Взгляд Главного инженера на системы ВиК воздуха

Главный инженер проектов — ​одна из ключевых позиций, оказывающих влияние на ход разработки проектной документации, ее качество, правильность принятых решений, соблюдение сроков проектирования и другие параметры. Факультетов и кафедр, где «учат на главного инженера», не существует, а по жизни функции этого специалиста весьма расплывчаты. Попробуем очертить круг задач главного инженера проектов применительно к системам кондиционирования и вентиляции.

Главный инженер проектов: ​кто он

В первую очередь следует заметить, что главные инженеры как таковые требуются на различных этапах жизненного цикла объекта — ​в процессе проектирования, строительства и эксплуатации. Каждой стадии производства присуща своя специфика работы, а потому и ответственными за ведение объекта на разных этапах будут, скорее всего, разные люди. В рамках данной статьи мы коснемся сферы интересов главных инженеров по проектированию инженерных систем зданий и сооружений.

Главный инженер проектов отвечает за проектирование инженерных систем с акцентом на предлагаемые технические решения. При этом сам процесс проектирования можно условно разделить на две части — ​концептуальное проектирование и разработку рабочей документации. По итогам выезда на объект производится анализ первичных данных и формируется концепция инженерных систем объекта, включая оценочную стоимость реализации предложенной концепции. И далее, на основе утвержденной концепции, ведется разработка рабочей документации, которая и будет потом передана в монтажное подразделение.

Должность главного инженера проектов присутствует в штатном расписании практически всех инжиниринговых компаний. Как правило, главными инженерами становятся инженеры-­проектировщики, прорабы или инженеры по эксплуатации. Так или иначе, но это специалисты, имеющие богатый опыт работы с различными инженерными системами, как то: вентиляция и кондиционирование, отопление, водоснабжение и водоотведение, электроснабжение, слаботочные системы, автоматизация и другие. Что-то они знают лучше, что-то хуже, но здесь требуется умение оперировать укрупненными показателями и обобщающими характеристиками. Под умением оперировать в данном случае понимаются навыки расчета и выявления ошибок, а также способность к прогнозированию ситуации.

К числу определяющих показателей в системах вентиляции и кондиционирования можно отнести следующие:

• Холодильная мощность систем кондиционирования.
• Мощность и габариты наружных блоков системы кондиционирования.
• Расход и напор систем вентиляции.
• Виды и габариты вентиляционных установок.

Холодильная мощность систем кондиционирования

Известно, что системы вентиляции и кондиционирования являются самыми энергозатратными инженерными системами зданий и сооружений, и поэтому первым среди укрупненных показателей СВК является мощность системы.

На долю кондиционерного и вентиляционного оборудования приходится от 20 до 40% от общей потребляемой мощности объекта. Так, если мощность всех потребителей на объекте составила 500 киловатт, то системы вентиляции и кондиционирования добавят еще 100–200 киловатт. Если выделенная мощность на объекте составляет 400 киловатт, то около 100–150 из них заберут системы вентиляции и кондиционирования, и на нужды здания останется лишь 250–300 киловатт.

• Холодильная мощность систем кондиционирования практически всегда превышает подведенную мощность, чему есть логичное объяснение: вся электрическая энергия объекта так или иначе превращается в тепловую энергию, как самую низкопотенциальную среди всех видов энергии.
• Например, система освещения потребляет 50 киловатт. Это означает, что при расчете теплопритоков в каждом из помещений будет учтена некоторая доля от этих 50 киловатт и общая тепловая нагрузка от освещения составит как раз 50 киловатт.
• Если на питание компьютеров и ноутбуков на рабочих местах сотрудников выделено 120 киловатт, то при расчете теплопритоков в каждом из помещений будет учтена определенная часть от этих 120 киловатт и общая тепловая нагрузка от оборудования рабочих мест составит те же 120 киловатт.

Таким же образом дело обстоит с прочей офисной техникой, оборудованием для столовых, спортивных и конференц-­залов, щитовыми и прочими вспомогательными помещениями — ​каждый киловатт подведенного к зданию электричества чреват тепловыми избытками.

