываться от сложных инженерных систем и высоких стандартов качества. Инженеры, напротив, считают, что данные стандарты просто необходимы.
Как бы там ни было, но в любом случае систему климатизации выбирают на основании технического задания. В этом документе в обязательном порядке содержатся требования к микроклимату, который необходимо обеспечить в помещениях (температура воздуха, количество наружного воздуха и его подвижность, уровень шума и т.д.). Также во внимание принимается срок службы систем, возможные будущие затраты на ее обслуживание и технический ремонт. К тому же, свои «пять копеек» могут вставить и дизайнеры, которых не устроит эстетика выбранных систем.
Ключевые критерии
Конкретные критерии можно назвать ключевыми, и соответствие им определяется только ответами «да» или «нет», поскольку система может либо подходить по требования, либо нет. Если хотя бы по одному из ключевых требований система не подходит, то в проекте она не рассматривается вовсе (ну, если только заказчик не настоит на ее выборе). Этими критериями являются следующие…
Функциональность
Функционал выбираемой климатической системы – это, безусловно, один из самых важных критериев. Совершенно не играют роли другие преимущества системы. Если она не подходит по функциональности, то она рассматриваться не будет. В то же время, проектировщик имеет возможность объяснить заказчику, что, изменив немного требования к функционалу, можно с помощью неподходящей системы добиться лучших результатов.
Производительность
Простой пример: допустим, необходимо в помещение подать воздух в конкретном количестве и конкретной температуры воздуха, что позволит обеспечить оптимальные климатические условия в помещении. Если рассматриваемая система не способна это сделать, то проектировщиком она не может быть выбрана. Он должен отдать предпочтение той системе, которая бы обеспечивала подобные условия. Разные системы могут иметь разную производительность, но обеспечить при этом тот же эффект.
Основные факторы при выборе производительности климатических систем (когда уже известны конструктивные и планировочные решения) – это температура воздуха, величина технологических нагрузок, интенсивность радиации солнца, объем газо- и тепловыделений. Если не учесть эти факторы при выборе, то система климатизации может попросту отказать в работе, либо иметь большой и неоправданный запас мощности.
Например, когда принимают расчетную температуру воздуха за окном с обеспеченностью 0.92, никто не проверяет, какая температура будет внутри помещения в период похолодания (когда температура опустится ниже расчетной). Если верить статистике, то в зданиях с этажностью более 6 при наружной температуре воздуха от -25 до -30 °С, температура в помещении снизится до 12-13 °С, и это при отсутствии тепловыделений. Такой показатель нельзя назвать приемлемым.
И если заказчик спросит инженеров, можно ли снизить финансовые затраты на систему, то он должен четко понимать, что добиться снижения затрат можно благодаря уменьшению производительности этой системы. В свою очередь, снижение производительности возможно посредством отказа от некоторых требования и принятию менее жестких параметров микроклимата в помещении. Популярное решение, позволяющие снизить капиталовложения, это зонирование. Также нужно брать в расчет и те параметры, что разные по технологии системы могут характеризоваться разной продолжительностью дискомфорта и различным значением энергопотребления.
Потребление электроэнергии стандартной холодильной системой
Потребление электроэнергии холодильной системой накопительного типа
Размещение
Для размещения климатических систем в здании отводится специальное место. Неважно, является ли система функциональной, производительной или дешевой, ее невозможно использовать, если заранее не предусмотреть место для расположения. Расположение определяется инженером, архитектором и даже иногда заказчиком. Инженер, определив оптимальное место, всегда может обсудить с заказчиком или архитектором положительные стороны того проекта, в котором система будет размещена по-другому или занимать, например, большую площадь.
Иные критерии выбора
Кроме ключевых есть и относительные критерии выбора, которые, однако, тоже следует учитывать. Конечно, они предполагают возможность пойти на компромисс и все равно выбрать ту систему, которая не будет им соответствовать.
Довольно часто заказчики готовы заплатить больше денег за дорогую систему, и сэкономить за счет снижения средств на обслуживание подобных систем. Другие инвесторы, напротив, заинтересованы вкладывать больше денег каждый год на обслуживание систем и оплачивать более высокие счета за электроэнергию, но экономить на этапе установки. Почти всегда средства инвесторов ограничены. Относительными критериями можно считать следующие:
Капиталовложения
Самый первый критерий, который приходит на ум, - финансовый. Для некоторых инвесторов он и вовсе единственный. Но есть и другие, оказывающие непосредственное влияние на объем инвестиций и срок службы сооружения.
