Автор: А.Г. СОТНИКОВ, д.т.н., профессор 22. Я проектирую системы вентиляции и кондиционирования воздуха чаще всего для одного и того же пункта. Можно ли использовать в расчетах давно предложенную tн–ϕн-диаграмму? Если нет возможности разработать и передать информацию одновременно для разных пунктов, условий работы систем, технических решений и управления, то можно пойти другим путем. Он предусматривает специализированную информацию для данного пункта, отобранную из разных источников [7] и широко используемую при проектировании СКВ и СВ в данном географическом пункте. Поясним ответ на ваш вопрос в условиях проектирования Санкт-Петербурга, аналогичные данные можно представить для другого города. Долгое время в нашей стране единственной общепринятой формой представления данных о повторяемости параметров в двумерных координатах была т.н. «tн–ϕн-диаграмма» (рис. 1).Первоначально ее предложила д.т.н. Л.Б. Успенская* применительно к климатическим условиям Ленинграда, обработанным за период 1945–1954 годов на основе материалов метеорологических наблюдений ГГО им. А.И. Воейкова. На таком графике в ортогональных координатах tн–ϕн другие изолинии оказывались кривыми (iн = const, dн = const). Цифры в поле между линиями соответствуют искомой годовой повторяемости (ч/год) на каждой площадке. Кривые линии, напоминающие горизонтали (линии равной высоты на географических картах), по сути, есть линии равной плотности повторяемости [(ч/год)/(°С⋅ %)] Δτ/(ΔtнΔϕн), при условии, что принятая при построениях единичная площадка имеет размеры Δtн = 5 °C и Δϕн = 10 %. По этим кривым нетрудно найти искомую повторяемость на любой интересующей площадке в поле-tн–ϕн-диаграммы. В дальнейшем, в 1960–1980х года, в публикациях Л.Б. Успенской [10], а также А.Я. Креслинь [2] и др. были отражены результаты разработки и систематизации подобных данных для других крупных городов страны, всего около десяти. Однако, в силу практической сложности использование tн–ϕн-диаграммы в проектном деле не привилось, разве что в исключительных случаях и на весьма ответственных объектах. Основной недостаток такой диаграммы, помимо ее сложности и насыщенности цифрами, — отсутствие каких-либо данных о других важных элементах метеорологической картины: солнечной радиации, ветре.23. Можно ли совместить наибольшее количество метеоданных на одной диаграмме? Да, можно. Мы вернулись к этой идее совместить всю основную информацию с i–d-диаграммой (рис. 2). Последняя используется для построения отдельных процессов обработки воздуха и их последовательности. Таких построений немного, и поле обычно остается свободным. Совмещение данных о температуре, энтальпии и влагосодержании наружного воздуха в данном пункте в левом квадранте с i–d-диаграммой в правом квадранте [7] является другой разновидностью графической интерпретации климатологической информации. Основные зависимости, включая данные о среднемесячной радиации на горизонтальную поверхность и коэффициентах ее пересчета на поверхности разной ориентации по месяцам года представлены для Санкт-Петербурга на рис. 2. Левее вертикальной оси (которая представляет собой ось температуры tн), наносится вся информация: ❏ плотность повторяемости температуры (ступенчатые линии [ч/год⋅°С]) Δτ/Δtн, в т.ч. по сухому/мокрому термометрам; ❏ суммарная и непрерывная продолжительность высоких температур наружного воздуха; последнюю используют в методике [5]; ❏ средняя многолетняя температура («норма») на каждое число по месяцам; ❏ среднемесячная фактическая плотность потока падающей на горизонтальную поверхность радиации по данным [4], которая на среднемесячном уровне коррелирует со среднемесячной температурой tн.ср.мес (более высоким температурам соответствует более высокая падающая радиация qрад [Вт/м2], но различная в весенний и осенний периоды года); ❏ поправка kq для пересчета падающей радиации с горизонтальной поверхности на вертикальную произвольной ориентации по месяцам года [3, 9]. Ниже обычно не используемого поля под линией насыщения влажного воздуха — данные о плотности повторяемости энтальпии [(ч/год)/(кДж/кг)] Δτ/Δiн, и влагосодержания [(ч/год)/(г/кг)] наружного воздуха dτ/ddн. В относительно свободном поле диаграммы нанесена граница tн–ϕн-комплекса, наружные расчетные параметры для кондиционирования воздуха и вентиляции разной обеспеченности в теплый период года, область оптимальных и допустимых параметров в помещении. Медианная линия климата М(tн, ϕн) делит всю область tн–ϕн-комплекса на две примерно равные по повторяемости части. Чем ближе текущее состояние наружного воздуха (⋅)Hi к медиане и среднегодовым, тем больше плотность повторяемости на площадке Δtн–Δϕн вблизи состояния (⋅)Hi.24. Я встречал ранее такой термин как «климатический паспорт города». Что это такое? Графическое представление основных климатологических величин предпочтительнее и нагляднее, чем строго аналитические методы. Одна из разновидностей такого метода — т.