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.
