Почему перегреваются офисные здания и что делать?

В. И. Ливчак, канд. техн. наук, otvet@abok.ru

В отечественной практике массового офисного строительства микроклимат в помещениях в холодный период года, как правило, обеспечивается системой водяного отопления с центральным авторегулированием подачи теплоты в зависимости от изменения температуры наружного воздуха и термостатами на отопительных приборах, приточной системой вентиляции, осуществляющей нагрев наружного воздуха в объеме нормативного воздухообмена в помещениях, с автоматическим поддержанием заданной тем-пературы его нагрева, равной расчетной температуре внутреннего воздуха. Как сформулировано в [1], «в зданиях используется изотермическая вентиляция (температура приточного воздуха равна температуре внутреннего воздуха), что позволяет исключить вентиляцию из тепловых балансов».

Казалось бы, такая рациональная схема позволяет создать требуемые тепловой и воздушный режимы в помещениях, но в действительности вызывает перегрев помещений и вынужденное включение системы охлаждения (если она предусмотрена) даже в период отрицательных температур наружного воздуха. Почему так происходит и что надо делать для предотвращения такого дискомфорта и повышения энергетической эффективности систем отопления и вентиляции?

Причины следующие:

1. Расчет системы отопления общественных зданий, определение расчетных теплопотерь и подбор площади поверхности нагрева отопительных приборов выполняются без учета внутренних тепловыделений от присутствующих людей, искусственного освещения, пользования электрическими приборами, офисным и кухонным оборудованием.

В результате из-за того, что в действительности эти теплопоступления есть и составляют значительную величину [2], а производительность отопительных приборов принята без их учета, помещения будут перегреваться, причем, как будет показано далее на конкретном примере, перерасход теплоты в расчетных условиях составляет почти 2 раза. Для предотвращения этого необходимо пересчитать расчетные параметры температуры теплоносителя, циркулирующего в системе отопления, исходя из того запаса в поверхности нагрева, который образовался за счет неучета внутренних теплопоступлений при расчете теплопотерь [3]. Однако на практике этого никто не делает, так как в проекте указывается расчетная нагрузка на систему отопления и расчетные параметры теплоносителя без внутренних теплопоступлений, величина которых также не приводится.

Требуемые значения температур воды в подающем t_1ТР и обратном t_2ТР трубопроводах системы отопления следует определять в зависимости от запаса в поверхности нагрева отопительных приборов по формулам:

где t₁^p, t₂^р – расчетные температуры теплоносителя, соответственно в подающем и обратном трубопроводах системы отопления, без учета запаса в поверхности нагрева отопительных приборов (из проекта);

‾Q‾_от = Q_от / Q_от^р – относительный расход тепловой энергии на отопление при текущей температуре наружного воздуха Q_от по отношению к расчетному расходу тепловой энергии на отопление Q_от^р;

К_зап = Q_от.пр^р / Q_от.тр^р – коэффициент запаса системы отопления, отношение проектного расчетного расхода тепловой энергии на отопление здания без учета внутренних теплопоступлений Q_от.пр^р = Q_огр^р, к требуемому расходу тепловой энергии, определенному с учетом внутренних теплопоступлений Q_от.тр^р = Q_огр^р – Q_вн;

Q_огр^р – расчетные трансмиссионные теплопотери через наружные ограждения здания;

Q_вн – внутренние тепловыделения (теплопоступления) от людей, искусственного освещения, пользования электрическими приборами, офисным и кухонным оборудованием;

m – показатель степени в формуле изменения коэффициента теплопередачи отопительного прибора; как правило, принимают m = 0,25 или по приложению 18 СП 41 101–95 «Проектирование тепловых пунктов».

Для определения требуемых с учетом запаса расчетных температур теплоносителя при расчетной для проектирования отопления температуре наружного воздуха в вышеприведенные формулы необходимо подставить ‾Q‾_от = 1. Тогда, например, при запасе поверхности нагрева отопительных приборов К_зап = 2 и расчетных температурах теплоносителя без запаса t₁^p = 95 ⁰C, t₂^р = 70 ⁰C и m = 0,25 требуемые значения температур при расчетной для проектирования отопления температуре наружного воздуха будут:

Это вместо 95…70 ⁰C. Если этого не учитывать, перерасход теплоты в расчетных условиях будет: [(95 + 70) / 2 – 20]^0,8 / [(61,3 + 48,8) / 2 – 20]^0,8 = 1,6 раза!

