Что такое параметр а и б климатология

Расчетные параметры наружного климата для проектирования систем холодоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха

Rated Outdoor Climate Parameters for Designing of Cold Supply, Ventilation and Air Conditioning Systems

A. S. Strongin, Candidate of Engineering, Scientific Research Institute of Building Physics of the Russian Academy of Architecture and Construction Sciences; V. A. Vorontsov, OOO Systemair; K. A. Kuznetsov, OOO Systemair

Keywords: outdoor climate parameters, cold supply, ventilation, air conditioning

Ventilation, cold supply and air conditioning systems responsible for maintaining optimal indoor climate conditions for public and production buildings are large consumers of material and energy resources. The refrigerating power of their systems can reach thousands of kilowatts, and their cost – tens of millions of rubles. Correct choice of design outdoor climate parameters during design of cold supply systems allows for saving on capital cost of their installation, as well as reduction of energy resources use in the course of their operation by 15–25 %.

Системы вентиляции, холодоснабжения и кондиционирования воздуха, обеспечивающие оптимальные условия микроклимата для общественных и производственных зданий, являются крупными потребителями материальных и энергетических ресурсов. Холодильная мощность систем может достигать несколько тысяч киловатт, а их стоимость – десятков миллионов рублей. Корректный выбор расчетных параметров наружного климата при проектировании систем холодоснабжения позволяет добиться экономии первоначальных затрат на их устройство, а также снизить потребление энергоресурсов в процессе эксплуатации на 15–25 %.

Расчетные параметры наружного климата для проектирования систем холодоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха

А. С. Стронгин, канд. техн. наук, Научно-исследовательский институт строительной физики РААСН

Системы вентиляции, холодоснабжения и кондиционирования воздуха, обеспечивающие оптимальные условия микроклимата для общественных и производственных зданий, являются крупными потребителями материальных и энергетических ресурсов. Холодильная мощность систем может достигать нескольких тысяч киловатт, а их стоимость – десятков миллионов рублей. Корректный выбор расчетных параметров наружного климата при проектировании систем холодоснабжения позволяет добиться экономии первоначальных затрат на их устройство, а также снизить потребление энергоресурсов в процессе эксплуатации на 15–25 %.

Нормативные требования

Заданные параметры микроклимата в помещениях жилых, общественных, административно-бытовых и производственных зданий следует обеспечивать в пределах максимальных расчетных параметров наружного воздуха для соответствующих районов строительства, регламентируемых СП 131.13330.2018 и СП 60.13330.2016 [1, 2]:

Согласно СП 131.13330 параметры температуры и энтальпии для систем вентиляции и кондиционирования в теплый период года определяются как параметры Б. Температура при этом соответствует графе 4 в табл. 4.1, которая соответствует обеспеченности 98 %, а энтальпия определяется из рис. А.5 и имеет разброс параметров от нижнего до верхних значений. Учитывая, что разброс параметров энтальпии сильно влияет на подбор оборудования для систем вентиляции и кондиционирования, было решено проанализировать климатические данные за последние 10–20 лет для крупных городов и представительных районов РФ и составить таблицу с данными по температуре, энтальпии и абсолютному влагосодержанию воздуха.

Методика исследования

Для выбора расчетных параметров наружного климата (температуры, энтальпии и влагосодержания) использовались архивные данные о погоде, представленные на сайтах «Расписание погоды» и «метео.ру». Данные за весь период наблюдения отсортированы по выделенным граничным параметрам. Граничные параметры приняты с обеспеченностью 98 %, т. е. необеспеченность менее 175 час/год. Граничное значение выбирается за весь период наблюдения, далее выполняется сортировка по убыванию. Например, если период наблюдения составляет 11 лет, граничное значение необеспеченности: 11 • 175 = 1925 час.

С учетом данных температуры и влажности последних лет, которые имеются в виде измеренных параметров, фиксируемых каждые три часа, мы произвели расчет удельной энтальпии и абсолютного влагосодержания.

Таблица

Энтальпия и влагосодержание наружного воздуха в теплый период года для расчета номинальной мощности систем вентиляции и кондиционирования

Для расчета энтальпии и влагосодержания использовались формулы [3, 4].

