Особенности проектирования термоактивных систем охлаждения здания

1.

ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ТЕРМОАКТИВНЫХ СИСТЕМ
ОХЛАЖДЕНИЯ ЗДАНИЯ
Научный руководитель: доцент, к.т.н. Белова Елена Михайловна
Докладчики: Кузнецов Антон Сергеевич,
Лялин Иван Александрович

2.

Термоактивные строительные
системы (TABS)
Эволюция и перспективы применения в современной климатотехнике
Системы панельного охлаждения применяются для обеспечения комфортных условий в помещении
достаточно давно. В настоящее время известно много конструктивных решений, предлагаемых для
охлаждения помещений. Одним из таких решений является прокладка труб в толщине массивного
бетонного перекрытия, так называемая термоактивная строительная система (TABS).
Несмотря на то, что первые попытки широкого внедрения таких систем в СССР предпринимались еще в
середине прошлого века для жилых зданий в Средней Азии, технология не получила развития. Причина
заключалась в ограничениях материалов — стальных и стеклянных труб, подверженных коррозии и
образованию отложений. Однако с появлением качественных полимерных труб интерес к TABS вернулся на
новом технологическом уровне.
Важно подчеркнуть триединую функцию бетонного перекрытия: оно служит несущим элементом,
аккумулятором холода и излучающей панелью одновременно. Это позволяет принципиально изменить
подход к формированию микроклимата, переходя от конвективных к лучистым методам теплообмена.
2

3.

АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ TABS
При оценке применимости TABS мы должны рассматривать систему с точки зрения термодинамического и
экономического анализа.
Ключевые преимущества:
Повышение доли лучистого теплообмена создает более комфортные условия, приближенные к естественному
тепловосприятию человеком.
Бетонная плита работает как буферная емкость: пиковые теплопритоки сглаживаются, что позволяет снизить
холодопроизводительность холодильных машин и, соответственно, капитальные затраты.
Открывается возможность использования ночного тарифа на электроэнергию для «зарядки» аккумулятора.
Повышение температуры хладоносителя (до 16–18°C) увеличивает холодильный коэффициент (EER) оборудования и
позволяет использовать низкопотенциальные источники.
Ограничения и риски:
Высокая тепловая инерция требует точного прогнозирования нагрузок. При резком изменении теплопоступлений
система не может быстро выйти на новый режим, что может вызывать периоды дискомфорта до нескольких часов.
Необходим строгий контроль влажности для исключения конденсации, так как температура поверхности может
опускаться ниже точки росы. Это требует интеграции с приточной вентиляцией.
TABS не заменяет кондиционирование, а лишь компенсирует явные теплопритоки. Нагрузка разделяется: СКВ
отвечает за влагоудаление и санитарную норму, СПЛО — за лучистый теплообмен.
3

4.

МЕТОДОЛОГИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И НОРМАТИВНАЯ БАЗА
Внедрение TABS потребовало пересмотра инженерной методологии. Базой для современных стандартов стали
исследования Технического университета Дании и Центра микроклимата помещений (CBE) Калифорнийского
университета в Беркли.
Основополагающим документом является ISO 11855, состоящий из семи частей. Для практикующего инженера
наиболее значимы:
ISO 11855-2 — регламентирует общие методы расчета для систем типов A–G, включая граничные условия и подходы
на основе конечных разностей.
ISO 11855-4 — посвящен расчету пиковой производительности TABS (тип E) в нестационарных условиях. Он
учитывает все источники теплоты, включая солнечную радиацию, и позволяет определить параметры системы
холодоснабжения.
Типовая конструкция перекрытия: деревянное покрытие, воздушная прослойка, несущий железобетон и активная
охлаждающая поверхность с замоноличенными трубами.
4

5.

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДОВ РАСЧЕТА
Точность против трудозатрат
В рамках стандарта ISO допускается несколько уровней детализации расчетов. Выбор метода определяется стадией
проектирования и требуемой точностью.
1. Грубый (стационарный) метод. Погрешность достигает 20–30%. Основан на осредненных параметрах и применим
лишь для предварительных оценок, так как не учитывает динамику тепловых процессов.
2. Метод имитационного моделирования (FDM). Погрешность снижается до 10–15%. Выполняется итерационный
почасовой расчет с учетом переменных теплопоступлений. Модель предсказывает теплообмен как в плите, так и в
помещении до достижения комфортных температур.
3. Динамическое моделирование. Наиболее точный подход (погрешность 6–10%). Требует создания общей
имитационной модели здания и системы в специализированном ПО (например, TRNSYS, EnergyPlus). Позволяет увидеть
полную картину нестационарных процессов.
4. Упрощенный метод с диаграммами. Погрешность 15–20%. Рекомендован для экспресс-оценки при проектировании
TABS. Основан на знании суточного количества теплоты, которое необходимо аккумулировать.
5

6.

ИНЖЕНЕРНАЯ МЕТОДИКА РАСЧЕТА TABS
От теплопритоков к температуре теплоносителя
Рассмотрим упрощенный метод, который, тем не менее, позволяет получить инженерно-обоснованные результаты без сложного моделирования. Метод
базируется на гипотезе о квазистационарном режиме ядра перекрытия.
Исходные данные:
Почасовые теплоизбытки с учетом инсоляции.
Конструктив перекрытия и расположение труб (охлаждаемый потолок).
Режим работы контура (например, 8 или 24 часа).
Алгоритм расчета:
1.Определение удельного суточного теплопритока q [кВт·ч/м²]. Суммируются все теплопоступления к охлаждаемой поверхности за сутки и делятся на
площадь помещения.
2.Расчет внутреннего термического сопротивления RInt. Используется метод электротепловой аналогии для многослойной конструкции от трубы до
поверхности.
3.Определение среднесуточной температуры поверхности θp,mp,m​. Вводится коэффициент ω (табл 2,3), учитывающий режим работы, ориентацию и
количество активных зон.
6

7.

ИНЖЕНЕРНАЯ МЕТОДИКА РАСЧЕТА TABS
4,Расчет начальной температуры воды
*Учитываются термическое сопротивление трубы.
Данный подход позволяет проектировщику обоснованно выбрать температурный график системы холодоснабжения и
подобрать оборудование на ранних этапах.
7

8.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!!!
8