Расчетные параметры наружного воздуха для москвы
Расчетные параметры наружного климата для проектирования систем холодоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха
Rated Outdoor Climate Parameters for Designing of Cold Supply, Ventilation and Air Conditioning Systems
A. S. Strongin, Candidate of Engineering, Scientific Research Institute of Building Physics of the Russian Academy of Architecture and Construction Sciences; V. A. Vorontsov, OOO Systemair; K. A. Kuznetsov, OOO Systemair
Keywords: outdoor climate parameters, cold supply, ventilation, air conditioning
Ventilation, cold supply and air conditioning systems responsible for maintaining optimal indoor climate conditions for public and production buildings are large consumers of material and energy resources. The refrigerating power of their systems can reach thousands of kilowatts, and their cost – tens of millions of rubles. Correct choice of design outdoor climate parameters during design of cold supply systems allows for saving on capital cost of their installation, as well as reduction of energy resources use in the course of their operation by 15–25 %.
Системы вентиляции, холодоснабжения и кондиционирования воздуха, обеспечивающие оптимальные условия микроклимата для общественных и производственных зданий, являются крупными потребителями материальных и энергетических ресурсов. Холодильная мощность систем может достигать несколько тысяч киловатт, а их стоимость – десятков миллионов рублей. Корректный выбор расчетных параметров наружного климата при проектировании систем холодоснабжения позволяет добиться экономии первоначальных затрат на их устройство, а также снизить потребление энергоресурсов в процессе эксплуатации на 15–25 %.
Расчетные параметры наружного климата для проектирования систем холодоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха
А. С. Стронгин, канд. техн. наук, Научно-исследовательский институт строительной физики РААСН
Системы вентиляции, холодоснабжения и кондиционирования воздуха, обеспечивающие оптимальные условия микроклимата для общественных и производственных зданий, являются крупными потребителями материальных и энергетических ресурсов. Холодильная мощность систем может достигать нескольких тысяч киловатт, а их стоимость – десятков миллионов рублей. Корректный выбор расчетных параметров наружного климата при проектировании систем холодоснабжения позволяет добиться экономии первоначальных затрат на их устройство, а также снизить потребление энергоресурсов в процессе эксплуатации на 15–25 %.
Нормативные требования
Заданные параметры микроклимата в помещениях жилых, общественных, административно-бытовых и производственных зданий следует обеспечивать в пределах максимальных расчетных параметров наружного воздуха для соответствующих районов строительства, регламентируемых СП 131.13330.2018 и СП 60.13330.2016 [1, 2]:
Согласно СП 131.13330 параметры температуры и энтальпии для систем вентиляции и кондиционирования в теплый период года определяются как параметры Б. Температура при этом соответствует графе 4 в табл. 4.1, которая соответствует обеспеченности 98 %, а энтальпия определяется из рис. А.5 и имеет разброс параметров от нижнего до верхних значений. Учитывая, что разброс параметров энтальпии сильно влияет на подбор оборудования для систем вентиляции и кондиционирования, было решено проанализировать климатические данные за последние 10–20 лет для крупных городов и представительных районов РФ и составить таблицу с данными по температуре, энтальпии и абсолютному влагосодержанию воздуха.
Методика исследования
Для выбора расчетных параметров наружного климата (температуры, энтальпии и влагосодержания) использовались архивные данные о погоде, представленные на сайтах «Расписание погоды» и «метео.ру». Данные за весь период наблюдения отсортированы по выделенным граничным параметрам. Граничные параметры приняты с обеспеченностью 98 %, т. е. необеспеченность менее 175 час/год. Граничное значение выбирается за весь период наблюдения, далее выполняется сортировка по убыванию. Например, если период наблюдения составляет 11 лет, граничное значение необеспеченности: 11 • 175 = 1925 час.
С учетом данных температуры и влажности последних лет, которые имеются в виде измеренных параметров, фиксируемых каждые три часа, мы произвели расчет удельной энтальпии и абсолютного влагосодержания.
Таблица
Энтальпия и влагосодержание наружного воздуха в теплый период года для расчета номинальной мощности систем вентиляции и кондиционирования
Для расчета энтальпии и влагосодержания использовались формулы [3, 4].