Данные по абсолютному влагосодержанию, которые необходимы для расчета процессов осушения воздуха при вентиляции бассейнов [5] и аналогичных объектов, были независимо рассчитаны на обеспеченность 98 %.

Полученные результаты

Расчетные значения метеопараметров (удельная энтальпия и влагосодержание) регионов РФ представлены в таблице.

Кроме корректного выбора расчетных условий для определения максимальной мощности оборудования, для технико-экономического обоснования необходимо также учитывать изменение климатических параметров в течение года или сезона.

Европейский Союз разработал регламент снижения энергопотреб­ления в зданиях экодизайна (Eco­design). Экодизайн (экологическое проектирование) определяет новый подход к разработке продукции, поощряющий производителей учитывать экологический эффект продукта на протяжении всего жизненного цикла. При сертификации холодильного оборудования Eurovent применяет сезонный показатель энергоэффективности холодильного оборудования SEER, величина которого определяется отношением сезонной выработки холода Qх и сезонных затрат электроэнергии Qэл

Для расчета сезонных показателей используется БИН-метод (BIN method), позволяющий дифференцированно отражать текущую величину отношения наружной температуры воздуха и соответствующую ей величину загрузки оборудования. Для выбранного населенного пункта строится БИН-диаграмма (BIN diagram) часовой продолжительности наружных температур (ступенчатый годограф температур). Диаграмма разделяется на БИН-интервалы (ячейки) шириной 1 °С. Каждому пронумерованному интервалу соответствует: среднее значение текущей наружной температуры (БИН-температура), текущее потребление холода (загрузка оборудования), текущее значение холодильного коэффициента EER.

График количества часов (теплый период года, Владивосток): а – наружная температура; б – энтальпия; в – абсолютное влагосодержание

Интегральный сезонный показатель рассчитывается суммированием текущих значений всех интервалов по формуле

где Q_x, Q_эл – соответственно, сезонное количество произведенного холода и затраченной электроэнергии, кВт•ч/сезон

где n – общее количество БИН-интервалов в сезоне с i-той температурой наружного воздуха (зависит от сезонного диапазона изменения температуры наружного воздуха и выбранной ширины ячейки),

где Q_xi – количество холода, вырабатываемое холодильным оборудованием при i-той БИН-температуре наружного воздуха, кВт•ч;

q_xi – текущая холодильная мощность единицы оборудования при i-той БИН-температуре наружного воздуха, кВт;

τ_i – количество часов длительности каждой БИН-температуры наружного воздуха, ч.

EERbin(i) – текущее значение холодильного коэффициента EER для каждой БИН-температуры и соответствующей величине загрузки оборудования.

Предлагаем аналогичный подход для оценки энергоэффективности и годового энергопотреб­ления для всей системы холодоснабжения и кондиционирования, а не только ее отдельных элементов [6, 7]. Для различных объектов текущая мощность системы определяется не только текущей наружной температурой, но и удельной энтальпией и влагосодержанием, что требует построения соответствующих графиков (БИН-диаграмм).

На рис. 1 в качестве примера приведены рассчитанные нами по изложенной методике графики осредненных значений температуры, энтальпии и абсолютного влагосодержания, с отображением количества часов их продолжительности для теплого периода года во Владивостоке.

Для сравнения климатических параметров двух городов – Москвы и Владивостока, на рис. 2 приведены графические данные по количеству часов для значений энтальпии, а также указаны граничные значения параметров с обеспеченностью 98 %.

По нашему мнению, при подборе оборудования целесообразно учитывать значения с указанной обеспеченностью. Возможное превышение указанных значений составляет менее 175 час/год и происходит, как правило, несколько часов в течение суток, что не существенно влияет на микроклимат помещения вследствие тепловой инерции и теплоаккумулирующей способности наружных и внутренних ограждений здания. Одной из ошибок проектирования является переразмеренность оборудования при его расчете на более высокие метеопараметры, что негативно сказывается на экономических и энергетических характеристиках, а также на затратах для подведения избыточных электрических мощностей.