Кроме того, в здание поступают тепло от солнечной радиации и тепло от наружного воздуха в приточной системе вентиляции, и процент такого рода теплоизбытков зависит от типа здания. В офисных центрах, супермаркетах, гостиницах, кинотеатрах и на производственных площадках эти показатели будут разниться. Важно другое — ​в любом случае они будут иметь место, и холодильная мощность системы кондиционирования так или иначе будет выше подведенной к объекту мощности.

Если на объекте планируется установка трансформаторной подстанции (ТП) мощностью 400 киловатт, а чиллер рассчитан на 200 киловатт, то либо значительная часть энергии ТП зарезервирована, либо допущена ошибка в расчетах. Если бы, например, мощность ТП составляла 400 киловатт, а мощность рабочих (не резервных) чиллеров составляла 500 киловатт, то ситуация выглядела бы куда логичнее.

Рассмотрим еще один подход к определению холодильной мощности систем кондиционирования на объекте — ​через площадь здания. Как известно, существует экспресс-­методика подбора кондиционеров в помещении: на каждый квадратный метр приходится от 100 до 150 ватт теплоизбытков. Эта же формула действует и в масштабах всего здания.

Предположим, площадь офисных помещений составляет 1000 квадратных метров. Следовательно, теплоизбытки составят 150 киловатт, а с учетом неофисных помещений — ​на 30–50% больше, то есть около 210 киловатт. Примерно такой должна быть холодильная мощность систем кондиционирования на объекте.

Мощность и габариты наружных блоков систем кондиционирования

Для оценки правильности подбора оборудования следует знать максимальные мощности различных инженерных систем. Что касается кондиционерной техники, то максимальная холодопроизводительность:

• полупромышленных кондиционеров составляет порядка 15 кВт,
• мини VRF‑систем — ​30 кВт (см. рисунок 1),
• VRF‑систем — ​300 кВт,
• одного чиллера с воздушным охлаждением конденсатора — ​2000 кВт (см. рисунок 2),
• одного чиллера с водяным охлаждением конденсатора — ​9000 кВт.

Знание максимальных мощностей различных видов систем кондиционирования позволяет быстро находить глобальные просчеты. Например, в здании с площадью офисных помещений 7000 квадратных метров не может быть установлено всего 4 VRF‑системы — ​их мощности явно не хватит (7000 квадратных метров соответствуют 7000 м² · 150 Вт/м² = 1 мегаватту теплоизбытков, что с учетом неофисных помещений дает 1,4 МВт теплоизбытков, для снятия которых нужно как минимум 5 VRF‑систем).

Помимо мощностных показателей различных видов систем кондиционирования, полезно знать варианты исполнения и габариты наружных блоков:

• Бытовые и промышленные кондиционеры — ​настенное исполнение, монтаж при помощи кронштейнов.
• Мини VRF‑системы — ​настенное исполнение, монтаж при помощи кронштейнов.
• VRF‑системы — ​напольное исполнение, площадь основания до 1000 × 1000 миллиметров.
• Чиллер с воздушным охлаждением конденсатора — ​напольное исполнение, габариты до 2500 × 2500 × 15000 миллиметров.
• Чиллер с водяным охлаждением конденсатора — ​напольное исполнение, габариты до 3000 × 3000 × 6000 миллиметров.

Расход и напор систем вентиляции

Укрупненный расчет систем вентиляции можно вести двумя путями одновременно — ​исходя из подведенной мощности, и из обслуживаемой площади.

Укрупненный расчет:

Предположим, компьютеры и ноутбуки рабочих мест потребляют N_э = 100 кВт. Это можно легко определить по однолинейной схеме электроснабжения, а если они запитаны от централизованного источника бесперебойного питания, то по его мощности. Мощность одного компьютера обычно принимают N_к = 500 Вт. Следовательно, количество рабочих мест N_p на объекте составит:

N_p = N_э / N_к = 100 000 / 500 = 200 рабочих мест.