2. В контроллер системы автоматического регулирования подачи теплоты на отопление закладывается график изменения температуры теплоносителя в зависимости от температуры наружного воздуха без учета постоянства внутренних теплопоступлений.

В то же время внутренние теплопоступления не зависят от изменения температуры наружного воздуха, и поэтому их доля в тепловом балансе здания с повышением наружной температуры возрастает, за счет чего можно снизить подачу теплоты в систему отопления по сравнению с отпуском его по температурному графику центрального регулирования, осуществляемым без учета внутренних теплопоступлений, по следующей зависимости [4]:

‾Q‾_от = (1 + Q_вн /Q_отр) . (t_в – t_н) / (t_в – t_нр) – Q_вн / Q_отр, (3)

где t_в – расчетная температура внутреннего воздуха в холодный период года, принимаемая по ГОСТ 30494–2011 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях» и по СП 60.13330.2012 «Отопление, вентиляция, кондицио-нирование воздуха», ⁰C;

t_н – текущая температура наружного воздуха, ⁰C;

t_н^р – расчетная температура наружного воздуха, ⁰C, принимаемая по СП 60.13330.2012 и СП 131.13330.2012 «Строительная климатология».

3. При построении температурного графика центрального регулирования ориентируются на стандартную температуру нача-ла/окончания отопительного периода t_н.ст^I = +8 ⁰C, согласно СП 124.13330 «Тепловые сети».

В действительности эта температура может отличаться от указанной в зависимости от доли внутренних теплопоступлений в отапливаемых помещениях по отношению к расчетной нагрузке на систему отопления здания, рассчитанной с учетом внутренних теплопоступлений, от назначения здания и режима его эксплуатации. При переводе вентиляционной нагрузки на отдельную систему механической приточной вентиляции с подогревом наружного воздуха (что имеет место в офисных зданиях), то есть исключения этой нагрузки из теплопотерь, которые должны быть компенсированы системой отопления, как это происходит в многоквартирных домах с естественным притоком наружного воздуха для вентиляции, температура начала/окончания отопительного периода сдвигается в область отрицательных температур и определяется следующей зависимостью [5]:

Определим эту температуру на конкретном примере 4-этажного офиса полезной площадью А_пол = 1 243 м² с количеством работников 124 (заполнение 10 м² полезной площади на 1 работника), строящегося в Московском регионе, с теплозащитой, соответствующей требованиям 1-го этапа энергетической эффективности зданий. Сумма площадей всех наружных ограждений отапливаемой оболочки здания А_огр^сум = 2 146 м²; в том числе: площадь стен 1 072 м² (приведенное сопротивление теплопередаче R_ст^р = 3,08 м²•⁰C/Вт), площадь окон 235 м² (R_ок^р = 0,8 м²•⁰C/Вт), площадь покрытия 415 м² (R_покр^р = 4,12 м²•⁰C/Вт), площадь цокольного перекрытия 415 м² (R_пер^р = 3,48 м²•⁰C/Вт), площадь наружных дверей 9 м² (R_дв^р = 0,8 м²•⁰C/Вт).

Отапливаемый объем здания Vот = 5 900 м³; компактность здания А_огр^сум / V_от = 0,36. Отношение площади светопрозрачных ограждений к площади фасадов 0,18. Приведенный трансмиссионный коэффициент теплопередачи здания K_тр = 0,407 Вт/(м²•⁰C). Условный инфильтрационный коэффициент теплопередачи через закрытые оконные и дверные проемы при отключенных системах механической вентиляции K_инф = 0,042 Вт/(м²•⁰C).