Сравнение графиков количества часов энтальпии для теплого периода года в Москве и Владивостоке с указанием границ обеспеченности 98 %

Использование реальных климатических данных позволяет сделать оценки затрат на эксплуатацию в течение года и оценить экономию при использовании оборудования с утилизацией энергии. Также можно сделать сравнение оборудования, которое имеет разные коэффициенты утилизации тепловой энергии и возможности эффективного охлаждения. Так, например, затраты на эксплуатацию в теплый период можно снизить в несколько раз за счет применения в вентиляционном оборудовании градирни c косвенным адиабатным охлаждением, которое позволяет охлаждать наружный воздух на 10–12 °C без изменения его влагосодержания и без использования компрессора холодильной машины.

Выводы

При подборе оборудования для систем вентиляции, холодоснабжения и кондиционирования значение температуры допустимо определять согласно графе 4 в таблице 4.1 СП 131.13330. Значение удельной энтальпии и абсолютного влагосодержания наружного воздуха в теплый период года следует принимать из приведенной в статье таблицы для представленных городов, а для других регионов целесообразно принимать максимальное значение энтальпии, указанное для данного региона в СП 131.13330.2018 (рис. А5).

Возможность использования реальных климатических данных позволяет оптимизировать подбор холодильного и вентиляционного оборудования, снизить его стоимость и расход энергоресурсов. Объективная оценка годовых эксплуатационных затрат, в первую очередь электроэнергии, наглядно демонстрирует экономическую эффективность использования энергосберегающего оборудования и схемных решений, способствует расширению его применения в практике проектирования.

Литература

Авторы выражают глубокую благодарность за сотрудничество М. В. Клюевой («ГГО»).

Источник

Что такое параметр а и б климатология

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Номенклатура показателей наружного воздуха

Climatology building. Product indicators of the exterior environment

Дата введения 2015-01-01

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным бюджетным учреждением «Научно-исследовательский институт строительной физики Российской Академии архитектуры и строительных наук» (НИИСФ РААСН) при участии Федерального государственного бюджетного учреждения «Главная геофизическая обсерватория им.А.И.Воейкова» (ФГБУ «ГГО»)

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 «Строительство»

6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Октябрь 2019 г.

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает номенклатуру климатических показателей наружной среды, используемых в строительной климатологии.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие документы:

ГОСТ 30494 Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях

СП 60.13330 СНиП 41-01-2003 Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха (с изменением N 1)

СП 131.13330 СНиП 23-01-99* Строительная климатология

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 климатическое воздействие: Влияние окружающей среды (метеорологических воздействий) на строительный объект в виде изменения показателей температуры воздуха, действия ветра, осадков и других климатических параметров.

3.2 климатическая норма: Среднее многолетнее значение климатического параметра, рассчитанное за 30-летний период, определяемый Всемирной метрологической организацией.

3.3 стандартный год: Фактический исторический год, средние месячные температуры которого наиболее близки к многолетней средней температуре.

3.4 средний год: Год, содержащий почасовые средние многолетние значения метеорологических элементов.

3.5 типовой год: Год, составленный из месяцев разных лет, климатические условия (средние месячные значения, стандартное отклонение, автокорреляционные связи) которых наиболее близки к средним многолетним значениям.

3.6 температура воздуха: Характеристика теплового состояния воздуха, то есть кинетической энергии его молекулярных движений, измеряемая с мощью физических эффектов, связанных с изменениями разностей этой энергии.

3.7 повторяемость: Отношение числа случаев со значениями, входящими в расчетный интервал, к общему числу членов ряда.

3.8 обеспеченность: Интегральная повторяемость значений климатического параметра ниже или выше их определенных пределов.

3.9 энтальпия: Характеристика внутренней энергии состояния воздуха.

3.10 атмосферное давление: Давление, производимое атмосферой на находящиеся в ней предметы и на земную поверхность. С увеличением высоты над землей уменьшается.

3.11 влагосодержание: Отношение массы водяного пара к массе сухого воздуха (массовая доля водяного пара).

3.12 парциальное давление водяного пара: Часть атмосферного давления, создаваемого водяным паром.