Данные по абсолютному влагосодержанию, которые необходимы для расчета процессов осушения воздуха при вентиляции бассейнов [5] и аналогичных объектов, были независимо рассчитаны на обеспеченность 98 %.
Полученные результаты
Расчетные значения метеопараметров (удельная энтальпия и влагосодержание) регионов РФ представлены в таблице.
Кроме корректного выбора расчетных условий для определения максимальной мощности оборудования, для технико-экономического обоснования необходимо также учитывать изменение климатических параметров в течение года или сезона.
Европейский Союз разработал регламент снижения энергопотребления в зданиях экодизайна (Ecodesign). Экодизайн (экологическое проектирование) определяет новый подход к разработке продукции, поощряющий производителей учитывать экологический эффект продукта на протяжении всего жизненного цикла. При сертификации холодильного оборудования Eurovent применяет сезонный показатель энергоэффективности холодильного оборудования SEER, величина которого определяется отношением сезонной выработки холода Qх и сезонных затрат электроэнергии Qэл
Для расчета сезонных показателей используется БИН-метод (BIN method), позволяющий дифференцированно отражать текущую величину отношения наружной температуры воздуха и соответствующую ей величину загрузки оборудования. Для выбранного населенного пункта строится БИН-диаграмма (BIN diagram) часовой продолжительности наружных температур (ступенчатый годограф температур). Диаграмма разделяется на БИН-интервалы (ячейки) шириной 1 °С. Каждому пронумерованному интервалу соответствует: среднее значение текущей наружной температуры (БИН-температура), текущее потребление холода (загрузка оборудования), текущее значение холодильного коэффициента EER.
 |
Интегральный сезонный показатель рассчитывается суммированием текущих значений всех интервалов по формуле
где Qx, Qэл – соответственно, сезонное количество произведенного холода и затраченной электроэнергии, кВт•ч/сезон
где n – общее количество БИН-интервалов в сезоне с i-той температурой наружного воздуха (зависит от сезонного диапазона изменения температуры наружного воздуха и выбранной ширины ячейки),
где Qxi – количество холода, вырабатываемое холодильным оборудованием при i-той БИН-температуре наружного воздуха, кВт•ч;
qxi – текущая холодильная мощность единицы оборудования при i-той БИН-температуре наружного воздуха, кВт;
τi – количество часов длительности каждой БИН-температуры наружного воздуха, ч.
EERbin(i) – текущее значение холодильного коэффициента EER для каждой БИН-температуры и соответствующей величине загрузки оборудования.
Предлагаем аналогичный подход для оценки энергоэффективности и годового энергопотребления для всей системы холодоснабжения и кондиционирования, а не только ее отдельных элементов [6, 7]. Для различных объектов текущая мощность системы определяется не только текущей наружной температурой, но и удельной энтальпией и влагосодержанием, что требует построения соответствующих графиков (БИН-диаграмм).
На рис. 1 в качестве примера приведены рассчитанные нами по изложенной методике графики осредненных значений температуры, энтальпии и абсолютного влагосодержания, с отображением количества часов их продолжительности для теплого периода года во Владивостоке.
Для сравнения климатических параметров двух городов – Москвы и Владивостока, на рис. 2 приведены графические данные по количеству часов для значений энтальпии, а также указаны граничные значения параметров с обеспеченностью 98 %.
По нашему мнению, при подборе оборудования целесообразно учитывать значения с указанной обеспеченностью. Возможное превышение указанных значений составляет менее 175 час/год и происходит, как правило, несколько часов в течение суток, что не существенно влияет на микроклимат помещения вследствие тепловой инерции и теплоаккумулирующей способности наружных и внутренних ограждений здания. Одной из ошибок проектирования является переразмеренность оборудования при его расчете на более высокие метеопараметры, что негативно сказывается на экономических и энергетических характеристиках, а также на затратах для подведения избыточных электрических мощностей.
