Как правильно рассчитать производительность кондиционера

Для начала стоит сразу же оговориться: человеку, который вознамерился приобрести кондиционер, совершенно ни к чему уметь его рассчитывать. Во всех приличных специализированных компаниях для этого есть специальные люди, которые БЕСПЛАТНО сделают соответствующие расчеты. И уж тем более никто не попросит вас выполнить эти расчеты самостоятельно. Поэтому эта глава исключительно для любознательных.

Для того, чтобы правильно подобрать кондиционер, необходимо вычислить теплопоступления, которые он должен погасить. Мощность кондиционера должна перекрывать их максимальное значение, которое рассчитывается по формуле: Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5, где
• Q1 - теплопоступления от солнечной радиации, а при использовании электрического освещения, от искусственного света.
• Q2 – теплопоступления от находящихся в помещении людей.
• Q3 – теплопоступления от офисного оборудования.
• Q4 – теплопоступления от бытовой техники.
• Q5 – теплопоступления от отопления.

1. Теплопоступление от солнечной радиации.

Прежде всего, зависит от площади и расположения окон. В большинстве случаев именно оно и составляет львиную долю всего поступающего в помещение тепла.

А) На широте Киева, теплопоступление через один квадратный метр остекления будут:
Северная ориентация – 81 Вт/м2
Южная ориентация - 198 Вт/м2
Юго-восточная ориентация – 244 Вт/м2
Северо-западная ориентация – 302 Вт/м2
Юго-западная ориентация – 302 Вт/м2
Северо-восточная ориентация - 337 Вт/м2
Восточная ориентация – 337 Вт/м2
Западная ориентация – 395 Вт/м2
Горизонтальное остекление – 576 Вт/м2
Если окно затенено деревьями или имеются плотные светлые жалюзи, приведенные величины делят на коэффициент 1,4.

Б) Теплопоступления от стен существенно меньше, поэтому в ряде случаев ими пренебрегают:
Северная ориентация – 19 Вт/м2
Северо-восточная ориентация – 34 Вт/м2
Южная ориентация - 36 Вт/м2
Северо-западная ориентация– 30 Вт/м2
Восточная ориентация – 40 Вт/м2
Юго-восточная ориентация – 40 Вт/м2
Западная ориентация – 43 Вт/м2
Юго-западная ориентация – 47 Вт/м2
Межкомнатные перегородки, потолок и пол – 2-15 Вт/м2, в среднем 8-9Вт/м2
Потолок последнего этажа. При наличии чердака – 23-70 Вт/м2, без чердака – 47-186 Вт/м2 в зависимости от конструкции крыши и чердака.
В ряде случаев учитывают и капитальность стен, умножая или деля приведенные значения на коэффициент 1,2.

В) Кроме того, необходимо учесть вентилируемый объем помещения (объем за вычетом оборудования и мебели) из расчета 6 Вт на 1 куб.м. жилого или офисного помещения и 19 Вт на 1 куб.м. магазина, кафе или ресторана.

Г) Если вдруг теплопоступления через остекление меньше теплопоступлений от искусственного освещения, то в расчете принимаются именно эти величины. Можно посчитать мощность лампочек, исходя из того, что теплопоступления от ламп накаливания равны их мощности, а для люминесцентных ламп используется коэффициент 1,16. Можно поступить и по другому. Учитывая, что есть стандарты освещенности помещений, теплопоступления от искусственного света можно взять из расчета 25-30 Вт на 1 кв.м.
Необходимо учесть, что приведенные здесь значения справедливы для широты Киева.
В ряде источников дается упрощенная методика оценки теплопоступлений от солнечной радиации:
Q1 = Shq
где: S- площадь помещения (м2), h - высота помещения (м), q - коэффициент, равный:
30 Вт/м3, если в помещение не попадают солнечные лучи (северная сторона здания);
35 Вт/м3 для обычных условий;
40 Вт/м3, если помещение имеет большое остекление с солнечной стороны.
Расчет по этой методике применим для квартир и небольших офисов, в других случаях погрешности могут быть слишком велики.

2. Теплопоступления от находящихся в помещении людей.