3.13 относительная влажность: Отношение парциального давления водяного пара к давлению насыщенного водяного пара при той же температуре.

3.14 ветер: Движение воздуха относительно земной поверхности.

3.16 вектор скорости: Величина, характеризуемая числовым значением (модулем) и направлением воздушного потока.

3.17 направление ветра: Направление, откуда перемещается воздух.

3.18 преобладающее направление ветра: Наиболее часто наблюдаемое направление ветра в данной местности за многолетний период времени, сезон или год.

3.19 средняя скорость ветра по румбам: Определяется делением суммы скоростей в румбе на сумму случаев с ветром румба.

3.20 базовая скорость ветра: Скорость ветра, измеренная на высоте 10 м над землей на открытой поверхности без близлежащих препятствий.

3.21 скорость ветра в порыве: Самая высокая мгновенная скорость ветра, наблюдаемая за период определения среднего значения.

3.22 солнечная радиация: Электромагнитная радиация Солнца, распространяющаяся в пространстве в виде электромагнитных волн со скоростью около 300000 км/с и проникающая в земную атмосферу.

3.23 энергетическая облученность поверхности солнечной радиацией: Величина, характеризующаяся приемом солнечной радиации со всей полусферы, равная приему прямой и рассеянной солнечной радиации на горизонтальной и наклонной плоскостях.

3.24 прямая радиация: Часть суммарной солнечной радиации, поступающей на поверхности в виде пучка параллельных лучей, исходящих непосредственно от видимого диска солнца.

3.25 рассеянная радиация: Часть суммарной солнечной радиации, поступающей на поверхности со всего небосвода после рассеяния в атмосфере.

3.26 отраженная радиация: Часть суммарной солнечной радиации, отраженной от подстилающей поверхности.

3.27 длинноволновое (земное) излучение: Радиация земной поверхности и атмосферы с длиной волн выше 3 мкм.

3.28 суммарная солнечная радиация: Совокупность прямой и рассеянной солнечной радиации, поступающей в естественных условиях на горизонтальную земную поверхность.

3.29 альбедо: Отношение отраженной радиации к суммарной радиации.

4 Номенклатура климатических показателей наружной среды

Номенклатура климатических показателей наружной среды приведена в таблице 1 в соответствии с СП 131.13330 и СП 60.13330.

Характерные климатические периоды

Зимний период года

Включает в себя зимние месяцы календарного года

Летний период года

Включает в себя летние месяцы календарного года

Отопительный (холодный) период года

Характеризуется работой системы отопления при средней суточной температуре наружного воздуха, равной и ниже 10°C или 8°C по ГОСТ 30494

Переходный период года (весенний)

Характеризуется климатическим потеплением. Продолжительность периода со времени отключения системы отопления здания до начала летнего периода года

Переходный период года (осенний)

Характеризуется климатическим похолоданием. Продолжительность периода от окончания летнего периода до включения системы отопления здания

Характеризуется значениями средних суточных температур воздуха выше 0°C

Морозный период года

Характеризуется значениями средних суточных температур воздуха, равными и ниже 0°C

Зимне-весенний интервал года

Характеризуется длительными периодическими интервалами потепления и похолодания с переходами температуры наружного воздуха через 0°C

Летне-осенний интервал года

Характеризуется длительными периодическими интервалами потепления и похолодания с переходами температуры наружного воздуха через 0°C

Средний период устойчивых периодических потеплений

Климатическая характеристика, определяемая из годового хода среднемесячных температур периода устойчивых потеплений

Средний период устойчивых периодических похолоданий

Климатическая характеристика, определяемая из годового хода среднемесячных температур периода устойчивых похолоданий

Средняя календарная дата начала устойчивых периодических потеплений зимне-весеннего интервала года

Климатическая характеристика, определяемая из годового хода среднемесячных температур периода устойчивых потеплений

Средняя календарная дата начала устойчивых периодических похолоданий летне-осеннего интервала года

Климатическая характеристика, определяемая из годового хода среднемесячных температур периода устойчивых похолоданий

Показатели температуры наружного воздуха

Температура наружного воздуха

Определяется в условиях полного теплового контакта датчика температуры с атмосферным воздухом.

