Кондиционирование офисов и административных помещений

Микроклимат офисных помещений, в особенности температурные параметры среды в помещении, оказывает решающее влияние на индивидуальную работоспособность людей.

Усталость и нерасположенность к работе очень часто оказываются следствиями неудовлетворительных параметров микроклимата помещений, при этом со значительными экономическими последствиями.

Со строительством офисных зданий класса «А» требования к комфортности микроклимата значительно увеличились, что вызывает необходимость установки профессиональных в техническом отношении систем кондиционирования воздуха.

В зависимости от объемно-планировочных решений и характера тепловых нагрузок, современные системы кондиционирования  воз­духа можно разделить на три основ­ных группы по схемным решениям: центральные, зональные и местно-центральные (см. рисунки), и на две по способу воздухораспределения: перемешивающие и вытесняющие.

Одна из задач проектирования современного офисного здания со­стоит в определении возможного те­плового режима при различных ме­рах его обеспечения и в выборе эко­номически целесообразного вари­анта, поддерживающего оптималь­ный воздушно-тепловой режим всех помещений с учетом коэффи­циента обеспеченности.

Выбор системы кондициониро­вания воздуха в здании должен проводиться на основании тщатель­но проработанного технического за­дания.

В задании содержатся конкрет­ные требования в отношении микро­климата (тепловая комфортность, минимальное количество наружного воздуха и подвижность воздуха в об­служиваемом помещении, уровень шума и другие параметры, имеющие значение в контексте целевого назна­чения каждого помещения).

При этом необходимо принять во внимание желательный срок службы системы, произвести оценку будущих затрат на обслуживание и эксплуата­цию. Также нельзя пренебречь эсте­тическими требованиями дизайнера, заказчика и пользователя.

Рис. 1. Система центрального кондиционирования воздуха

Архитектура здания и его плани­ровка имеют непосредственное влияние на выбор системы кондици­онирования воздуха. Наряду с кли­матическими характеристиками они являются исходными данными для определения наружных теплопоступлений, значительную долю которых в теплый период года составляет сол­нечная радиация.

Очевидно, что конструктивные мероприятия по солнцезащите спо­собны в значительной степени сни­зить нагрузку на систему кондицио­нирования воздуха.

Суточная периодичность сол­нечной радиации приводит к не­стационарности всех процессов те­плообмена в каждом помещении. Это обстоятельство следует учиты­вать при определении наружных теплопоступлений.

Представляется целесообраз­ным индивидуальное или зональ­ное регулирование систем конди­ционирования воздуха, что дости­гается применением местно-центральных систем с вентиляторными конвекторами (фэнкойлами или сплит-системами).

Вентиляторные конвекторы име­ют возможность индивидуального регулирования  температуры   воздуха, достаточную мощность для быстрого нагрева или охлаждения помещения и низкие энергозатраты.

Однако при этих достоинствах есть существенный недостаток - высокая скорость движения воздуха и недопустимо низкая (при охлаждении) температура в воз­душной струе на входе в обслуживаемую зону. Поэтому при проектировании вентиляторные конвекторы следу­ет размещать в помещении таким образом, чтобы в зо­не их непосредственного воздействия не находились постоянные рабочие места.

Одним из существенных показателей при выборе схемных решений системы кондиционирования возду­ха является неравномерность распределения тепловых нагрузок по обслуживаемым помещениям.

Неравномерность нагрузок можно характеризовать понятием «градиент тепловой нагрузки», величина которого определяется отношением относительной тепло­вой нагрузки отдельных помещений к средней расчет­ной по всей площади здания, обслуживаемой системой кондиционирования воздуха

Очевидно, что чем больше отклонения значений гра­диентов от единицы, тем большими регулирующими возможностями должна обладать система кондициони­рования воздуха.

Следует также учитывать, что величина градиента в общем случае меняется во времени, например, в зависимости от инсоляции.

Важным показателем является заданная допустимая величина неравномерности температуры воздуха по обслуживаемым помещениям здания , которую можно выразить через градиент тепловой нагрузки:

В большинстве случаев в офисных зданиях величи­на неравномерности температуры задается в диапа­зоне от 1 до 1,5 °С.

Одной из наиболее сложных проблем представля­ется раздача приточного воздуха по обслуживаемому помещению. Перепад между температурой приточно­го воздуха для ассимиляции теплоизбытков, равных 60 Вт/м², при удельном расходе наружного приточно­го воздуха 1 5 м³/ч/м² и температурой в обслуживае­мой зоне составляет не менее 12°С.

Очевидно, что при этом затруднительно выполнить требование СНиП, ограничивающее допустимое отклонение температуры воздуха в струе от нормируемой температуры воздуха в обслуживаемой зоне 1°С в зоне прямого воздействия струи и 1,5 °С вне этой зоны.