Удельные расчетные внутренние теплопритоки из [2] при принятой заселенности в 10 м² полезной площади помещений на одного работника (интерполируя величины К_qE и q_E) составят: q_вн.оф = (Q_P / A_P) ? t_мет / t + К_qE• (q_E • f_E) • 10³ / (t • 365) = (10 • 8 / 10) • 6 / 6 + 1,09 • (31,3 • 0,9) • 10³ / (6 • 365) = 22,02 Вт/м² (обозначения в [2]), а для рассматриваемого здания с учетом неполного их использования, оцениваемого понижающим коэффициентом 0,85: Q_вн= 0,85 • 22,02 • 1 243 • 10^–3 = 23,3 кВт. Расчетный расход теплоты на отопление, равный расчетным теплопотерям через наружные ограждения, вместе с теплопотерями тру-бопроводами системы отопления, проложенными в неотапливаемых помещениях, и завышенными теплопотерями зарадиаторных участков стен (β_mn = 1,11), составит:

Кстати, без учета внутренних теплопоступлений проектный расчетный расход теплоты на отопление был бы Q_от.пр^р = 25,8 + 23,3 = 49,1 кВт, а коэффициент запаса системы отопления К_зап= Q_от.пр ^р / Q_от.тр^р = 49,1 / 25,8 = 1,9.

Отношение внутренних теплопоступлений в здании к расчетному расходу теплоты на отопление соответственно будет: Q_вн /Q_отр = 23,3 / 25,8 = 0,9, а начало/конец отопительного периода должны быть при:

t_н^I = (t_в + t_н^р • Q_вн / Q_от^р) / (1 + Q_вн /Q_от^р) = (20 – 26 ? 0,9) / (1 + 0,9) = –1,8 ⁰C.

Этот сдвиг температуры начала/окончания отопительного периода с +8 ⁰C на –1,8 ⁰C приведет к еще большему перегреву здания, система отопления которого была рассчитана без учета внутренних теплопоступлений с использованием зависимости ‾Q‾_от.ц = Q_от / Q_от^р = (t_в – t_н) / (t_в – t_н^р), что наглядно продемонстрировано на рис. 1. Заштрихованная область – это перерасход тепловой энергии, который вызван перечисленными выше обстоятельствами.

Рисунок 1. Графики теплопотребления Qот на отопление офисного здания: 1 – без учета внутренних теплопосту- плений; 2 – с учетом внутренних теплопоступлений и увеличения их доли в тепловом балансе здания с повышением температуры наружного воздуха tн

4. Поддержание неизменной температуры приточного воздуха в механической системе приточной вентиляции вызывает дополнительный перерасход теплоты при повышении температуры наружного воздуха выше температуры начала/окончания отопительного периода (t_н^I = –1,8 ⁰C). Для предотвращения этого в эти периоды необходимо понижать температуру приточного воздуха в пределе до температуры наружного, не догревая его в калориферах, используя естественное охлаждение недогрева для компенсации внутренних теплопоступлений при отключенной системе отопления.

Расчетный расход тепловой энергии для нагрева наружного воздуха в объеме нормативного воздухообмена в l_вент = 40 м³/ч воздуха на 1 работника (СП 60.13330.2012), тогда для здания в целом L_вент = l_вент • 124 до расчетной температуры внутреннего воздуха t_в = +20 ⁰C при дополнительных теплопотерях β_тп.в = 1,1 будет: Q_вент^р = 0,28 • L_вент • ρ_в • c_а • (t_в – t_н^р) • β_тп.в • 10^–3 = 0,28 • 40 ? 124 • 1,2 • 1,0 • (20 + 26) • 1,1 • 10^–3 = 84,4 кВт.

Исходя из теплового баланса здания Q_огр + Q_вент = Q_от + Q_вн и подставляя исходные данные из вышеприведенного примера, находим температуру наружного воздуха t_н, при которой прекращается нагрев приточного воздуха уже при выключенной системе отопления:

Другая реперная точка – это расход тепловой энергии для нагрева наружного воздуха до расчетной температуры внутреннего воздуха t_в = +20 ⁰C в момент прекращения отопления из-за равенства теплопотерь здания внутренним теплопоступлениям (при t_н^I = –1,8 ⁰C):

Q_вент = 0,28 • 40 • 124 • 1,2 • 1,0 • (20 + 1,8) • 1,1 ? ? 10–3 = 39,9 кВт.

Графически перерасход теплоты, устраняемый за счет применения режима «фрикулинг» – снижения температуры приточного воздуха системы вентиляции без догрева его до стандартной температуры +20 ⁰C после отключения системы отопления, – изображен на рис. 2. Заштрихованная область – это экономия тепловой энергии, которая достигается при использовании режима «фрикулинг» вместо изотермической вентиляции.