Сравнение графиков количества часов энтальпии для теплого периода года в Москве и Владивостоке с указанием границ обеспеченности 98 %
Использование реальных климатических данных позволяет сделать оценки затрат на эксплуатацию в течение года и оценить экономию при использовании оборудования с утилизацией энергии. Также можно сделать сравнение оборудования, которое имеет разные коэффициенты утилизации тепловой энергии и возможности эффективного охлаждения. Так, например, затраты на эксплуатацию в теплый период можно снизить в несколько раз за счет применения в вентиляционном оборудовании градирни c косвенным адиабатным охлаждением, которое позволяет охлаждать наружный воздух на 10–12 °C без изменения его влагосодержания и без использования компрессора холодильной машины.
Выводы
При подборе оборудования для систем вентиляции, холодоснабжения и кондиционирования значение температуры допустимо определять согласно графе 4 в таблице 4.1 СП 131.13330. Значение удельной энтальпии и абсолютного влагосодержания наружного воздуха в теплый период года следует принимать из приведенной в статье таблицы для представленных городов, а для других регионов целесообразно принимать максимальное значение энтальпии, указанное для данного региона в СП 131.13330.2018 (рис. А5).
Возможность использования реальных климатических данных позволяет оптимизировать подбор холодильного и вентиляционного оборудования, снизить его стоимость и расход энергоресурсов. Объективная оценка годовых эксплуатационных затрат, в первую очередь электроэнергии, наглядно демонстрирует экономическую эффективность использования энергосберегающего оборудования и схемных решений, способствует расширению его применения в практике проектирования.
Литература
Авторы выражают глубокую благодарность за сотрудничество М. В. Клюевой («ГГО»).
Изменение климатических данных и фактического значения ГСОП в Москве и их влияние на энергопотребление зданий.
По данным [1], в Москве расход тепловой энергии на отопление многоквартирных домов (МКД) типовых серий по данным теплосчетчиков составляет 140-194 кВт•ч/м², что превышает современные нормативы энергопотребления.
Большой расход тепловой энергии связан с рядом факторов. Кроме конструкционных факторов есть и ряд других причин перерасхода тепла.
Для начала рассмотрим объективные причины, на которые повлиять нет возможности – погодные условия. Одной из причин перерасхода может являться различие фактических погодных условий эксплуатации от заложенных в проект.
В процессе проектирования при расчётах энергопотребления зданий учитываются климатические данные региона строительства. Основным показателем климатических данных являются градусо-сутки отопительного периода (ГСОП).
ГСОП используются для нормирования сопротивления теплопередаче наружных ограждений зданий, сооружаемых в разных регионах страны и расчета удельного годового расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию.
Значение ГСОП численно равно произведению разности среднесуточной температуры наружного воздуха за отопительный период (ОП) tот и расчётной температуры внутреннего воздуха в здании tв на длительность ОП в сутках zот:
Продолжительность отопительного периода для жилых и общественных зданий определяется из условия установления среднесуточной температуры наружного воздуха за 5-дневный период +8 ˚C, а для ряда медицинских и образовательных учреждений +10 ˚C.
По многолетней практике эксплуатации большинства зданий при такой наружной температуре уровень внутренних тепловыделений, инсоляции и аккумулирующей способности здания не позволяют снижаться температуре внутреннего воздуха в помещениях ниже +18…+20 ˚C.
В результате изменений расчётных климатических параметров расчетное значение ГСОП для жилых зданий, проектируемых в Москве снизилось с 4 943ºС·сут (СНиП 23-01–99*), до 4 551ºС·сут (СП 131.13330.2012, СП 131.13330.2018).
На основе анализа климатических данных метеостанций, а также реального функционирования системы отопления г. Москвы за отопительные сезоны с 2005 по 2020 год, полученные из открытых источников были рассчитаны фактические значения ГСОП, представленные на Рисунке №1 и в Таблице №1.
В графическом виде распределение градусо-суток по месяцам за последние 6 сезонов представлено на Рис. № 2.
Колебания значений ГСОП по рассмотренным сезонам составляет 25%. Среднее значение ГСОП за рассмотренные сезоны составляет 4 293 ºС·сут, что ниже проектного по данным актуальной версии СП 131.13330.2018.