н. «климатический паспорт города» [6], на котором нанесены линии суммарной (накопленной) повторяемости температур и энтальпий наружного воздуха, суммы произведений этих температур и энтальпий на повторяемость, медианная линия климата и др. (рис. 3). Использование климатического паспорта предполагает специальную, хотя и не сложную методику расчетов. Рассмотрим ее на примере, когда речь идет о годовом расходе теплоты на нагревание наружного воздуха, а сам нагрев производится до конечной температуры, определяемой по формуле:где Qизб — текущие теплоизбытки помещения, кВт; ΔQпр = cвGпрΔtпр — теплота при нагреве приточного воздуха в вентиляторе и двигателе, размещенном в потоке воздуха [°C]:где Pвент — полное давление вентилятора, кПа; ηвент, ηдв — КПД вентилятораи двигателя; Gн, Gпр — расход наружного и приточного воздуха в системе, кг/с. Продолжительность периода нагревания воздуха [ч/год], от tн.абс.min (от –∞) до tк определяют по формуле:Сумма произведений температур наружного воздуха на продолжительность [ч⋅°С/год], tн.абс.min (от –∞) до tк определяют по формуле:После вычисления этих величин годовой расход теплоты [кВт⋅ч/год] определяют по зависимости:где все три переменные величины предварительно определяют по формулам (1)–(3). Аналогично ведут расчет при нагреве наружного воздуха до энтальпии, а также при охлаждении или охлаждении–осушении наружного воздуха в теплый период года. В последнем случае вычисления по формулам (2) и (3) не производят, а данные о повторяемости непосредственно определяют по рис. 2. Поясним методику расчета годового расхода теплоты примером. Пример. В производственном помещении температура воздуха tв = 20 °С, теплоизбытки Qизб = 8 кВт. Система вентиляции работает круглосуточно (ψсм = 1), расходы приточного и наружного воздуха: Gпр = 2 кг/с, Gн = 1 кг/с; нагрев приточного воздуха в вентиляторе и двигателе Δtпр = 1 °С, чему соответствует количество теплоты ΔQпр = 2 × 1 × 1 = 2 кВт. Пользуясь климатическим паспортом города (рис. 3), определить годовой расход теплоты на нагревание наружного воздуха, если объект находится в Санкт-Петербурге, среднегодовая температура tн.ср.год = 4,4 °С. Предварительно по формуле (1) определяем конечную температуру нагреваемого наружного воздуха:Зная эту температуру, по рис. 3 определяем продолжительность периода tн > tк = 10 °С, которая равна:Соответственно, по (3) период, когда требуется нагревание, равен:По рис. 3 определяем сумму произведений по следующему выражению:откуда по (3) получаем:Знак «минус» указывает на то, что средняя температура за режим нагревания (tн < 10 °С) отрицательна и равна:Искомый годовой расход теплоты на нагревание наружного воздуха в условиях данного примера по (4) равен:Qт.год = 1 × 1 × 1 × [10 × 6066 – (–7400)] ≈ 68 тыс. кВт⋅ч/год. Заметим, что годовой расход теплоты не зависит от того, нагревается ли только наружный воздух, только рециркуляционный или их смесь. Еще раз подчеркнем распространенное ошибочное утверждение о том, что рециркуляция экономит теплоту. Чтобы экономить последнюю, надо уменьшить расход холодного наружного воздуха и только. Более подробно возможности и примеры определения различных величин, связанных с климатологической информацией, описаны в книге автора этой рубрики [8, т. II, ч. 1]. Продолжение следует. 1. Климат Ленинграда / Под ред. Ц.А. Швер, Е.В. Алтыкиса, Л.С. Евтеевой. — Л.: Гидрометеоиздат, 1982. 2. Креслинь А.Я. Автоматическое регулирование систем кондиционирования воздуха. — М.: Стройиздат, 1972. 3. Пивоварова З.И. Оценка суммарного прихода коротковолновой радиации на стены здания // Труды ГГО им. А.И. Воейкова. Вып. 321. — Л.: Гидрометеоиздат, 1973. 4. СНиП IIA.6–72. Строительная климатология и геофизика. — М.: Стройиздат, 1973. 5. Сотников А.Г. Расчет отклонений параметров в помещении при летних и зимних нарушениях // Холодильная техника, №8/1986. 6. Сотников А.Г. Климатический паспорт города и его применение в расчетах кондиционирования воздуха и вентиляции // Водоснабжение и санитарная техника, №11/1979. 7. Сотников А.Г. Климатологическая информация, совмещенная с диаграммой i–d-влажного воздуха // Инженерные системы, №2/2001. 8. Сотников А.Г. Процессы, аппараты и системы кондиционирования воздуха и вентиляции / Теория, техника и проектирование на рубеже столетий. — СПб.: ATPublishing. T. I, 2005; T. II, ч. 1, 2006; T. II, ч. 2, 2007. 9. Стадник В.В., Гирбасова Л.В. Обобщение коэффициентов пересчета часовых сумм прямой солнечной радиации, поступающей на вертикальную поверхность // Труды ГГО им. А.И. Воейкова. Вып. 520. — Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 10. Успенская Л.Б. Статистические закономерности изменения состояний наружного воздуха // В кн.: Вопросы проектирования и монтажа СО, СВ и КВ. Вып. 26. — Л.: ВНИИГС; ЦБТИ, 1968.