Рис. 2. Система центрального кондиционирования воздуха с местными доводчиками

Температуру приточного возду­ха можно повысить, используя ре­циркуляцию, однако, учитывая рост энергетических затрат при увеличе­нии воздухообмена свыше сани­тарной нормы, а также санитарно-гигиенические ограничения при­менения рециркуляции воздуха, регулирующие возможности возду­хообмена невелики.

Решив обратную задачу, можно определить удельную тепловую на­грузку, при которой система центрального кондиционирования воз­духа обеспечит оптимальные пара­метры микроклимата обслуживаемого помещения без применения рециркуляции.

Для перепада между температу­рой приточного воздуха и темпера­турой воздуха в обслуживаемой зо­не помещения в 5 °С q = 25 Вт/м2. Как правило, такая холодильная нагрузка не может обеспечить ком­пенсацию тепловыделений от лю­дей, освещения и оргтехники в офисных помещениях при величи­не воздухообмена, соответствую­щей санитарной норме, что приво­дит к необходимости применения дополнительных мер: рециркуля­ции воздуха, установки фэнкойлов, VRF или сплит-систем.

В ряде случаев возможно увели­чение перепада температуры приточ­ного воздуха и воздуха в обслужи­ваемой зоне помещения при условии входа приточной струи вне зоны по­стоянного пребывания людей.

Анализ ряда проектов систем кондиционирования воздуха позво­ляет сделать следующие выводы:

1. Регулирующие возможности системы центрального конди­ционирования воздуха ограни­чены величиной градиента те­пловой нагрузки от 0,8 до 1,2 при заданной неравномерности температуры воздуха в помещении +1 °С и величиной 0,7-1,3 для  неравномерности температуры ±1,5 °С, при этом средняя удельная тепловая на­грузка не должна превышать 25-30 Вт/м². Увеличение регу­лирующих возможностей си­стемы кондиционирования воз­духа можно обеспечить увели­чением воздухообмена, в том числе рециркуляционного.
2. Если  отдельные  помещения имеют большое отличие по пока­зателю теплового градиента ли­бо удельная тепловая  нагрузка превышает 40 Вт/м², то следует наряду с системой центрального кондиционирования      воздуха установить в них локальные си­стемы охлаждения  (фэнкойлы, VRF или сплит-системы).
3. Если помещения можно кон­структивно сгруппировать в зо­ны с близкими показателями градиента тепловых  нагрузок, целесообразно рассмотреть воз­можность  применения  зональ­ной местно-центральной схемы кондиционирования воздуха. Этот же вариант, как правило, про­ектируется по этапной системе строительства   «шел  энд  кор»   («Shall & Corr»), т. е. когда строится коробка здания со всеми центральными систе­мами, а затем отдельными фрагмен­тами продается или сдается в аренду.

Затем под индивидуальные проекты внутреннего дизайна проектируются  внутренние инженерные системы (разводка возду­ховодов, фэнкойлы и т. д.) - «фит офф». Такая схема позволяет вводить в эксплуатацию отдельные этажи и зоны офисных зданий независимо друг от друга.

Несколько практических при­меров.

Американскими специалистами была запроектирована 2-зональ-ная система кондиционирования воздуха пофасадной ориентации - общая система вентиляции и холо­дильные машины равной произво­дительности на каждую из зон. Градиенты тепловых нагрузок в преде­лах каждой из зон находились в диапазоне 0,85-1,15, и с этой точ­ки зрения решение представляется правильным. Ошибка была допу­щена в недооценке градиента меж­ду зонами. Другими словами, сле­довало на зону южной ориентации установить холодильную машину примерно в 1,5 раза большей про­изводительности.

Рис. 3. Зональная система кондиционирования воздуха

Другой пример. Здания, запроек­тированные на стадии «Shall & Corr» на среднюю удель­ную нагрузку по холоду 90 Вт/м², были сданы в аренду небольшими помещениями фирмам с различным уров­нем внутренних тепловыделений по зонам. В итоге гра­диент нагрузок по отдельным зонам составил от 0,4 до 2,0, что привело к необеспеченности расчетных внутрен­них условий примерно на 20 % арендных площадей. Ошибок можно было бы избежать, если на стадии рас­пределения арендных помещений принимать во внима­ние градиент нагрузок и использовать принцип зониро­вания помещений по удельным холодильным нагрузкам.

Основными особенностями в этих проектах систем кондиционирования воздуха и вентиляции являются:

• Функциональное и конструктивное зонирование центральных систем кондиционирования воздуха (в большинстве случаев используется от 3 до 8 центральных систем).
• Общая система холодоснабжения для централь­ного кондиционирования и для фэнкойлов.
• Высокие экологические показатели по акустике и вибрации.

Предусматривается   целый   комплекс мер от антивибрационных вставок и подвесок до специальных акустических экранов.