Таким образом, фактические погодные условия в отдельные отопительные периоды могут быть более жёсткими, чем предусмотрено СП 131.13330.2018 и требовать большего удельного расхода тепла.
В целом фактическое значение ГСОП, рассчитанное по СП 131.13330.2018, соответствует проектным значениям и не может оказывать значительного влияния на наблюдаемое постоянное превышение фактического удельного расхода тепла зданиями во всех сезонах.
Следовательно, перерасход тепловой энергии обусловлен другими факторами.
При дальнейшем анализе энергопотребления домов в г. Москве были получены данные фактического потребления ряда зданий за период 2014-2018 годов и проведено их сопоставление с реальными погодными условиями данного сезона.
В большинстве случаев получились прямые зависимости расхода тепла от погодных условий, но в ряде случаев наблюдалось повышенное потребление тепла вне зависимости от климатических условий.
Для наглядного сопоставления приведем пример полученных данных.
Диаграммы фактического потребления тепловой энергии домов приведены на Рисунке № 2, и Рисунке № 3.
Запуск системы отопления в доме 1 был произведен в 2014 году, в доме 2 в 2015 году. В доме 1 настроена система погодного регулирования. Первые сезоны после запуска отопления как правило производится отделка и постепенное заселение дома, поэтому данные сезоны непоказательны. Для окончательного анализа был принят отопительный сезон 2017/2018 года.
Удельное фактическое потребление тепловой энергии однотипных зданий различается в 1,69 раза. На двух панельных типовых 5-ти секционных 17-ти этажных домах серии П44Т при погодном регулировании удельное потребление энергии за сезон составило 151,1 Вт/м 2 (рис. 2), а при отсутствии погодного регулирования 255,3 Вт/м 2 (рис. 3).
Для большей наглядности составлены диаграммы фактического расхода тепла по месяцам (Рисунок № 4, Рисунок № 5).
Кривая расхода тепла у дома 1 повторяет с превышением кривую ГСОП данного сезона, а вот кривая фактического расхода тепловой энергии у дома 2 отличается от кривой ГСОП. Таким образом в доме 1 настроена система погодного регулирования, которая снижает и повышает расход тепла в зависимости от фактических погодных условий, а вот в доме 2 система погодного регулирования отсутствует – тепло подается постоянно без учета фактических погодных условий, что в итоге приводит к большому перерасходу тепловой энергии, а также отсутствию комфортных условий жильцов, так как для такого проживания при перерасходе тепловой энергии жильцам приходится прибегать к принудительному вентилированию, проветриванию помещений для снижения внутренней температуры помещений до приемлемых значений.
Таким образом в качестве первоочередных мероприятий для снижения энергопотребления зданий должна применяться точная настройка системы отопления в соответствии с погодным регулированием, что позволит значительно снизить перерасход тепла и создание комфортных условий в здании.
1. В. И. Ливчак. Градусо-сутки отопительного периода как инструмент сравнения уровня энергоэффективности зданий в России и в других странах. Энергосбережение №6’2015.
2. СП 131.13330.2018 Строительная климатология. Актуализированная редакция СП 131.13330.2012.
3. СП 131.13330.2012 Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23-01-99* (с Изменениями N 1, 2).
4. СНиП 23-01-99* Строительная климатология.
Статью подготовил инженер-эксперт
Отдела экспертиз зданий и сооружений на соответствие
теплотехническим и акустическим требованиям ГБУ «ЦЭИИС»
Если вы нашли ошибку: выделите текст и нажмите Ctrl+Enter
5. ПАРАМЕТРЫ ВНУТРЕННЕГО И НАРУЖНОГО ВОЗДУХА
В холодный период года в жилых, общественных, административно-бытовых и производственных помещениях отапливаемых зданий, когда они не используются и в нерабочее время, можно принимать температуру воздуха ниже нормируемой, но не ниже:
При периодическом снижении температуры воздуха помещений следует обеспечивать восстановление нормируемой температуры к началу использования помещения или к началу работы;
д) относительная влажность воздуха при отсутствии специальных требований не нормируется.
