Микроклимат по заказу: правильный подбор системы кондиционирования на этапе концепции объекта
Борис ХАРИТОНОВ, главный технический консультант компании «Даичи»:
В современном строительстве создание микроклимата в помещениях приобретает все большее значение, так как напрямую влияет на комфорт, энергоэффективность здания и даже на его рыночную стоимость. Выбор систем кондиционирования — это комплекс работ, при котором специалистам необходимо учитывать и просчитывать множество факторов. Есть аспекты, которые многие упускают из вида, а они требуют индивидуального подхода, включая выбор расчетных параметров наружного воздуха и определение режима эксплуатации. Ошибка в выборе системы кондиционирования на ранних этапах проектирования способна обернуться серьезными последствиями: от жалоб собственников (и как следствие юридические и репутационные риски компании) до финансовых потерь и необходимости обновления всей системы. Однако избежать многих типичных ошибок можно еще на этапе предпроектного анализа, который особенно важен для оценки корректной работы оборудования и выгодного распределения бюджета при строительстве.
Предпроектный анализ объекта помогает создать сбалансированное решение, учитывающее как текущие, так и будущие потребности объекта. Специалисты фиксируют условия для установки оборудования, от которых зависят и комфорт, и бюджет. Подбор системы становится точным и предсказуемым, таким образом компании экономят время и бюджет на следующих этапах строительства. Но если были допущены ошибки во время планирования или позже при установке, системы кондиционирования могут доставлять серьезные проблемы.
Наиболее частая среди них — комфорт не соответствует ожиданиям, то есть в жаркие периоды помещение долго не выходит на заданные расчетные параметры воздуха внутри здания, люди жалуются на дискомфорт, растет количество обращений в службу эксплуатации.
Во-вторых, имеет место переразмер или недоразмер. Если брать «по норме» или «с запасом» без точных исходных данных, то система кондиционирования выходит либо избыточно дорогой и громоздкой, либо хронически слабой — в обоих случаях результат неудовлетворительный.
И в-третьих, возникают бюджетные потери из-за перерасхода средств на закупку оборудования и монтаж, повышенных счетов за электричество, дополнительных затрат на доработки и переделки, простоя помещений и срыва сроков ввода/аренды. В итоге совокупная стоимость владения растет заметно выше запланированного. Так, согласно данным журнала Construction Management and Economics, 65% строительных проектов не укладываются в бюджет — средний перерасход средств составляет 10% от первоначальной сметы (в том числе из-за неправильных расчетов).
И наконец, нельзя забывать юридические и репутационные риски. Без четко зафиксированных исходных данных возникают споры о том, кто виноват, затяжные согласования и претензии со стороны заказчиков.
Рассчитываем заранее
Чтобы избежать перечисленных проблем, еще на старте работ собираются исходные данные и оформляется техническое задание (ТЗ). В нем отображаются целевые параметры воздуха по зонам и режимам, наружные климатические параметры, тепловые притоки (люди, оборудование, освещение) с учетом свойств ограждений, технические ограничения и режим эксплуатации.
Затем анализируются задачи и архитектура (зонирование, остекление, места под оборудование и трассы), считается тепловлажностный баланс с учетом вентиляции и параметров наружного воздуха, параллельно проверяются электромощности, габариты, пути коммуникаций, монтаж, сервис и интеграция со смежными системами. После выбирается концепция системы. Это могут быть VRF-решения (мультизональные системы кондиционирования с переменным потоком хладагента), система чиллер-фанкойл (централизованная, многозональная система кондиционирования воздуха) или др. Далее выполняются предварительный подбор и, при необходимости, моделирование работы (важный этап, который многие пропускают) и фиксируются режимы эксплуатации. От выбранного режима напрямую зависят подбор оборудования, его стоимость, энергозатраты и стабильность комфорта. На финальной стадии заказчику показывается баланс «стоимость/комфорт», записываются принятые параметры и решения, а также «замораживается» ТЗ для перехода к проекту.
Выбор расчетных параметров наружного воздуха
Это ключевой шаг, потому что от принятых значений зависит главный результат — комфорт в помещениях. Для расчетов применяются: температура — для теплопритоков в помещении и подбора оборудования; энтальпия — для теплопритоков от наружного воздуха и тепловлажностного баланса, подбора воздухоохладителей; влагосодержание и температура по мокрому термометру — для расчета влагопритоков и выбора оборудования (градирни, холодильные машины).
Проектировщики часто берут значения из норм: СП 60.13330.2020 (Свод правил. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха), который рекомендует использовать таблицы СП 131.13330.2018. В СП 60 рекомендованные значения удельной энтальпии/влагосодержания по ряду городов даны с характеристикой «обеспеченность» 0,98 или 0,95. Проще говоря, это та доля времени (или вероятность), в течение которой реальная погода не будет отклоняться от принятых в проекте значений.