На каждое рабочее место требуется подать G_чел = 60 кубических метров свежего воздуха в час. Расход приточного воздуха G_пр1, приходящийся на постоянных сотрудников, составит:

G_пр1 = N_p · G_чел = 200 · 60 = 12 000 м³/ч.

Кроме того, определенный расход приточного воздуха нужно будет предусмотреть на посетителей и для вентиляции прочих помещений объекта, в числе которых ​фойе, холлы, переговорные, комнаты отдыха, технические помещения. В рамках укрупненного расчета предположим, что он составляет 50% от расхода приточного воздуха, приходящегося на постоянных сотрудников. Общий расход приточного воздуха G_пр на объекте составит:

G_пр = 1,5 · G_пр1 = 1,5 · 12 000 = 18 000 м³/ч.

Если в результате проектирования общий расход приточного воздуха составил 17 000, 19 000 или даже 20 500 м³/ч, то можно говорить о том, что укрупненный расчет подтвердил проектные выкладки и система спроектирована правильно. Если же проектная производительность приточных установок сильно отличается от значения G_пр, например, составляет 10 000 м³/ч или 35 000 м³/ч, значит, где-то в расчетах присутствует ошибка.

Быстрый расчёт:

Вторая методика быстрого расчета производительности вентиляционных систем берет за основу общую площадь офисных помещений, которая обычно является одной из главных характеристик бизнес-­центров и часто указывается в рекламных проспектах.

Предположим, общая площадь офисных помещений на объекте составляет S = 12 000 квадратных метров. На одного сотрудника, как известно, должно приходиться S_чел = 6 квадратных метров офисной зоны. Следовательно, количество сотрудников N_чел в офисе составит:

N_чел = S / S_чел = 12 000 / 6 = 2000 человек.

Расход воздуха на каждого из них равен G_чел = 60 кубических метров свежего воздуха в час. Общий расход приточного воздуха G_пр1, приходящийся на постоянных сотрудников, составит:

G_пр1 = N_чел · G_чел = 2000 · 60 = 120 000 м³/ч.

Долю приточного воздуха, приходящуюся на посетителей и для обслуживания прочих помещений, как и прежде, примем равной 50%. Общий расход приточного воздуха G_пр на объекте составит:

G_пр = 1,5 · G_пр1 = 1,5 · 120 000 = 180 000 м³/ч.

Примерно такой и должна быть производительность приточных установок на объекте.

После определения производительности систем вентиляции следует проверить воздушный баланс в здании — ​суммарные расходы воздуха всех приточных и вытяжных систем должны совпадать. Отклонение на величину до 10% допустимо, выше — ​повод задуматься о причинах такого дисбаланса.

Так, на одном из объектов вентиляционное оборудование уже было подобрано, рабочая документация практически завершена, но в какой-то момент заметили, что производительность «приточки» на 25% ниже, чем у «вытяжки». При этом во всех помещениях была и приточная, и вытяжная вентиляция, и таблица воздухообмена включала полный список помещений. Все говорило в пользу того, что расходы должны совпадать. Как выяснилось, ​ошибка крылась в арифметике — ​суммируя поэтажные расходы воздуха, проектировщик упустил один этаж «по притоку», что и привело к заниженному расходу. Хорошо, что дело не дошло до закупки оборудования, — ​ошибка была выявлена раньше.

Следующий вопрос — ​аэродинамическое сопротивление систем вентиляции. Полноценный расчет аэродинамики — ​задача трудоемкая, и на уровне главного инженера проекта ею заниматься необязательно. Но навык оценки «на глазок» полезен.

В системах вентиляции производительностью до 1000 м³/ч сопротивление системы может составлять 300–500 Па, но едва ли составит 1000–1500 Па. В свою очередь, в системах производительностью в десятки тысяч кубометров воздуха в час сопротивление составит 1000–2000 Па, но уж точно не 300–500 Па.

Анализ уже реализованных проектов показывает, что зависимость аэродинамического сопротивления от расхода воздуха в приточных системах вентиляции примерно следующая:

• до 1000 м³/ч: 200–600 Па;
• до 10 000 м³/ч: 500–1500 Па;
• до 100 000 м³/ч: 1000–3000 Па.

