Границы применимости активных климатических балок в офисных помещениях

А. А. Бородкин, технический директор компании ООО «Инженерное бюро ВИНДЭКО»

В. В. Устинов, генеральный директор компании «Линдаб» – члена НП «АВОК» категории «Премиум»

Помещение и требования к параметрам микроклимата

Анализ выполняется для офиса открытой планировки с размерами: длина по фасаду – 20 м, глубина – 6 м, высота подвесного потолка – 3 м, площадь – 120 м².

Время реверберации в офисе: 1 с.

Высота рабочей зоны принята равной 1,3 м.

Допустимый уровень звукового давления на отметке 1,3 м: 35 дБ (А).

Допустимая скорость струи воздуха на входе в рабочую зону не более 0,25 м/с.

Температура воздуха в помещении: 25 °C.

Исходные данные по нагрузкам на систему кондиционирования

Подбор балок выполняется для нескольких сценариев по плотности посадки людей в помещении – 10, 8 и 6 м²/чел, чему соответствует 20, 15 и 12 сотрудников в офисе площадью 120 м².

В соответствие с СП 60.13330.2012 расход воздуха на одного человека принят равным 60 м³/ч.

В расчетах приняты три характерные для офисов величины плотности посадки сотрудников – 10, 8 и 6 м²/чел, или 20, 15 и 12 сотрудников в офисе.

Активные климатические балки

Примем температуру приточного воздуха равной 18 °C, температуру хладоносителя на входе в балку – 15 °C (в системе с климатическими балками хладоноситель всегда должен быть выше точки росы в помещении).

Рисунок 1. Расстановка климатических балок в помещении

Если использовать балки длиной 2,4 м – в помещении заданной планировки можно разместить не более семи рядов балок по две балки в ряду, итого – 14 балок, как показано на рис. 1. Большее количество рядов будет означать сокращение расстояния между климатическими балками и, как следствие, приведет к превышению по отношению к норме подвижности воздуха в рабочей зоне.

Основной характеристикой активной балки является величина полной холодопроизводительности. Для ее расчета целесообразно обратиться к программе расчета производителей балок. Предварительно необходимо определиться с величиной располагаемого напора по приточному воздуху и величиной допустимого падения давления на жидкостной линии. Ограничим первую величину значением 100 Па, а вторую – 10 кПа.

Часто производители предлагают несколько вариантов балок с разным диаметром труб в теплообменниках. Чаще всего применяются трубы двух диаметров – 12 и 15 мм.

С помощью программы подбора были определены пары значений: полная холодопроизводительность балки и расход на балку во всем допустимом диапазоне изменения расхода воздуха. Для балки с диаметром труб 12 мм данные расчета представлены в табл. 1, для диаметра 15 мм – в табл. 2.

При отсутствии опыта проектирования систем кондиционирования воздуха на основе климатических балок перед проектировщиком возникает вопрос: какой расход воздуха на единичную балку выбрать в качестве хорошего первого приближения? Из анализа данных, представленных в табл. 1 и 2, казалось бы, нужно ориентироваться на большие расходы воздуха, так как с ростом расхода растет и холодопроизводительность балки. Однако это не совсем верно.

При плотности заполнения помещения, равной 10 м²/чел, и расходе воздуха на одного человека 60 м³/ч расход воздуха, подаваемый в офис балками, будет ограничен величиной 720 м³/ч. Задаваясь количеством балок в офисе, можно определить соответствующий этому количеству расход на единичную балку. Используя данные табл. 1, 2, каждому расходу воздуха можно поставить в соответствие холодопроизводительность балки; если умножить последнюю на соответствующее количество балок – можно определить величину холодопроизводительности всех балок. Разделив последнюю на площадь помещения, получим значение предельного удельного теплового потока в помещении, которое способно ассимилировать выбранное количество балок. Результаты этих операций представлены на рис. 2, 3, для диаметров труб теплообменника балок, равных 12 и 15 мм соответственно.

Данные, представленные на рис. 2, 3 свидетельствуют, что в офисах с плотностью теплового потока, превышающей 100 Вт/м², и плотностью заполнения 10 м²/чел и более активные климатические балки применять нецелесообразно. Ассимиляция большего количества теплоты возможна только при увеличении  расхода воздуха на одного человека более 60 м³/ч.

Рисунок 2. Зависимость плотности теплового потока в помещении и расход на единичную балку (12 мм) в зависимости от количества балок для плотности заполнения помещения 10 м2/чел

Повторяя процедуру, описанную выше, были определены величины максимальной  плотности теплового потока для других плотностей посадки людей при неизменном количестве балок, равном 14 единицам. Результаты расчета представлены в табл. 3.

Рисунок 3. Зависимость плотности теплового потока в помещении и расход на единичную балку (15 мм) в зависимости от количества балок для плотности заполнения помещения 10 м2/чел

Как видно из табл. 3, при снижении  плотности посадки людей менее 10 м²/чел область применения активных климатических балок расширяется на офисы с плотностями теплового потока более 110–140 Вт/м².

Необходимо также отметить, что замена диаметра труб теплообменника на больший диаметр с целью увеличения холодопроизводительности балок вызывает необходимость увеличения расхода хладагента не менее чем в 2,5 раза.

Определенный интерес представляет информация о количестве явного тепла, снимаемого единичной балкой для наиболее эффективного режима эксплуатации. Так вот, балка при оптимальных расходах воздуха с теплообменником длиной 2,1 м снимает не более 1200 Вт явного тепла.

Выводы

1. Активные климатические балки нецелесообразно применять для кондиционирования помещений с удельными теплопритоками, превышающими значения, указанные в табл. 3.

2. Попытка снизить эксплуатационные затраты путем снижения расхода воздуха на одного человека менее 60 м³/ч в системах кондиционирования на базе активных климатических балок возможна только в помещениях с плотностями теплового потока 80 Вт/м² и ниже или при плотности посадки людей 8 м²/чел и меньше.

3. Активные климатические балки по сравнению с вентиляторными доводчиками позволяют ассимилировать меньшее количество тепла на погонный метр теплообменника, поэтому для удаления одного и того же количества тепла их поверхность теплообмена должна быть в несколько раз больше.