Параметры микроклимата или один из параметров допускается принимать в пределах оптимальных норм вместо допустимых, если это экономически обосновано или по заданию на проектирование.
Если допустимые нормы микроклимата невозможно обеспечить в рабочей или обслуживаемой зоне по производственным или экономическим условиям, то на постоянных рабочих местах следует предусматривать душирование наружным воздухом или местными кондиционерами.
В теплый период года метеорологические условия не нормируются в помещениях:
б) общественных, административно-бытовых и производственных в периоды, когда они не используются и в нерабочее время;
в) производственных в периоды, когда они не используются и в нерабочее время при отсутствии технологических требований к температурному режиму помещений.
5.2 Параметры микроклимата при кондиционировании помещений (кроме помещений, для которых метеорологические условия установлены другими нормативными документами или заданием на проектирование) следует предусматривать для обеспечения нормируемой чистоты и метеорологических условий воздуха в пределах оптимальных норм по ГОСТ 30494 в обслуживаемой зоне жилых, общественных и административно-бытовых помещений и по ГОСТ 12.1.005 в рабочей зоне (для постоянных и непостоянных рабочих мест) производственных помещений или отдельных их участков. Относительную влажность воздуха в кондиционируемых помещениях допускается не обеспечивать по заданию на проектирование.
В местностях с расчетной температурой наружного воздуха в теплый период года по параметрам Б 30 °С и более температуру воздуха в помещениях следует принимать на 0,4 °С выше указанной в ГОСТ 30494 и ГОСТ 12.1.005 на каждый градус превышения температуры наружного воздуха сверх температуры 30 °С, увеличивая также соответственно скорость движения воздуха на 0,1 м/с на каждый градус превышения температуры наружного воздуха. При этом скорость движения воздуха в помещениях в указанных условиях должна быть не более 0,5 м/с.
Параметры микроклимата или один из параметров допускается принимать в пределах допустимых норм вместо оптимальных при согласовании с органами Госсанэпиднадзора России и по заданию заказчика.
5.3 Для производственных помещений с полностью автоматизированным технологическим оборудованием, функционирующим без присутствия людей (кроме дежурного персонала, находящегося в специальном помещении и выходящего в производственное помещение периодически для осмотра и наладки оборудования не более двух часов непрерывно), при отсутствии технологических требований к температурному режиму помещений температуру воздуха в рабочей зоне следует принимать:
5.4 В животноводческих, звероводческих и птицеводческих зданиях, сооружениях для выращивания растений, зданиях для хранения сельскохозяйственной продукции параметры микроклимата следует принимать в соответствии с нормами технологического и строительного проектирования этих зданий.
5.5 В струе приточного воздуха при входе ее в обслуживаемую или рабочую зону ( на рабочих местах) помещения следует принимать:
а) максимальную скорость движения воздуха Vx, м/с, по формуле Vx = КП * Vн (1)
б) максимальную температуру tx, °C, при восполнении недостатков теплоты в помещении по формуле tx = tн + Dt1 (2)
При размещении воздухораспределителей в пределах обслуживаемой или рабочей зоны помещения скорость движения и температура воздуха не нормируются на расстоянии 1 м от воздухораспределителя.
5.7 В помещениях при лучистом отоплении и нагревании (в том числе с газовыми и электрическими инфракрасными излучателями) или охлаждении постоянных рабочих мест температуру воздуха следует принимать по расчету, обеспечивая температурные условия (результирующую температуру помещения), эквивалентные нормируемой температуре воздуха в обслуживаемой (рабочей) зоне помещения.
При этом при лучистом отоплении интенсивность теплового облучения на рабочем месте в обслуживаемой (рабочей) зоне помещения не должна превышать 35 Вт/м2 при 50 % и более облучаемой поверхности тела, а температура воздуха в обслуживаемой (рабочей) зоне должна быть не менее чем на 1 °С ниже максимально допустимой температуры в холодный период года и не должна быть ниже минимально допустимой температуры в холодный период года более чем на 3 °С для общественных и на 4 °С для производственных помещений.