Средняя суточная амплитуда температуры воздуха

Определяется по ежедневным данным наблюдений как разность между суточным максимумом и минимумом температуры воздуха и имеет обеспеченность 0,5

Средняя суточная амплитуда температуры воздуха наиболее холодного месяца

Определяется по ежедневным данным наблюдений наиболее холодного месяца как разность между суточным максимумом и минимумом температуры воздуха и имеет обеспеченность 0,5

Средняя амплитуда (температуры) потеплений

Определяется из хода среднесуточных температур устойчивого периода периодических потеплений

Средняя амплитуда (температуры) похолоданий

Определяется из хода среднесуточных температур устойчивого периода периодических похолоданий

Средняя суточная температура воздуха

Характеризует температурный режим отдельных суток в пределах расчетного периода наблюдений

Средняя месячная температура воздуха

Характеризует температурный режим отдельных месяцев в пределах расчетного периода наблюдений.

Средняя годовая температура воздуха

Характеризует температурный режим года в пределах расчетного периода наблюдений.

Средняя почасовая температура воздуха

Почасовая температура может быть:

а) средним значением ряда продолжительных измерений, зафиксированным в течение часа;

б) измерениями, зафиксированными в конкретный момент этого часа (например, в начале каждого часа).

Максимальная суточная амплитуда температуры воздуха

Определяется как наибольшее значение разности между суточным максимумом и минимумом температуры воздуха за период наблюдений

Максимальная суточная амплитуда температуры воздуха в июле

Определяется как наибольшее значение разности между суточным максимумом и минимумом температуры воздуха в июле

Наиболее холодный месяц

Определяется по средним месячным температурам воздуха за каждый год расчетного периода

Средняя температура воздуха наиболее холодного периода

Определяется как средняя температура периода, составляющего 15% общей продолжительности периода со средней суточной температурой воздуха, равной и меньшей 8°C, но не более 25 дней

Абсолютная минимальная температура воздуха

Минимальное значение, которого достигла температура воздуха в данном пункте в пределах расчетного периода наблюдений

Температуры воздуха наиболее холодных суток с обеспеченностью 0,98 и 0,92

Значения температур с обеспеченностью 0,98 и 0,92 [1].

Температуры воздуха наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,98 и 0,92

Значения температур с обеспеченностью 0,98 и 0,92 [1].

Температура воздуха, с обеспеченностью 0,94

Значение температуры с обеспеченностью 0,94 за расчетный период наблюдений определяется из выборки среднемесячных температур воздуха холодного периода года

Среднемесячная температура воздуха января

Характеризует температурный режим января с обеспеченностью в среднем 0,5

Температура воздуха, с обеспеченностью 0,95

Значение температуры с обеспеченностью 0,95 за расчетный период наблюдений определяется из выборки среднемесячных температур воздуха теплого периода года

Температуры воздуха с обеспеченностью 0,98 теплого периода года

Значения температур с обеспеченностью 0,98 теплого периода года [1]

Наиболее теплый месяц

Определяется по средним месячным температурам воздуха за каждый год расчетного периода

Средняя температура воздуха наиболее теплого месяца

Определяется как средняя температура воздуха наиболее теплого месяца

Абсолютная максимальная температура воздуха

Максимальное значение, которого достигла температура воздуха в данном пункте за расчетный период наблюдений

Средняя максимальная температура воздуха наиболее теплого месяца

Характеризует дневную, наиболее теплую часть суток; определяется как средняя максимальная температура из средних ежемесячных максимальных значений температуры воздуха наиболее теплого месяца

Средняя суточная амплитуда температуры воздуха наиболее теплого месяца

Определяется по ежедневным данным наблюдений как разность между суточным максимумом и минимумом температуры воздуха наиболее теплого месяца и имеет обеспеченность 0,5

Рассчитывается как отношение парциального давления водяного пара в ненасыщенном влажном воздухе к парциальному давлению водяного пара в насыщенном влажном воздухе при одной и той же температуре