Один человек в зависимости от рода занятий выделяет:
Отдых в сидячем положении – 120 Вт
Легкая работа в сидячем положении – 130 Вт
Умеренно активная работа в офисе – 140 Вт
Легкая работа стоя – 160 Вт
Легкая работа на производстве – 240 Вт
Медленные танцы – 260 Вт
Работа средней тяжести на производстве – 290 Вт
Тяжелая работа – 440 Вт

3. Теплопоступления от офисного оборудования.

Обычно они принимаются в размере 30% от потребляемой мощности. Для примера:
Компьютер – 300-400 Вт
Лазерный принтер – 400 Вт
Копировальный аппарат – 500-600 Вт

4. Теплопоступления от бытовой кухонной техники.

Кофеварка с греющей поверхностью – 300 ВтV
Кофемашина и электрочайник – 900-1500 Вт
Электроплита - 900-1500 Вт на 1 м 2 верхней поверхности.
Газовая плита - 1800-3000 Вт 1 м 2 верхней поверхности.
Фритюрница – 2750-4050 Вт
Тостер – 1100-1250 Вт
Вафельница – 850 Вт
Гриль – 13500 Вт на 1 м 2 верхней поверхности.
При наличии вытяжного зонта, теплопоступления от плиты делятся на 1,4.

При расчете теплопоступлений от бытовой кухонной техники необходимо учитывать, что все приборы сразу никогда не включаются. Поэтому берется наивысшая для данной кухни комбинация. Например, две из четырех конфорок на плите и электрочайник.

5. Теплоизбытки от системы отопления

В ряде случаев, в высоких зданиях с большой площадью остекления кондиционирование бывает необходимо уже в марте, когда отопительный сезон еще не закончен. В этом случае в расчете необходимо учитывать теплоизбытки от системы отопления, которые можно принять равными – 80-125 Вт на 1 кв.м. площади. В этом случае надо учитывать не теплопоступления от внешних стен, а теплопотери, которые можно принять равными 18 Вт на 1 кв.м.

Пример расчета

Посчитаем теплопоступления для жилой комнаты, расположенной на 4 этаже капитального 12 этажного жилого дома. Два окна 2х1,8 м 2 выходят на юг, затенены деревьями. Площадь комнаты 4,67х6=28 кв.м., высота потолка 2,7 м, семья из 4 человек. Пусть это будет зал, в котором семья собирается на обед и для просмотра телевизора.

1. Теплопоступления от солнечной радиации
А) через окна: Q=2х1,8х2х198/1,4=1018 Вт.
Б) Теплопоступления через потолок, пол и стены: 28х2х9+2,7*(4,67*2+6)*9+(6*2,7-2*1,8*2)*36=504+373+324=1201Вт.
(Если бы соседние комнаты кондиционировались, то теплопоступления от межкомнатных перегородок можно было не учитывать.)
В) Теплопоступления от искусственного освещения 28*30=840 Вт. Они ниже, чем теплопоступления от солнечного освещения, поэтому их не учитываем. (При окнах северной ориентации и малой площади остекления бывает и наоборот)
Г) Необходимо учесть теплоемкость находящегося в помещении воздуха или другими словами объем помещения. (Считаем что 6 куб.м. занимает мебель) (28*2,7-6)*6=417 Вт

 Итого, Q1=1018+1201+417=2636 Вт.

Если рассчитывать поступления от солнечной радиации по упрощенной методике, получим: Q1=28x2,7x35=2646 Вт. Как видим в случае с типовой квартирой, расхождения составляют 0,4%. А вот если бы кондиционировалась вся квартира, то подсчет по подробной методике дал бы для рассматриваемой комнаты Q1=2313 Вт, и расхождение с упрощенной методикой составило бы 14,4%. В ряде случаев это может привести к необходимости установки более мощной модели. Максимальные расхождения при подсчете по двум приведенным методикам получаются для больших помещений с маленькой площадью остекления. Там упрощенная методика может давать ошибки в полтора-два раза.

2. Теперь подсчитаем теплопоступления от людей: Q2=130*4=520 Вт

3. И, наконец, теплопоступления от офисной и бытовой техники сводятся к поступлениям тепла от домашнего кинотеатра: Q3-4=300 Вт.

Итого получаем: Q=2636+520+300 Вт=3456 Вт.

