Вопрос выбора исходной информации, касающейся параметров наружного климата, необходимых для определения установленной мощности и особенно суммарного годового потребления теплоты, холода и других материальных и энергетических ресурсов системами кондиционирования воздуха при обработке притока, является достаточно сложным и до настоящего времени в определённой степени спорным. Различные источники, как в нашей стране, так и за рубежом, предлагают разные решения, как основанные на понятии так называемого «типового года», например [1], так и использующие различного рода точечные характеристики, соответствующие дискретным событиям [2–4]. При этом авторы работ [5–7] представили вероятностно-статистическую модель наружного климата, которая понимается ими в смысле привлечения результатов наблюдений на метеостанциях с учётом их статистических характеристик и вероятности появления тех или иных значений метеопараметров и их сочетаний. Однако она требует большого объёма исходных данных и, соответственно, значительного количества вычислений всякий раз, когда её приходится применять.
В силу данного обстоятельства автором настоящей работы был предложен другой вариант модели [8, 9], где термин «вероятностно-статистическая» имеет иной смысл, а именно речь идёт о модели, пользующейся методами теории вероятности и математической статистики для установления корреляционных соотношений между основными параметрами наружного климата. Это даёт возможность существенно сократить количество требуемой начальной информации и получить достаточно простые формулы, пригодные для реализации в условиях практики массового проектирования.
В работе [7] авторами был выполнен расчёт суммарного потребления теплоты, холода, электроэнергии и воды на обработку притока в прямоточной системе кондиционирования воздуха за отопительный и охладительный периоды с целью показать существенные недостатки модели [8, 9], использующей в качестве одного из основных понятие «климатической кривой», то есть линии на i-d-диаграмме, соединяющей точки с наиболее вероятными сочетаниями наружных метеопараметров, которую можно построить по имеющимся климатическим данным, приведённым, например, в [10]. Это позволяет существенно сократить количество исходной информации и дать её аналитическое описание. В результате вычислений авторы [7] определили, что модель [8, 9] даёт значения холодопотребления за тёплый период, заниженные по сравнению с методикой [5–7] в четыре-шесть раз в зависимости от других сопутствующих условий. Однако такое расхождение представляется весьма неправдоподобным, кроме того, предварительные оценки, которые можно дать по теплозатратам за отопительный период, поскольку они в целом вычисляются проще, показывают, что в [7] были, по-видимому, допущены вычислительные ошибки. В самом деле, приведённые в [7] значения теплопотребления меньше действительных примерно в 20–25 раз, а это может говорить о том, что при расчётах не было произведено умножение на 24 (число часов в сутках).
Поэтому целесообразно провести повторное рассмотрение указанного вопроса. Для сопоставимости с данными, приведёнными в [7], вычисления выполнялись для аналогичных исходных данных, насколько это вообще было возможно в рассматриваемых условиях. А именно — расход наружного воздуха, подаваемый приточной установкой, был принят равным Gп = 10000 кг/ч, при этом в тёплый период года было предусмотрено охлаждение притока в поверхностном воздухоохладителе, при необходимости с осушкой и использованием управляемого процесса охлаждения или байпаса. Кроме того, как и в [7], считалось, что установки работают круглосуточно, хотя и с выходными днями, и были исследованы два случая — для значения тепловлажностного соотношения в обслуживаемых помещениях εпом = 5000 кДж/кг (при значительных влаговыделениях) и для εпом = 80000 кДж/кг (при преобладании избытков явной теплоты).