Средняя месячная относительная влажность в 15 ч наиболее холодного месяца

Определяется в 15 ч наиболее холодного месяца

Средняя месячная относительная влажность воздуха наиболее теплого месяца

Определяется по среднесуточным значениям наиболее теплого месяца

Средняя месячная относительная влажность воздуха в 15 ч наиболее теплого месяца

Определяется в 15 ч наиболее теплого месяца

Показатели скорости ветра

Для обозначения направления указывают либо румб (по 16-румбовой системе), либо угол, который горизонтальный вектор скорости ветра образует с меридианом (причем север принимается за 360° или 0°)

Базовая средняя скорость ветра

Рассчитывается за период времени от 10 мин до 1 ч.

Среднее направление ветра

Рассчитывается за тот же период, что и скорость ветра, представляет собой направление, откуда дует ветер, вычисляется обычно по 10-градусным секторам с северной стороны.

Среднемесячная и средняя годовая скорость ветра

Определяются в зависимости от числа наблюдений за рассматриваемый период.

Повторяемость направлений ветра

Определяется в процентах от общего числа случаев наблюдений без учета штилей

Определяется в процентах от общего числа случаев наблюдений

Интегральное распределение повторяемости скоростей ветра

Рассчитывается за месяц или за год в целом по всей совокупности наблюдений скоростей (не превышающих заданную скорость)

Средняя скорость ветра за период со средней суточной температурой воздуха менее 8°C

Определяется за отопительный период

Максимальная, из средних скоростей ветра по румбам за январь

Рассчитывается как наибольшая из средних скоростей ветра по румбам за январь, повторяемость которых составляет 16% и более.

Преобладающее направление ветра холодного периода

Минимальная из средних скоростей ветра по румбам за июль.

Определяется как наименьшая из средних скоростей ветра по румбам за июль, повторяемость которых составляет 16% и более.

Преобладающее направление ветра теплого периода

Среднее количество осадков за год (в том числе жидких и смешанных) характеризуется высотой слоя воды, образовавшегося на горизонтальной поверхности от выпавшего дождя, мороси, обильной росы и тумана, растаявшего наста, града и снежной крупы, при отсутствии стока, просачивания и испарения

Общие значения выпавших жидких и талых твердых осадков за день суммируются для определения выпадения осадков за период с ноября по март

Общие значения выпавших жидких и талых твердых осадков за день суммируются для определения выпадения осадков за период с апреля по октябрь

Суточный максимум осадков

Суточный максимум осадков характеризует наибольшие суммы осадков, выпавшие в течение метеорологических суток, и выбирается из ежесуточных наблюдений

Суточный максимум осадков теплого периода

Суточный максимум осадков теплого периода характеризуется наибольшей суммой осадков, выпавших в течение метеорологических суток, и выбирается из ежесуточных наблюдений

Количество жидких осадков теплого периода года

Количество талых и твердых осадков холодного периода года

Объем переносимого за зиму снега

Характеризует объем снегопереноса за зиму с максимальным за 10-летний период числом часов (с общей и низовой метелью, наблюдающейся при отрицательной температуре воздуха, скорости ветра более 6 м/с и высоте снежного покрова более 10 см)

Общее значение осадков за месяц из почасовых данных

Определяется суммированием почасовых величин выпавших жидких осадков и талых твердых осадков

Месячное количество осадков

Определяется суммированием жидких и талых твердых осадков, выпавших за каждый день месяца

Показатели солнечной радиации

Прямая солнечная радиация

Часть суммарной солнечной радиации, поступающей на поверхности в виде пучка параллельных лучей, исходящих непосредственно от видимого диска солнца.

Рассеянная солнечная радиация

Часть суммарной солнечной радиации, поступающей на поверхности со всего небосвода после рассеяния в атмосфере

Часть суммарной солнечной радиации, отраженной от подстилающей поверхности

Интенсивность солнечной радиации

Количество солнечной радиации, проходящее за единицу времени через единичную площадку, расположенную перпендикулярно лучам

Физическая характеристика, определяемая отношением светового потока, падающего на элемент поверхности, содержащий рассматриваемую точку, к площади этого элемента

Источник