Рисунок 2. Графики теплопотребления на отопление и вентиляцию офисного здания: 1 – на отопление с учетом внутренних теплопоступлений и увеличения их доли в тепловом балансе здания с повышением tн; 2 – то же, с продолжением отопления в рабочее время в течение стандартного отопительного периода; 3 – на вентиляцию с постоянной температурой приточного воздуха в течение стандартного отопительного периода (при понижении tн переходит в 4); 4 – то же, с учетом фрикулинга; 5 – то же, что и 4, с компенсацией перегрева от продолжения отопления до tн.ст I = +8 0C, с понижением температуры приточного воздуха; 6 – график изменения температуры приточного воздуха в системе вентиляции при работе в режиме фрикулинга; 7 – то же, с компенсацией перегрева от продолжения отопления до tн.стI = +8 0C

В нижней части рис. 2 показано изменение температуры приточного воздуха в зависимости от наружной температуры, где одна реперная точка – это t_пр = +20 ⁰C при t_н^I = –1,8 ⁰C (при t_нI < –1,8 ⁰C температура приточного воздуха поддерживается постоянно равной t_пр = +20 ⁰C), а вторая реперная точка – это температура начала/окончания стандартного отопительного периода t_н.ст^I = +8 ⁰C, при которой температура приточного воздуха находится из уравнения:

Следует заметить, что отключение системы отопления с температуры наружного воздуха выше t_н^I = –1,8 ⁰C может повлиять на расширение дискомфортной зоны вблизи окна, поэтому и в этот период желательно продолжать отопление на минимальном уровне, но дополнительно снизить температуру приточного воздуха для компенсации увеличенных суммарных теплопоступлений, что не скажется на изменении общего расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию. На рис. 2 соответствующее увеличение расхода теплоты на отопление и уменьшение ее на вентиляцию, а также понижение температуры приточного воздуха для реализации сокращения подачи теплоты на вентиляцию показаны штрихпунктирными линиями.

Высказываются опасения, что при таком режиме регулируемые системы отопления и вентиляции будут мешать друг другу, но этого не произойдет, потому что в системе приточной вентиляции будет автоматически поддерживаться не постоянная тем-пература приточного воздуха, как ранее, а переменная, в зависимости от изменения наружной температуры и с учетом перегрева системой отопления. В системе отопления на ИТП также автоматически, в зависимости от изменения наружной температуры, будет поддерживаться заданный график температуры теплоносителя, циркулирующего в системе, но с меньшим наклоном, чем ранее, а термостаты на отопительных приборах будут решать локальные задачи по доведению температуры воздуха в помещении до желательной пользователям и по сокращению теплопотребления системой отопления за счет учета солнечных теплопоступлений, область использования которой возрастает (увеличивается глубина сокращения при t_н^I < –1,8 °C и диапазон воздействия при t_н^I > –1,8 ⁰C).

Литература

1. Наумов А. Л. Оценка и роль теплозащиты общественных зданий // АВОК. 2009. № 7.
2. Ливчак В. И. Гармонизация исходных данных российских норм, определяющих величину внутренних теплопоступлений, с европейскими нормами // АВОК. 2014. № 1.
3. Ливчак В. И.Энергоаудит и энергетическая паспортизация жилых зданий – путь к стимулированию энергосбережения// АВОК. 2002. № 2.
4. Ливчак В. И. Учет внутренних теплопоступлений в жилых домах // АВОК. 2013. № 6.
5. Ливчак В. И. О длительности отопительного периода для многоквартирных домов и общественных зданий // Энергосбережение. 2013. № 6.

Методика расчета годового теплопотребления на отопление и вентиляцию офисного здания

Для установления годового расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию офисного здания при предлагаемой оптимизации авторегулирования потребления теплоты, для оценки энергетической эффективности здания и сравнения с традиционным решением необходимо определить градусо-сутки отопительного периода в рабочее и нерабочее время суток. Для этого:

1) сначала определяется средняя температура отопительного периода для рабочего времени, t_{н.от.п.раб}, исходя из нормативной величины стандартного отопительного периода для данного региона (для Москвы согласно СП 131.13330.2012 длительность отопительного периода z_от.п = 205 суток и средняя температура наружного воздуха за этот период t_н.от.п. = –2,2 ⁰С, ГСОП = (20+2,2) • 205 = 4551 ⁰С•сут.): t_{н.от.п. раб} = t_н.от.п.+ Δt = –2,2 + 0,72•5,4 = +1,7 ⁰С,