В рабочей зоне помещений предусматривалось поддержание оптимальных параметров в соответствии с ГОСТ 30494–2011 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях» для тёплого периода, а именно: температура воздуха tв = +24°C и относительная влажность φв в диапазоне 30–60%. Говоря точнее, для расчётных наружных параметров и близких к ним величина φв принималась равной наибольшему из оптимальных значений, то есть 60%, с целью максимального сокращения затрат холода на обработку притока. В то же время при снижении влагосодержания наружного воздуха ниже требуемого для такого случая влагосодержания притока dп, которое определялось по построению на i-d-диаграмме, исходя из tв, φв, принятой температуры притока tп = tв — 5 = +19°C (опять-таки как и в [7]) и величины εпом, и составило 11 г/кг для εпом = 80000 кДж/кг и 9 г/кг для εпом = 5000 кДж/кг, и считалось, что процесс охлаждения притока становится «сухим». Поэтому тогда точка на диаграмме, соответствующая состоянию приточного воздуха, начинала смещаться влево вслед за наружной, а значит, такое же смещение получал и весь процесс изменения состояния воздуха в помещении с соответствующим уменьшением величины φв, которая, впрочем, на всём протяжении исследуемого периода, когда наружная температура tн > tп, оставалась в пределах оптимального диапазона.
Для расчёта суммарного потребления холода по климатической кривой использовалось выражение для связи tн и энтальпии наружного воздуха Iн [кДж/кг] вдоль данной кривой для климатических условий города Москвы, впервые полученное автором в работе [8] на основе обработки данных по относительной повторяемости сочетаний tн и относительной влажности наружного воздуха φн, приведённых в [10]:
Iн = 0,118tн2–4,02tн + 74,8. (1)
К сожалению, при публикации [8] в данной формуле была допущена неточность, которая не была окончательно исправлена и в опубликованной впоследствии монографии [9]. Возможно, именно этим обстоятельством объясняется столь существенное расхождение между значениями холодопотребления непосредственно по климатическим данным и по климатической кривой, обнаруженное в [7].
В обоих вариантах, как при использовании непосредственно сочетаний климатических параметров по данным [10], так и с применением соотношения (1), суммарное холодопотребление за летний сезон [ кВт·ч] вычислялось как:
где 24 — число часов в сутках; 66 — число рабочих дней в трёх летних месяцах; ∆Ii — текущая разность энтальпий [кДж/кг] наружного и приточного воздуха с учётом возможного перемещения влево точки притока, как было описано выше; rотн — относительная повторяемость соответствующего диапазона Iн в процентах от продолжительности летнего периода по данным [10]. При этом в случае применения выражения (2), в силу чёткой корреляционной связи tн и Iн (коэффициент корреляции 0,975 [8, 9]), значения rотн брались по [10] для соответствующего диапазона tн, поскольку в этом источнике имеются данные по повторяемости сочетаний именно φн и tн, а не Iн, и тогда общая rотн определялась как сумма отдельных значений rотн из [10] для всех φн при рассматриваемой температуре. При использовании же исходных климатических данных для каждого сочетания φн и tн из [10] вычислялось своё значение Iн и принималась отдельная rотн. Результаты расчётов приведены в табл. 1.
Нетрудно заметить, что новые расчёты дают сопоставимые результаты, по крайней мере, по порядку величины, в то время как приведённые в [7] дают расхождение и между собой, и с полученными в настоящей работе, причём как минимум в несколько или даже в десятки раз, что ещё раз позволяет предположить наличие в работе [7] вычислительных ошибок.
В то же время остающееся определённое занижение затрат холода при использовании выражения (1) для малых εпом может быть, по-видимому, объяснено тем обстоятельством, что прирост энергозатрат на охлаждение притока при отклонении фактических наружных параметров от климатической кривой в сторону более высоких влагосодержаний оказывается больше, чем их уменьшение при смещении точки состояния наружного воздуха от этой кривой влево. Однако в принципе это обстоятельство может быть компенсировано корректировкой самóй климатической кривой, а именно её соответствующим сдвигом на i-d-диаграмме вправо. Одновременно можно поставить вопрос и о построении такой кривой с заданной обеспеченностью, поскольку при её обычном понимании как линии, соединяющей наиболее вероятные сочетания наружных параметров, такая обеспеченность по определению будет равна 0,5.
Таким образом, мы показали, что использование климатической кривой для расчёта холодопотребления на обработку притока в системах кондиционирования воздуха за тёплый период даёт достаточно верные значения, особенно при малых влаговыделениях в помещении, при условии корректного выполнения вычислений и использования правильного выражения для связи tн и Iн. При этом рассматриваемая методика имеет достаточно простой и инженерный вид и доступна для использования при массовом проектировании.
