CFD-моделирование позволяет провести оценку теплового комфорта помещений в соответствии с методологией стандартов ANSI/ASHRAE 55, ISO 7730:2005 и ГОСТ Р ИСО 7730–2009 ещё на этапе проектирования. Наличие такой оценки даёт возможность подбирать оптимальные характеристики и взаимное расположение оборудования отопления, вентиляции и кондиционирования (HVAC).

Уровень теплового комфорта PMV

Ключевой задачей проектирования систем вентиляции является обеспечение требуемого уровня теплового комфорта для людей. Однако понятие теплового комфорта носит субъективный характер и зависит не только от температуры воздуха, а от целого ряда факторов. Стандарты ANSI/ASHRAE 55, ISO 7730:2005 и ГОСТ Р ИСО 7730–2009 вводят для оценки теплового комфорта показатель PMV (англ. Predicted Mean Value, прогнозируемая средняя оценка).

PMV интерпретирует состояние теплового комфорта по шкале от –3 до 3 (где –3 соответствует состоянию «холодно», а 3 – «жарко»), и учитывает шесть ключевых факторов, влияющих на восприятие теплового комфорта:

• Температура воздуха
• Скорость движения воздушных потоков
• Тепловое излучение
• Влажность
• Активность человека
• Одежда человека 

Применение результатов CFD-моделирования

Показатель PMV рассчитывается по сложной математической формуле, и для его расчёта нужны, в том числе, следующие величины: коэффициент теплоизоляции одежды, температура воздуха, скорость движения воздуха, температура поверхности одежды и ряд других физических параметров, получить информацию о которых можно с помощью CFD-моделирования. Подобный расчёт требует специальных знаний и опыта в области аэродинамики, теплофизики и методов математического моделирования, что делает необходимым привлечение квалифицированных специалистов.

Специалистами АО «ЦИФРА» выполнено CFD-моделирование для оценки уровня теплового комфорта в офисном помещении площадью 78,5 м². Цель работы – оптимизация системы кондиционирования.

Модель офисного помещения и расположение рассматриваемых сечений

По результатам расчётов проведён анализ теплового комфорта на основе полученного поля показателя PMV. В исходной конфигурации в большей части офиса значение PMV превышало 2, что соответствует состоянию «Жарко» и говорит о заметном дискомфорте сотрудников.

Для решения проблемы рассматривались различные методы, например значительное охлаждение воздуха. Это позволяло снизить PMV, но приводило к возникновению явных неоднородностей уровня комфорта по помещению.

Распределение показателя PMV в офисном помещении

В качестве итогового решения был принят вариант с увеличением расхода воздуха через кондиционер. Проверочный расчёт показал, что в большей части офиса уровня теплового комфорта PMV соответствует значениям «Немного тепло» или «Нейтрально». Таким образом, изменение рабочих характеристик кондиционера позволило достичь требуемых параметров теплового комфорта в рабочей зоне.

Заключение

CFD-моделирование обеспечивает возможность предварительной оценки теплового комфорта в соответствии с международными стандартами ANSI/ASHRAE 55, ISO 7730:2005 и ГОСТ Р ИСО 7730–2009. Это позволяет не только подобрать оптимальные характеристики и взаимное расположение оборудования отопления, вентиляции и кондиционирования (ОВиК), но и снизить риски несоответствия технических решений нормативным требованиям.

Использование CFD-моделирования позволяет визуализировать распределение температуры и скорости воздушных потоков, а также показать распределение показателя теплового комфорта PMV в помещении ещё на этапе проектирования. Применение такого подхода сокращает сроки разработки проектов, и затраты на их доработку. Кроме того, анализ тепловой комфортности на этапе проектирования позволяет оптимизировать энергопотребление оборудования ОВиК, что критично для современных зданий с высокими стандартами энергоэффективности.

Таким образом, CFD-моделирование становится важной частью проектирования, позволяя достичь баланса между техническими, экономическими и экологическими аспектами в условиях соблюдения нормативных требований.

Изображение заголовка – фото Vadim Babenko на Unsplash