где Δt – разность между значениями средней температуры отопительного периода для суток в целом и для части суток, ⁰С. Она зависит от длительности рабочего времени объекта в пределах суток и средней амплитуды суточных колебаний (отклонение от среднесуточного значения) температуры наружного воздуха, A_tн, ⁰С, в течение отопительного периода, принимаемая по имеющимся климатическим данным в зависимости от района строительства (для условий московского региона A_tн.от.п = 5,4 ⁰С,). В частном случае при начале рабочего дня в 9.00 и окончании 18.00, Δt = 0,72• A_tн.

2) Тогда, принимая среднемесячную в день длительность рабочего времени офисов (с учетом выходных дней и праздников) – t = 6 часов в средние сутки месяца из [2], средняя температура наружного воздуха в нерабочее время за отопительный период t_{н.от.п.н/раб}, ⁰С будет:

t_{н.от.п.н/раб} = (t_н.от.п •24 – t_{н.от.п. раб} •6) /18 = (–2,2•24 – 1,7•6)/18 = –3,5 ⁰С.

В нерабочее время расход теплоты на отопление определяется теплопотерями через наружные ограждения и на нагрев инфильтрующегося наружного воздуха при отключенных системах механической вентиляции, поэтому длительность отопительного периода совпадает со стандартным.

3) Градусо-сутки отопительного периода в течение нерабочего времени при длительности стандартного отопительного периода z_от.п = 205 суток и поддержания температуры внутреннего воздуха в помещениях на уровне минимальной из допустимых температур по ГОСТ 30494 t_в.н/раб = 18 ⁰С:

ГСОП_.н/раб = (t_в.н/раб – t_{н.от.п.н/раб})•z_от.п = (18+3,5)•205 = 4408 ⁰С•сут.

4) Продолжительность отопительного периода в рабочее время z_{от.п.раб, сут.}, сокращенная за счет значительной величины относительных тепловы-делений принимается по климатическим данным, исходя из количества дней стояния наружной температуры ниже t_н^I= –1,8 ⁰С: из СП 131.13330 средняя температура ноября –1,1 ⁰С, декабря –5,6 ⁰С, следовательно –1,8 ⁰С будет 22 ноября, а средняя температура марта –1,3 ⁰С, февраля –7,1 ⁰С, следовательно –1,8 ⁰С будет 12 марта. Соответственно, отопительный период в рабочее время будет с 22 ноября по 12 марта и составит z_{от.п.раб} = 110 суток.

5) Средняя температура наружного воздуха в рабочее время за отопительный период t_{н.от.п.раб}, ⁰С, с учетом завышенной величины относительных внутренних теплопоступлений, определяется графиком стояния наружных температур в Москве по климатическому справочнику, на основании которого средняя температура за период времени с температурами воздуха ниже t_н^I= –1,8 ⁰С будет равна t_{н.от.п.раб} = –9,2 ⁰С.

6) Градусо-сутки отопительного периода в течение рабочего времени:

ГСОП_раб = (20+9,2)•110 = 3212 ⁰С•сут.

7) Требуемый расход тепловой энергии на отопление за отопительный период в рабочее время Q_от.раб.^год, кВт•ч (при расчете годового теплопотребления добавочные теплопотери, связанные с ориентацией ограждений по сторонам горизонта и с ограждениями угловых помещений не учитываются, коэф. 1,1, имеющийся в формуле нагрузки отопления – исключается):

Q_от.раб.^год = K_тр•А_огр.^сум•ГСОП_раб•t•10^–3 – 0,85•q_вн.•А_пол•z_{от.п.раб}•t•10^–3 = 0,407•2146•3212•6•1,11•10^–3 – 0,85•22,02•1243•110•6•10^–3 = 3330 кВт•ч.

8) То же, во внерабочее время в течение 24 – 6=18 часов в средние сутки месяца при ГСОП_н/раб = 4408 ⁰С•сут., компенсируя теплопотери через наружные ограждения и на нагрев инфильтрующегося наружного воздуха при отключенных системах механической вентиляции (K_инф = 0,042 Вт/(м²•⁰C):

Q_{от.н/раб.}^год = (0,407+0,042)•2146•4408•18•1,11•10^–3 = 84 860 кВт•ч.