5.9 Концентрацию вредных веществ в приточном воздухе при выходе из воздухораспределителей и других приточных отверстий следует принимать по расчету с учетом фоновых концентраций этих веществ в местах размещения воздухоприемных устройств, но не более:
5.10 Заданные параметры микроклимата и чистоту воздуха в помещениях жилых, общественных, административно-бытовых и производственных зданий следует обеспечивать в пределах расчетных параметров наружного воздуха для соответствующих районов строительства по СНиП 23-01:
Параметры наружного воздуха для переходных условий года следует принимать 10 °С и удельную энтальпию 26,5 кДж/кг.
5.11 Параметры наружного воздуха для зданий сельскохозяйственного назначения, если они не установлены специальными строительными или технологическими нормами, следует принимать:
5.12 По заданию на проектирование допускается принимать более низкие параметры наружного воздуха в холодный период года и более высокие параметры наружного воздуха в теплый период года.
5.13 Взрывопожаробезопасные концентрации веществ в воздухе помещений следует принимать при параметрах наружного воздуха, установленных для расчета систем вентиляции и кондиционирования.
Предлагаемый подход к выбору расчётных параметров климата для тёплого периода года
УДК 551+697.9. Научная специальность: 05.23.03.
Предлагаемый подход к выбору расчётных параметров климата для тёплого периода года
Елена Г. Малявина, к.т.н., профессор; Фам Ван Лыонг, аспирант, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)
Рассмотрены существующие подходы к выбору расчётных параметров наружной среды для расчёта мощности систем кондиционирования воздуха. Приведены доказательства целесообразности учёта времени превышения расчётного параметра не в среднем из многолетней выборки, а в конкретных годах. Предложено принимать для тёплого периода года обеспеченность от года к году такой же, как принято в РФ для холодного периода года: 0,98 для уникальных зданий и 0,92 для массовой застройки.
Ключевые слова: температура, энтальпия, обеспеченность от года к году, обеспеченность от средней за многолетний период продолжительности.
UDC 551+697.9. Number of scientific specialty: 05.23.03.
The proposed approach to selection of the design climate parameters for the warm period of the year
Elena G. Malyavina, PhD, Professor; Pham Van Lyong, PhD student, National Research University Moscow State of Civil Engineering (NRU MGSU)
The existing approaches to the choice of design parameters of the external environment to determine the power of air conditioning systems are considered. There are given feasible proofs to take into account the time of exceeding a design parameter value in specific years rather than average ones of the multi-year sampling. It is offered to accept the year-to-year availability of the warm period of the year as it is accepted in the Russian Federation for the cold period of the year.
Keywords: temperature, enthalpy, year-to-year availability, availability from the average one for a multi-year period.
Рассмотрены существующие подходы к выбору расчётных параметров наружной среды для расчёта мощности систем кондиционирования воздуха. Приведены доказательства целесообразности учёта времени превышения расчётного параметра не в среднем из многолетней выборки, а в конкретных годах. Предложено принимать для тёплого периода года обеспеченность от года к году такой же, как принято в РФ для холодного периода года: 0,98 для уникальных зданий и 0,92 для массовой застройки.
Введение
Существующие подходы к выбору расчётных параметров наружной среды Выбору расчётных параметров наружной среды всегда уделялось большое внимание. В настоящее время это внимание не ослабло [1–3], потому что, во-первых, появляются технологии, требующие точного поддержания параметров внутренней среды, во-вторых, глобальное потепление вызывает необходимость обновления расчётных параметров, в-третьих, изменения климата влекут за собой потребность введения новых подходов к выбору расчётных параметров наружной среды.
В большинстве стран мира и, в частности, в США [4] для выбора мощности систем поддержания внутреннего микроклимата расчётные параметры наружного воздуха выбираются с учётом обеспеченности по времени. Это означает, что параметр в году принимает значения выше расчётного в течение оговорённого обеспеченностью времени в среднем многолетнем разрезе.
В различные годы в рассматриваемой местности значения параметров наружного воздуха, близкие к экстремальным, наблюдаются различное время. Поэтому в отдельные годы период времени с превышением расчётных значений может быть довольно продолжительным, и продолжительным может оказаться время, в которое системы, мощность которых подобрана по расчётным значениям параметра наружной среды, не смогут обеспечить в помещении заданного теплового микроклимата.