Затраты на эксплуатацию
Затраты на эксплуатацию включают разные компоненты. По большей части это энергия, канализация и водоснабжение, ремонт, обслуживание, а также замена модификации системы и оборудования.
Многие затраты определяются типом системы, которую выбирают инженеры. Также на затраты на эксплуатацию влияют и косвенные факторы, одним из которых является удобство обслуживания.
Надежность
Если уж и приходится устанавливать относительно недорогую систему, то нужно хотя бы позаботиться о том, чтобы она была надежной. Это косвенный фактор, который не всегда учитывается. В данном случае под термином «надежность» предполагается безотказность работы системы, ее способность поддерживать в помещении тот микроклимат, который установлен оператором. Отказ же – это состояние, когда показатели выходят за рамки установленных.
Есть даже специальная формула, по которой инженер может определить надежность работы системы. Сама же надежность – это вероятностная характеристика.
Ровк = Роб Рпр
В этой формуле компоненты – надежность системы, надежность работы оборудования и надежность выбора значения производительности соответственно.
В целом, надежность оборудования определяется качеством, а основной показатель качества – это количество часов, после которых система может сломаться. Иными словами – наработка на отказ. Этот параметр при составлении схемы и выборе оборудования позволит приблизительно установить вероятность возникновения отказов в работе системы, определить регламент обслуживания системы и ремонта, предусмотреть (на основании предварительных расчетов) необходимость дублирования или резервирования конкретных элементов.
Гибкость (или переналадка)
Сейчас, в век, когда технологии развиваются по часам, неизменным не останется ничего. Потребности новых пользователей и жителей здания также изменяются, меняется планировка, устанавливается дополнительное оборудование. Это означает, что и система климатизации также должна подвергаться изменениям с целью адаптации к новым требованиям. Поэтому вопрос гибкости является важным, однако этот критерий второстепенен и является, по сути, бонусом в пользу выбора той или иной системы.
Простота обслуживания
Сколько будет стоить обслуживание системы, ее своевременная наладка и эффективная эксплуатации? Как будут производиться работы по обслуживанию: достаточно ли работ только в вентиляционных камерах или потребуются работы во всех помещениях? Сколько операторов нужно для поддержки работоспособности и управления системы, моет ли она работать без персонала вообще? Это лишь малая часть тех вопросов, которые должны рассматриваться инженером при выборе климатического оборудования, и некоторые из них предполагают проектное решение.
Цель
Есть причины, по которым владельцы здания желают оснастить их новыми и эффективными системами климатизации, и первая из них – создание комфорта.
Комфорт
Любые здания, будь то жилые, офисные или здания магазинов, должны оснащаться системами кондиционирования, что обеспечит комфорт людей, которые в них находятся. Однако каждый человек имеет свои представления относительного того, что такое комфорт для него. Но интересует ли это инвестора, и будет ли он тратить большие деньги, чтобы оборудовать помещение только для того, чтобы создать людям условия, которые те пожелают? Более очевидно и логично, что инвесторы тратят на это деньги только из соображения привлечь арендаторов. Эти арендаторы, в свою очередь, согласятся платить больше денег за аренду, получив возможность нанимать профессиональный персонал, более эффективный в работе. Комфортные условия во многом определяют успех фирмы или магазина, ведь покупатели, возможно, купят больше товаров в магазине, где они чувствуют себя комфортно, нежели на рынке, где либо истекают потом, либо замерзают и хотят поскорее добраться домой.
Промышленная технология
На производстве многие процессы должны осуществляться при строгом контроле параметров окружающей среды. В частности, играет роль влажность и температура воздуха. В иных случаях, например, в фармакологии, особое внимание уделяют созданию антисептической среды.
Хранение
Можно назвать много материалов, которые являются чувствительными к изменениям температуры воздуха и его влажности. От этих параметров зависит срок их годности, поэтому важно задать такие условия хранения этих материалов, чтобы они могли прослужить как можно дольше. Поэтому климатические системы довольно часто используются для поддержки оптимальных условий в помещениях, где хранятся редкие книги, ткани или произведения искусства.