9) Годовое теплопотребление на приточную вентиляцию при времени использования ее t = 6 часов в средний день месяца в течение стандартного отопительного периода в 205 суток при средней наружной температуре этого периода для рабочего времени t_оп.раб =+1,7 ⁰С и величине градусо-суток ГСОП_вент = (20 – 1,7)•205 = 3 752, обеспечивая нагрев наружного приточного воздуха в объеме 40 м³/ч на одного человека (с плотностью расселения 10 м² полезной площади помещений на человека), будет:

Q_{вент.пост.}^год = 0,28 • L_вент • ρ_в • c_а • ГСОП_вент • t• β_тп.в • 10^–3 = 0,28•40•124•1,2•1•3752•6•1,1•10^–3 = 41 280 кВт•ч.

10) Итого, годовой расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию офиса при непрерывном отоплении с переменным режимом эксплуатации (рабочее / нерабочее время) составит: Q_{от+вент.}^год = Q_от.раб. + Q_{от.н/раб.}^год + Q_{вент.пост.}^год = 3 330 + 84 860 + 41 280 = 129 470 кВт•ч,

а удельный годовой расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию: q_{от+вент.}^год = 129 470 /1 243 = 104,2 кВт•ч/м², что превышает современные требования энергетической эффективности для 4-этажного офиса, строящегося после 2012 г. [8] – не выше:

q_{от+вент.}^год.тр = θ_эн/эф.^тр•ГСОП•к_рег•10^–3 = 23,5•4551•0,955•10^–3 = 102 кВт•ч/м².

Для сокращения потребления тепловой энергии принимаем режим работы системы приточной вентиляции с использованием режима «фрикулинг» – снижение температуры приточного воздуха системы вентиляции, не догревая его до стандартной температуры 20 ⁰С, после отключения системы отопления. Так, чтобы компенсировать перегрев от излишних внутренних теплопоступлений в начале/конце отопительного периода при t_н = +8 ⁰С, как покажут последующие расчеты, необходимо снизить температуру приточного воздуха до 13 ⁰С.

При использовании режима «фрикулинг» расход тепловой энергии за отопительный период на вентиляцию и кондиционирование (на нагрев приточного воздуха в объеме нормативного воздухообмена) разделяется на две части:

а) нагрев наружного воздуха до расчетной температуры приточного воздуха, равной расчетной температуре воздуха в помещении, при наружной температуре ниже t_н^I = –1,8 ⁰С (температуры начала/окончания отопительного периода в рабочее время для данного здания);

б) нагрев наружного воздуха до такой температуры приточного воздуха, при которой недогрев до расчетной температуры плюс теплопотери через наружные ограждения при данной температуре наружного воздуха будут компенсироваться внутренними теплопоступлениями. Температура наружного воздуха t_н, при которой нет необходимости нагрева приточного воздуха выводится из следующего равенства:

(1,1•K_тр•А_{огр.сум} + 0,28•L_вент•ρ_в•c_а)•(t_в – t_н) = 0,85•q_быт.•А_пол (П.1).

Отсюда t_н = t_в – 0,85•q_быт•А_пол / (1,1•K_тр•А_{огр.сум} + 0,28•L_вент•ρ_в•c_а) (П.2).

Если вычисленная из уравнения (П.2) температура наружного воздуха t_н окажется выше расчетной температуры начала/окончания отопительного периода (t_н.ст.^I = +8 или +10 ⁰С), то тогда принимается t_н = t_н.ст.^I, правая часть равенства уравнения (П.1) переносится в левую часть, и полученная разность приравнивается к недогреву приточного воздуха по сравнению с наружным:

(1,1•K_тр•А_{огр.сум} + 0,28•L_вент•ρ_в•c_а) • (t_в - t_н.ст.^I) – 0,85 •q_быт. •А_пол = 0,28•L_вент•ρ_в•c_а•(t_пр – t_н.ст.^I) (П.3)

Из уравнения (П.3) находится требуемая температура приточного воздуха t_пр, удовлетворяющая этому равенству:

t_пр = t_в+ [1,1•K_тр•А_{огр.сум}•(t_в – t_н.ст^I) – 0,85•q_быт.•А_пол] / (0,28•L_вент•ρ_в•c_а) (П.4)