Например, обеспеченность 0,98 означает, что примерно 98% часов года фактические условия будут мягче или равны расчетным, а в оставшиеся ~2% часов они могут быть хуже. Чем выше обеспеченность, тем реже возможны отклонения комфорта в помещении, но тем больше требуемая мощность и стоимость системы; чем ниже — тем дешевле оборудование, но больше часов с отклонениями.
При строительстве частных или коммерческих объектов следует подходить к расчетам иначе, согласовывая особенности работы оборудования с заказчиком. Если принять обеспеченность 0,98, то «необеспеченных» часов будет порядка 175 в год (35 жарких дней, в которые температурный пик длится в среднем по 5 часов). Об этом обычно не предупреждают, и возникают периоды дискомфорта, когда в жаркие дни температура в помещении может быть на 1-3°С выше проектной. Создается ситуация, когда проектируемая система кондиционирования не обеспечивает заданные параметры воздуха в помещении 35 дней в жаркий период, что может вызывать недовольство со стороны заказчика или конечных пользователей. В СП 60 предусмотрен альтернативный путь — выбирать другие значения, но как именно это делать, не описано. Поэтому стоит использовать индивидуальные расчеты. Альтернативный подход, который применяют в нашей компании, — проведение расчетов на основе архивов климата. Для этого из архива климатических данных за последние годы строятся годовые профили требуемых параметров температуры, энтальпии, влагосодержания. На них показано, сколько часов в году наблюдалось конкретное значение параметра. По таким графикам можно выбирать параметры под разумное количество «необеспеченных» часов и согласовывать его с заказчиком. Например, с нашей точки зрения, разумная «необеспеченность» составляет 25 часов в год (5 дней).
Как учитывать режим в проекте
Режим эксплуатации — это расписание работы системы: круглосуточно или только в определенные дни и часы. Здание «живет» по инерции: когда систему выключают на ночь или на выходные, нагреваются стены, перекрытия, мебель. Утром системе нужно охладить не только воздух, но и всё, что накопило тепло. Если это не учесть на этапе расчетов, мощности может не хватить, и комфорт будет восстанавливаться слишком долго. Могут потребоваться более крупные и дорогие агрегаты. Также неправильный выбор режима может привести к увеличению времени выхода системы на комфорт после включения, росту эксплуатационных расходов.
Например, согласно исследованию CORE.XP, расходы управляющих компаний бизнес-центров в Москве на ремонт и обслуживание оборудования, включая климатические системы, составляют 24% от всех расходов и находятся на втором месте после затрат на выплату налогов. Для сокращения этой регулярной статьи расходов важно учесть особенности работы объекта на этапе планирования.
Если системы кондиционирования и холодоснабжения работают круглосуточно, то тепловая нагрузка имеет минимальное значение. Это позволяет подобрать оборудование с пониженной производительностью и компактными габаритами, причем по более низкой стоимости.
При эксплуатации системы холодоснабжения только в рабочие часы требуется оборудование с повышенной производительностью — на 30-60% выше, чем для круглосуточного режима, что увеличивает и стоимость комплектации.
Выбор режима работы системы зависит от температуры наружного воздуха. При температуре воздуха выше +25°С и пиковых нагрузках следует использовать непрерывный режим работы. Если температура ниже +25°С, то система может работать в любом режиме с периодическими включениями и отключениями по желанию пользователя.
Как можно оптимизировать процесс
Мы используем специальные программы для моделирования работы VRF-системы в реальных условиях эксплуатации. В модель вводятся все ключевые параметры здания — теплофизические характеристики ограждений, переменная температура и влажность наружного воздуха, переменная тепловая нагрузка. А в результатах расчета фиксируются изменения температуры в помещении, требуемая холодопроизводительность и потребляемая мощность.
На базе этих расчетов специалист оценивает, как быстро восстанавливается комфорт при разных графиках работы, какую мощность целесообразно закладывать и как снизить энергозатраты без потери качества. По итогу заказчик получает понятные рекомендации и формулировки для ТЗ с режимом эксплуатации, который действительно соответствует объекту и бюджету.
С учетом требований по информационной безопасности и международных санкций в нашей компании были разработаны специальные модули и программное обеспечение, работающие на отечественных серверах, которые могут осуществлять все необходимые расчеты и мониторинг, в том числе для ведущих иностранных производителей, таких как Midea.
Грамотный анализ — ключ к комфорту
Таким образом, эффективность системы кондиционирования определяется не на этапе проектирования или монтажа, а на стадии предпроектного анализа. Раннее выявление ключевых параметров (площадь помещения, тепловые нагрузки, режим эксплуатации) позволяет минимизировать первоначальные затраты за счет точного подбора мощности. Правильно подобранная техника снижает эксплуатационные расходы через оптимизацию режимов работы. Без этого этапа даже дорогое оборудование может оказаться неэффективным, а экономия на анализе — обернуться многолетними издержками.