Повышение эффективности на производстве
Если использовать климатические системы на производстве, например, музыкальных инструментов или одежды, то можно добиться повышения качества изготавливаемых изделий и снижения объема отходов. Это также касается и производительности труда персонала, которая растет. Людям гораздо более комфортно работать в благоприятной среде, и число ошибок персонала, работающего в кондиционируемом помещении, ниже численности ошибок людей, работающих в тех же условиях, однако без кондиционирования.
Ценность недвижимости
Если в здании есть системы кондиционирования, то ценность этого здания растет, и при покупке или аренде недвижимости заказчики всегда отдают предпочтение вариантам с климатическим оборудованием.
Условия, которые ограничивают выбор
Универсальных систем, которые бы являлись самыми лучшими и подходящими для всех типов зданий, не существует. Для каждого типа проекта подбирается индивидуальная модель, и определяется ее выбор по многим параметрам. Все системы можно разделить на 2 типа: подходящие и неподходящие к какому-либо проекту. Первые будут работать лучше и экономичнее, вторые – хуже. Задача для инженера сводится к тому, чтобы отсеять неподходящие варианты и затем выбрать из числа подходящих тот, которые будет обладать большим количеством преимуществ по сравнению с другими. В первую очередь нужно определить, все ли подходящие системы отвечают ограничивающим условиям проекта.
Изменение температуры в помещении при использовании напольного отопления (а) и при использовании фэнкойлов (tрез - результирующая температура, tв - температура воздуха, tст - температура стен, tпл - температура пола)
Нагрузки по холоду и теплу
Климатическое оборудование должно обеспечить эффективный вывод теплоты из помещения при поступлении тепла, т.е. обогрев должен осуществляться в соответствии с потерей тепла. Это относится не только к каждому конкретному помещению, но и к целому зданию. Для проектировщика это значит, что он должен учитывать для каждого помещения отдельно пиковые нагрузки, а также для каждой системы. Если использовать удельные значения показателей, то расчеты будут неверны. Логично, что при этом мощность выбираемой установки не должна быть меньше расчетной.
Один из важных показателей при составлении схемы кондиционирования является неравномерность распределения по обслуживаемым помещениям тепловых нагрузок. Это явление в практике инженерии называется «градиентом тепловой нагрузки». Величина этого градиента представляет собой отношение относительной тепловой нагрузки конкретных помещений qi к расчетной средней нагрузки по площади всего здания, которая обслуживается климатической установкой qср. Соответственно, формула будет иметь следующий вид:
Dq= qi/qср.
Чем выше будут отклонения значений градиентов от единицы, тем более широкими возможностями должна обладать установка кондиционирования воздуха.
Зональное регулирование
В год длительность пиковых нагрузок будет составлять в сумме всего несколько часов. В помещениях, расположенных на разных сторонах здания, данные нагрузки могут возникать в разное время суток и даже в разные месяцы. Внутренние зоны должны охлаждаться круглый год, и параметры наружного воздуха в данном случае не играют роли. Чтобы поддерживать установленную температуру в каждом помещении, система должна иметь конкретную производительность по времени в соответствии с графиком. Это значит, установка должна иметь функцию изменения производительности для группы помещений или каждого помещения в отдельности. В зависимости от типа системы, методы регулировки производительности могут быть разными. Во многом именно метод регулировки влияет на параметр размера систем и на эксплуатационные расходы.
Отопление
Тепло, которое теряется через кровлю и наружные стены, должно восполняться. Также нужен и нагрев наружного воздуха, который подается в помещение через вентиляцию или проникает через неплотности. Эти функции также должна выполнять климатическая система. Тепло, подаваемое во внутреннюю зону, не возмещает потери теплоты в помещениях периметральной зоны. Чтобы поддерживать условия в прохладный период, система должна «уметь» предохранять людей от холодных воздушных потоков воздуха от наружных стен с плохой теплоизоляцией и от окон.