Аэродинамическое сопротивление вытяжных систем на 20–40% ниже аэродинамического сопротивления приточных систем. Это объясняется отсутствием фильтра, нагревателя, охладителя и других элементов.

Виды и габариты вентиляционных установок

Из всего многообразия вентиляционного оборудования можно выделить четыре вида установок:

• Подвесные наборные системы вентиляции круглого сечения — ​до 1500 м³/ч.
• Подвесные наборные системы вентиляции прямоугольного сечения — ​от 800 до 7000 м³/ч.
• Подвесные комплектные системы вентиляции — ​от 800 до 7000 м³/ч (см. рисунок 3).
• Напольные комплектные вентиляционные установки — ​от 3000 м³/ч (см. рисунок 4).

Данная классификация конкретизирует сразу два параметра будущей системы — ​ее местоположение и методику подбора. Подвесные установки монтируются под потолком, поскольку имеют относительно небольшие габариты и массу, тогда как на полу монтируется более тяжелое и габаритное оборудование.

И наборные, и комплектные установки подбираются проектировщиком поэлементно, но в итоговой спецификации выглядят по-разному. Наборные системы представляют собой перечень элементов и их моделей. Комплектные системы представляют собой одно изделие с уникальным шифром, по которому производитель оборудования способен полностью идентифицировать его комплектацию.

Для каждого вида вентиляционных установок полезно знать их максимальные габариты — ​это поможет грамотно выбирать место их установки в здании:

• Подвесные наборные системы вентиляции круглого сечения обычно имеют диаметр от 100 до 315 мм. Длина полноценной приточной системы составляет 2,5–3 метра, но она может быть собрана с поворотами, что увеличивает ее гибкость. Монтируются в пространстве подшивного потолка в коридорах и технических помещениях.
• Подвесные наборные системы вентиляции прямоугольного сечения обычно имеют габариты от 500 × 250 до 800 × 500 мм. Длина полноценной приточной системы составляет около 4 метров, и она также может быть собрана с поворотами, что увеличивает гибкость системы. Устанавливаются в пространстве подшивного потолка в коридорах и технических помещениях.
• Подвесные комплектные системы вентиляции имеют малую высоту (от 300 до 700 миллиметров) при увеличенной ширине (от 600 до 1200 миллиметров) и малой длине (от 800 до 1500 миллиметров). Однако из-за малой длины в их состав не входят шумоглушители — ​до и после вентилятора, — ​их следует предусматривать отдельно. Монтируются в пространстве под потолком в технических помещениях, реже — ​в коридорах.
• Габариты напольных комплектных вентиляционных установок зависят от комплектации и производительности системы и могут составлять от 1000 × 1000 × 2000 до 2000 × 3000 × 10000 миллиметров. Размещаются на полу в венткамерах.

Начало работы над объектом

Работа над объектом начинается с анализа исходных данных, расчета укрупненных показателей и выбора подходящих видов систем. Обладая укрупненными показателями, легко отбирать подходящие решения и быстро предлагать концепции систем вентиляции и кондиционирования.

Предположим, перед нами коттедж с четырьмя спальнями, двумя детскими, кабинетом и гостиной. Объект «тянет» на 1000 кубометров свежего воздуха в час: четыре спальни по 2 человека, две детские по одному ребенку, кабинет на одного человека и гостиная на семью из четырех человек. Итого 15 человек по 60 кубометров воздуха в час, то есть 900 м³/ч. На такой расход воздуха разумно предусмотреть систему вентиляции диаметром 315 миллиметров или комплектную подвесную приточно-­вытяжную установку. Система кондиционирования — ​мини-­VRF с внутренними блоками настенного или канального типа в зависимости от пожеланий заказчика.