Существуют и еще более точные методики расчета, учитывающие широту и долготу города, для которого производится расчет, материалы из которого сделаны стены здания и толщину этих слоев, облицовку, наличие утепления, тип остекления, наличие штор или жалюзи и многие другие нюансы. Пожалуй, наиболее подробной является методика, изложенная в пособии 2.91 к СНиП 2.04.05-91 "Расчет поступления теплоты солнечной радиации в помещениях", которая базируется на следующих нормативных документах:
СНиП 23-01-99 "Строительная климатология"
СНиП II-3-79 "Строительная теплотехника"

После определения необходимой мощности кондиционера из стандартного ряда: 2,0; 2,5; 3,5; 5,0; 7,0 кВт выбирают модель, наиболее близкую по мощности, желательно с небольшим превышением требуемой. В данном случае идеально подходит модель мощностью 3,5 кВт.

В разговорах модели стандартного ряда называют также "семерка", "девятка",…"двадцать четверка", имея в виду их мощность в тысячах БТЕ/ч. Обычно кондиционеры имеют в обозначении модели соответствующие цифры: кондиционер мощностью 18000 БТЕ/ч имеет цифры "18" (например, кондиционер LG модели LS - K 1860 CL, кондиционер Samsung модели AQT 18 A 1 RE и т.д.). В то же время некоторые производители отражают в обозначении модели мощность кондиционера, выраженную в единицах системы СИ, например кондиционер Daikin модели FTY 35 имеет мощность 3,5 кВт.

Точный выбор мощности кондиционера весьма важен. Кондиционер недостаточной мощности не обеспечит необходимых температурных условий. Например, при +25С он будет справляться с жарой, а при +30С, температура в комнате неумолимо поползет вверх. Поэтому если средств на кондиционер необходимой мощности не хватает, покупать менее производительную модель просто нет смысла. Она будет бесполезна, точно также как колеса от легковушки для грузовика. В случае избыточной мощности кондиционер будет работать короткими, но более частыми включениями. А поскольку старт – наиболее тяжелый режим, это приведет к преждевременному износу компрессора.

Заметим, что кондиционер избыточной для данного помещения мощности будет иметь и избыточную цену, а создаваемый им слишком мощный поток холодного воздуха приведет, как минимум, к ощущению дискомфорта.

В силу сложившихся традиций, кроме единиц системы СИ, для измерения мощности кондиционеров (при работе на охлаждение или нагрев используют также внесистемную единицу "британская тепловая единица/час" (БТЕ/ч), величина которой определяется так: это количество тепла, необходимого для нагрева одного фунта (0,45 кг) воды на один градус Фаренгейта (0,56С). Единица БТЕ/ч так соотносится с единицей системы СИ (Ватт): 1 Вт = 3,412 БТЕ/ч

 Специалисты часто пользуются значениями производительности кондиционера по холоду (или по теплу), выраженными в БТЕ/ч, например, оконный кондиционер производительностью по холоду 10 000 БТЕ/ч именуется "оконник десятка".

Для измерения производительности кондиционера иногда используют такую единицу как "холодильная тонна", которая представляет собой количество энергии, необходимое для поддержания одной тонны воды в замерзшем состоянии в течение 24 часов. Одна холодильная тонна (ХТ) равна 12 000 БТЕ/ч.

Таким образом, используемые в климатической технике единицы измерения мощности (производительности) связаны между собой соотношениями:
1 Вт = 3,412 БТЕ/ч
1 Вт = 1,163 ккал/ч
1 БТЕ/ч = 0,293 Вт
1 ккал/ч = 3,968 БТЕ/ч
1 ХТ = 12000 БТЕ/ч

Другой характеристикой климатической системы служит EER (англ. - Energy Efficiency Rating – коэффициент энергетической эффективности), представляющий собой отношение мощности по холоду (холодопроизводительности) в БТЕ/ч к потребляемой мощности в Ваттах. Например, уже упоминавшийся "оконник десятка" с энергопотреблением 1200 Вт имеет EER, равный 8,3 БТЕ/Вт ч. Чем выше EER кондиционера, тем эффективнее это устройство с точки зрения энергозатрат.

Показатель СОР (англ. Coefficient of Performance – коэффициент производительности) идентичен коэффициенту EER и отличается от него только тем, что обе входящие в расчет величины (холодопроизводительность и потребляемая мощность) измеряются в одних и тех же единицах – ваттах, а поскольку 1 Вт = 3,412 БТЕ/ч, то EER = 3,412 COP.