и тогда расход тепловой энергии на вентиляцию за отопительный период с использованием режима «фрикулинг» Q_{вент.фр.}^год, кВт•ч, определяется из следующей формулы:

Q_{вент.фр.}^год = (0,28•L_вент•ρ_в•c_а•t•10^–3) • {(ГСОП_вент.•z_{от.п.раб} /z_от.п + [(t_в + t_пр) / 2 – (t_н.^I + t_н.ст.^I) / 2)]•(z_от.п – z_{от.п.раб})}. (П.5)

Если температура наружного воздуха t_н окажется ниже расчетной температуры начала/окончания отопительного периода t_н.ст.^I = +8 ⁰С, то при ней прекращается нагрев приточного воздуха, а при температуре выше tн – приточная вентиляцию подает в помещения наружный воздух без подогрева. В формулы (П.3) и (П.4) вместо t_н.ст.^I подставляется искомая t_н и находится t_пр. Из климатических данных определяется период стояния в сутках среднесуточной температуры наружного воздуха ниже вычисленной (t_н) – z_{от.п.вент} и тогда расход тепловой энергии на вентиляцию за отопительный период Q_{вент.фр.}^год, кВт•ч, будет: Q_{вент.фр.}^год = (0,28•L_вент•ρ_в•c_а • t• β_тп.в • 10^–3) • {(ГСОП_{вент.фр} – [(t_в+t_в+t_пр)/2 – (t_н.^I+ t_н.ст.^I)/2)] • (z_от.п – z_{от.п.раб})}, (П.6)

где ГСОП_{вент.фр} = (t_пр – t_{н.от.п.раб})•z_{от.п.раб} – градусо-сутки отопительного периода, в течение которого поддерживается постоянная температура приточного воздуха;

z_от.п, z_{от.п.раб} – длительность отопительного периода в сутках, соответственно стандартного и периода в рабочее время.

Подставляя исходные данные вышеприведенного примера в уравнение (П.2), находим температуру наружного воздуха t_н, при которой прекращается нагрев приточного воздуха, с учетом понижающего коэффициента 0,85 на неполное использование внутренних теплопоступлений:

t_н = 20 – 0,85•22,02•1243 / (1,1•0,407•2147+0,28•40•124•1,2•1) = 11,1 ⁰С;

Поскольку эта температура превышает температуру наружного воздуха, при которой оканчивается расчетный отопительный период t_н.ст.^I = +8 ⁰С, подставляем вместо нее t_н = t_н.ст.^I в формулу (П.4) и находим температуру приточного воздуха, при которой удовлетворяется тепловой баланс здания:

t_пр = t_в + [1,1•0,407•2147•(20 – 8) – 0,85•22,02•1243] / (0,28•40•124•1,2•1) = 13 ⁰С;

Тогда расход тепловой энергии на вентиляцию за отопительный период с учетом режима «фрикулинг» Q_{вент.фр.}^год, кВт•ч, будет равен (формула П.6):

Q_{вент.фр.}^год = (0,28•40•124•1,2•1•6•1,1•10^–3)• [3 752 – (20 – 13) / 2•(205 – 110)] = 37 615 кВт•ч, что на (41 280 – 37 615)•100 / 41 280 = 9 % ниже по затратам топлива по сравнению с режимом работы вентиляции с постоянной температурой приточного воздуха, и еще настолько же снизится холодильная нагрузка за счет применения режима «фрикулинг».

Удельный годовой расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию с учетом «фрикулинга» будет: q_{от+вент.фр.}^год = (3330 + 84860 + 37615) / 1243 = 101,2 кВт•ч/м², вместо 104,2 кВт•ч/м² без «фрикулинга», и удовлетворяет требованиям энергетической эффективности < 102 кВт•ч/м².

С учетом полученных результатов очевидно значительное влияние на нагрузку и режим работы системы отопления офисного здания плотности заполнения помещений людьми, компактности здания, отношения площади светопрозрачных ограждений к площади фасадов и достигнутого уровня повышения теплозащиты наружных ограждений. Первая позиция существенно влияет на начало/конец отопительного периода, остальные – на величину общего теплопотребления на отопление.