Другой пример — ​6-этажный бизнес-­центр с общей площадью офисных помещений 6000 квадратных метров. Это приблизительно 1000 сотрудников, которым требуется 60 000 кубометров свежего воздуха в час, а с учетом прочих помещений — ​90 000 м³/ч. Для обеспечения такого расхода воздуха желательно предусмотреть две или три крупные напольные комплектные приточно-­вытяжные установки, монтируемые в венткамерах:…

Средняя величина теплопритоков, приходящаяся на площадь в 6000 квадратных метров, составляет 6000 м²·150 Вт/м² = 900 кВт. С учетом прочих помещений — ​на 40% больше, то есть около 1,3 МВт. Для отвода такого количества теплоизбытков потребуется чиллерная система. Вероятнее всего, система будет двухконтурной с внутренним водяным и внешним гликолевым контурами. Сам чиллер будет установлен на кровле здания или во дворе, а гидравлическая развязка между контурами (пластинчатый теплообменник) и насосная станция для обоих контуров — ​в помещении насосной.

Аналогичные расчеты главный инженер проектов проводит и по другим инженерным системам здания, формируя структуру каждой из систем. Далее, в процессе разработки рабочей документации инженеры-­проектировщики уточнят полученные цифры, но быстрая укрупненная оценка позволяет сделать первые концептуальные выводы, а впоследствии оперативно проверить точность инженерных расчетов.

Взаимосвязь инженерных систем

Следующим шагом после определения типов систем является установление взаимосвязей между ними. Для работы системы вентиляции и кондиционирования требуются как минимум следующие связи:

• строительная готовность,
• электрическая мощность,
• интеграция с системой диспетчеризации,
• интеграция с системой пожарной сигнализации.

Существуют и более мелкие вопросы, например, точка подключения дренажа к системе водоотведения, но вопросов с ними, как правило, не возникает — ​для решения вопроса проектировщику СКВ достаточно дать местоположение стояка системы канализации.

Строительная готовность подразумевает наличие фундаментов, отверстий и шахт в местах прокладки коммуникаций и установки оборудования. Данные места должны контролироваться главным инженером проекта и согласовываться с ним.

Уже на этапе концептуального проектирования должна быть заложена необходимая электрическая мощность для питания систем вентиляции и кондиционирования. В системах электроснабжения не рекомендуется подключать разнотипные нагрузки от одного щита. Именно поэтому организуются поэтажные щиты различного назначения — ​освещения, компьютерных розеток, а также питания внутренних и наружных блоков кондиционеров.

В целях полноценной интеграции СКВ с системами диспетчеризации и пожарной сигнализации необходимо предусмотреть организацию нескольких каналов связи для передачи соответствующих сигналов.

Ведение проекта

В процессе ведения проекта главный инженер должен обращать внимание на следующие моменты:

• изменение основного оборудования;
• изменение взаимосвязей между инженерными системами.

В обоих случаях необходимо выяснить причину изменений, попытаться спрогнозировать последствия такого решения и провести актуализацию заданий смежникам в лице проектировщиков других инженерных систем.

Предположим, в силу тех или иных причин проектировщики СКВ сдвинули чиллер на кровле на несколько метров в сторону. Налицо изменение взаимосвязей между инженерными системами, а значит, необходимо своевременно поставить смежников в известность и провести с ними, и в первую очередь со строителями, все необходимые согласования. Инициатором здесь должен выступать главный инженер проекта. Наилучший формат — ​еженедельные совещания. Общение проектировщиков напрямую — ​тревожный сигнал, который говорит о том, что звено главного инженера ослабло. Этот же вывод напрашивается и в том случае, когда взаимодействия между «смежниками» нет вообще и «каждый проектирует что хочет».

Заключение

Главный инженер проекта — ​ключевое звено, отвечающее за концепцию решения, координацию инженеров-­проектировщиков и взаимосвязь с заказчиком. Для качественного ведения проекта ему следует знать основные конфигурации и укрупненные параметры каждой инженерной системы. Эти же знания помогают избежать принципиальных ошибок, которые могут быть совершены в ходе проектирования.

Еще один критерий успешного проекта — ​коммуникация между смежными инженерами, налаженная через главного инженера проекта. Такой подход позволяет всей команде инженеров двигаться в одном направлении, эффективно решая текущие задачи и быстро реагируя на вынужденные изменения в той или иной подсистеме.