В Российской Федерации для холодного периода года расчётную температуру для отопления и для выбора теплозащиты зданий принимают по обеспеченности от года к году. Это означает, что в каждом году многолетнего ряда по определённым правилам выбирается значение температуры (средней наиболее холодной пятидневки каждого года). Затем из ряда выбранных значений температуры по заданной обеспеченности от года к году принимается расчётное значение. То есть выбирается не самая низкая температура наиболее холодной пятидневки, имевшая место в рассматриваемой местности, а с некоторой вероятностью того, что в отдельные годы значение средней температуры наиболее холодной пятидневки может быть ниже выбранного в качестве расчётного.
В Росcии расчётная температура наиболее холодной пятидневки принимается с обеспеченностью 0,98 для уникальных и наиболее ответственных зданий и 0,92 для основной массы зданий, в том числе жилых. На практике рассматривается ряд наблюдений меньше столетнего — обычно около 30 лет [5].
Методики выбора расчётных температуры и энтальпии наружного воздуха для тёплого периода года с обеспеченностью по времени
В РФ в СП 131.13330.2012 [6] принят общий подход к выбору расчётной точки Н, в которой расчётные значения температуры tн и энтальпии iн наружного воздуха принимаются так, что обеспеченность наблюдения каждого из них независимо друг от друга равна требуемой обеспеченности Коб (рис. 1). По сути дела, таким образом выбираются независимо друг от друга средние многолетние значения температуры и энтальпии наружного воздуха с определённой необеспеченностью.
В нормативных документах Социалистической Республики Вьетнам [7] профессором Чан Нгок Тьян’ом разработана методика [8] обработки температуры и энтальпии наружного воздуха по совместной обеспеченности обоих параметров. Целью разработки методики по совместной обеспеченности параметров является нахождение такой расчётной точки Нр, при которой зона обеспеченности наблюдения обоих параметров (рис. 2) была бы равна требуемой.
Важно отметить, что обе методики, следуя общемировым тенденциям, нацелены на выбор расчётных температуры и энтальпии наружного воздуха, опираясь на обеспеченность по времени. По приведённым выше методикам были определены расчётные значения температуры и энтальпии наружного воздуха, отвечающие различной обеспеченности своего появления от общего числа часов в году по средним многолетним данным для двух городов: Москвы и Ханоя [9]. Для этого были обработаны данные метеостанции ВДНХ за 1984–2011 годы [10] и метеостанции Ханоя [11] за 1985–2014 годы. Результаты обработки представлены в табл. 1.
Сразу отметим, что в таблицах ниже приведены значения параметров наружного воздуха при продолжительности необеспеченности в 35, 50, 100, 200 и 400 часов, и это не означает, что все они предлагаются в качестве расчётных. Они рассматриваются в исследовательских и иллюстративных целях.
Из табл. 1 видно, что расчётные значения температуры и энтальпии наружного воздуха, полученные по вьетнамской методике при совместной обеспеченности, выше, чем полученные по российской методике. Это объясняется тем, что точка Н образует зоны необеспеченности для температуры 1+2 (рис. 1), а для энтальпии 2+3 (рис. 1) равной продолжительности, а точка Нр образует суммарную для обоих параметров зону необеспеченности той же продолжительности 4+5+6 (рис. 2).
Методики выбора расчётных температуры и энтальпии наружного воздуха для тёплого периода года с обеспеченностью от года к году
Для доказательства необходимости выбора расчётного сочетания температуры и энтальпии наружного воздуха с обеспеченностью от года к году в работе [12] в каждом году были выбраны значения температуры и энтальпии наружного воздуха с различной продолжительностью необеспеченности. Из значений одинаковой продолжительности необеспеченности, взятых из разных лет, были построены функции распределения каждого параметра по обеспеченности от года к году. Оказалось, что в разных линиях одинаковой обеспеченности по времени, состоящих из точек различных лет, порядок этих лет различен. То есть и в Москве, и в Ханое очень редки годы, когда точки с различной обеспеченностью по времени будут относиться к одной обеспеченности от года к году.