Вентиляция
Любое помещение, предполагающее эксплуатацию людьми, должно быть вентилируемым. Есть специальные своды правил и рекомендации, которым должно соответствовать количество вентиляционного воздуха. К самой системе вентиляции предъявляются специальные требования, и некоторые из них предусматривают снижение в воздухе вредных загрязнений до установленного уровня. В большей степени это биологические загрязнения, источником которых являются люди, присутствующие в помещениях. Поэтому при составлении требований к вентиляции в помещении используют показатель, который рассчитывается, исходя из количества приточного воздуха на человека, т.е. м3/ч. Но кроме людей в помещениях есть и другие источники загрязнений: факсы, лазерные принтеры и ксероксы, мебель и отделочные материалы.
Ограничения архитектуры
Для размещения климатической установки выделяется специальное помещение, и площадь этого помещения является неким архитектурным ограничением. Бессмысленно подбирать систему, которая попросту не влезет. Критический размер для систем разный. Для одних это высота этажа, для других – зазор между потолком и оборудованием. Также играют роль и другие факторы. В частности, это место прокладки воздуховодов, небольшие комнаты для размещения оборудования, машинные залы. Также важно учитывать возможность вторжения в помещение с целью устранения неполадок, установки фэнкойлов. Есть также акустическое вторжение – шум от работающего оборудования – все это чрезвычайно важно для архитекторов и еще более важно для заказчиков. Визуальное вторжение также имеет место. Почти всегда систему пытаются сделать невидимой, и если это не удается, то ее стараются вписать в интерьер.
Финансы
Самое жесткое ограничение – бюджет. Для многих заказчиков именно бюджет играет главную роль – они попросту выделяют ограниченную сумму средств на проект. Однако многие здравомыслящие заказчики готовы признать, что порой, выделив больше денег на размещение более эффективной и менее энергозатратной установки, можно добиться экономии в виде снижения годовых затрат на эксплуатацию. Чтобы убедить заказчика потратить больше денег на размещение лучшей климатической системы, нужно представить расчеты в проектной документации.
Нормативы и стандарты
Стандарты и нормативы для проектировщиков – это рамки, за пределы которых выходить нельзя. Проектировщики просто обязаны разрабатывать только такие системы, которые бы удовлетворяли требования нормативов и стандартов. Кроме того, для строительства запроектированной системы нужно еще и получить разрешение, что предусматривает рассмотрение проекта в соответствующих надзорных органах.
Логично решить это вопросы до того, как обращаться за согласованием проекта и, конечно же, до начала строительных работ. Поэтому проектировщик должен хорошо знать и постоянно контактировать с надзорными органами, у которых есть соответствующие юридические права. Также важно умение регулирования спорных вопросов во всех инстанциях, которые оказывают то или иное влияние на получение разрешения.
Нагрузки
Выбирая систему, проектировщики рассматривают абсолютно все типы нагрузок и варианты их распределения по помещениям.
Скрытая и явная теплота
Нагрузка на охлаждение состоит из нескольких частей – явной и скрытой. Определяются они по температуре воздуха с помощью сухого термометра, а также по содержанию влаги в воздухе. Для отображения данных параметров используются специальные психрометрические диаграммы, где влагосодержание отображается вертикальным отрезком, а скрытое тепло – горизонтальным.
Холодильное оборудование и помещение
Поступает тепло в помещение через ограждение посредством трансмиссионной передачи. Также источником тепла является солнечная радиация, поступающая через окна. Нельзя исключать и внутренние тепловыделения. Охладитель-теплообменник должен ассимилировать как поступления теплоты в помещение, так и нагрев циркуляционного воздуха, тепловыделения вентиляторов, влагу и тепло вентиляционного воздуха. Поэтому тепловая нагрузка на климатическое оборудование сильно отличается от тепловой нагрузки помещения. В свою очередь, нагрузка на холодильные системы зависит от типа.
Явное тепло
Доля явного тепла – показатель, который определяет отношение явного тепла ко всему теплу (сумма скрытого и явного тепла). Этот показатель для холодильной установки отличается от этого же показателя для нагрузки помещения. Он определяет расход приточного воздуха и оптимальную температуру.
Область выбора и ее сужение
Есть множество разных вариантов решений, поэтому довольно часто задача выбора кажется противоречивой и очень сложной. Основные вопросы, которые нужно задавать при выборе системы, следующие:
- Где и как производится холод или тепло?