Очень важно, что наиболее высокие значения температуры и энтальпии наружного воздуха наблюдаются в различные годы. Есть годы, когда высокие значения параметров значительно превышают средние многолетние значения той же обеспеченности, но время наблюдения этих значений относительно непродолжительно. А есть годы, когда стойко держится высокая температура или энтальпия наружного воздуха, пусть не самых экстремальных значений параметра, но значений, значительно превышающих среднее многолетнее. Оказалось, что в десяти самых жарких годах превышения значений температуры и энтальпии находятся в довольно широких диапазонах времени, которые приведены в табл. 2.
Из табл. 2 видно, что продолжительности превышения температуры наружного воздуха над расчётным значением в Москве больше, чем в Ханое, но и там они тоже достаточно велики. Это объясняется тем, что московский климат континентальный, а ханойский климат относится к влажному субтропическому. Что касается диапазонов превышения значений энтальпии, то в Москве и Ханое они значительны, отклонения в сторону высоких значений энтальпии тоже свидетельствуют о желательности их учёта.
Предлагается в качестве расчётных значений температуры и энтальпии наружного воздуха принять значения, соответствующие обеспеченностям от года к году 0,98 и 0,92, такие же, как и в холодный период года. В качестве правила отбора значений параметров в каждом году приняты значения параметра с продолжительностями необеспеченности по времени внутри года такими же, как указано в табл. 1.
При независимом выборе значений температуры и энтальпии результаты указаны в табл. 3 в колонках 3 и 4. Они оказались выше не только значений, полученных выбором при раздельной обеспеченности из общей выборки и приведённых в табл. 1 (колонки 3 и 4), но и значений, полученных по совместной обеспеченности, приведённых в той же табл. 1 в колонках 5 и 6. В колонках 5 и 6 табл. 2 приведены данные, полученные по совместной обеспеченности внутри отдельных годов. Они выше значений, полученных по раздельной обеспеченности.
Несоответствие реалиям жизни результатов методик выбора расчётных значений параметров наружного воздуха по раздельной или совместной обеспеченности (вне зависимости из общей выборки или от года к году) заключается в том, что они назначаются без учёта одновременного их появления. Так как предлагаемые расчётные значения параметров оказались существенно выше применяемых на практике, в табл. 3 в колонке 7 представлены значения энтальпии, наблюдавшейся одновременно со значениями температуры, приведённой в колонке 3, а в колонке 8 — значения температуры, имевшей место одновременно с энтальпией из колонки 4. Эти значения оказались значительно выше всех предлагаемых, что только подтверждает необходимость ужесточать нормирование значений расчётных параметров в тёплый период года.
Заключение
1. Расчётные значения температуры и энтальпии, полученные по различным методикам обработки метеорологических данных, по-разному оценивают обеспеченность процесса кондиционирования воздуха. Обеспеченность температуры по российской методике соответствует обеспеченности расчётного расхода приточного воздуха, а обеспеченность энтальпии — обеспеченности холодопроизводительности воздухоохладителя. Обеспеченность значений тех же параметров по вьетнамской методике соответствует обеспеченности общего процесса кондиционирования воздуха.
2. Так как в отдельные годы продолжительности необеспеченности выбранных значений параметров заметно отличаются друг от друга, предложена методика выбора расчётных параметров наружной среды с учётом обеспеченности от года к году. Эта методика предполагает выбор в каждом году значений температуры и энтальпии наружного воздуха независимо друг от друга с определённой необеспеченностью по времени, а потом для каждой необеспеченности по времени выбирается значение из года, отвечающего обеспеченности от года к году, соответствующей строящемуся объекту.
3. Так как для Москвы предлагаемые расчётные температура (29,0 °C) и энтальпия (59,8 кДж/кг) близки к значениям, применяемым ранее (28,5 °C), предлагается нормирование параметров наружной среды в тёплый период года для зданий массовой застройки вести по продолжительности необеспеченности 100 часов в отдельных годах.