- Как подать холод или тепло в нужное помещение?
Анализ вариантов
Самое первое – должна быть поставлена конкретная задача: дано описание сооружения, его назначения, условий работы всей системы.
Таблица выбора
Выше отмечалось, что оптимальной и единственной системы для каждого проекта не существует. Точно также и не существует единственного правильного способа представить результаты выбора установок. Простой способ представить большой объем информации, которая бы позволили определить выбор, - это создание сводной таблицы. Если проект прост, то для того, чтобы принять решение и выбрать систему, достаточно составить простую таблицу, где оценки систем будут грубыми, т.е. «Хорошо», «Плохо» и т.д. Также должно быть сопроводительное письмо для заказчика. Эта таблица должна включать информацию о рассматриваемых системах: их преимущества, недостатки, особенности каждой, параметры, затраты на эксплуатацию, размещение и т.д.
Комфорт
Данный раздел должен быть включен в таблицу. В нем сравниваются функции и возможности систем, позволяющие создать комфортные условия пребывания в помещениях для людей. Рассматриваются возможности зонального регулирования температуры, наличие или отсутствие возможности потолочного отопления, подачи вентиляционного наружного воздуха, уровень шума работы установок. Также рассматриваются последствия отказа какого-либо элемента оборудования.
Места размещения
Какой объем пространства за потолком нужно для подачи приточного воздуха? Сколько места необходимо для размещения установки, включая шахты и воздуховоды, вентиляционные камеры и т.д.? Предполагает ли система некоторые ограничения на расстановку элементов мебели? Как и где будут выполняться работы по обслуживанию систем?
Финансовые затраты
Финансовые начальные вложения – не только цена самой системы, но и ее влияние на цену сопутствующего оборудования. Также здесь учитывается стоимость строительных работ, цена занимаемой площади, ограждения. Важно учесть и возможность перепланировки в будущем и установки дополнительных элементов, оборудования. Срок службы оборудования также имеет непосредственное отношение к капитальным затратам и должен быть учтен.
Затраты на эксплуатацию
В первую очередь учитывается стоимость электроэнергии, ведь именно эта составляющая является самой крупной в плане годовых энергозатрат. Возможность применять «бесплатный» холод зимой, сглаживать пиковые нагрузки благодаря аккумуляторам тепла, а также использовать утилизаторы теплоты для вентиляции – все это оказывает влияние на цену энергоснабжения. Также учитывается, нужен ли для обслуживания системы постоянный персонал или периодический надзор? Во сколько будет обходиться стоимость обслуживания или ремонт? Если система предполагает использование воды, то на первый план выходит стоимость кубометров.
Если проект сложный, то проектное предложение может быть очень большим. Иногда оно занимает много страниц с приведением схем и расчетными таблицами, разными сравнениями и пояснительным текстом.
Рекомендации и обоснование
После того, как проектировщик составит проектное предложение, он должен дать рекомендации с обоснованием. При выполнении сравнений достоинств и недостатков, нужно помнить, что ключевую роль играют соображения заказчика, у которого могут быть несколько иные представления о том, какую систему лучше выбрать и использовать в проекте.
Важно отметить, что рекомендовать можно несколько систем одновременно. Поэтому нужно в проектном предложении точно указать и отметить, какие именно системы в принципе годятся для проекта, а какие – нет. Заказчик должен получить точную информацию с рекомендациями и объяснениями, какие системы лучше использовать и почему.
Выводы
Самый важный документ проекта – предложение о том, какую выбрать систему. Его важность оправдывается тем, что вся дальнейшая разработка будет основана на содержании предложения. Вот что важно помнить при выборе типа:
- Не может быть лучшего варианта. Каждый проект отличается преимуществами и недостатками;
- Выбор системы – это чрезвычайно важное решение. Для подготовки необходимо выполнить достаточно много сложных работ;
- Необходимо точно объяснить заказчику, что во время составления рекомендации было принято во внимание;
- Принятие решения относительно выбора – задача не проектировщика. Он, в свою очередь, должен представить заказчику все данные, чтобы тот на их основании смог сделать выбор.
На основе материалов из журнала "АВОК"
