Как написать курсовую по кондиционированию с нуля – полное руководство с расчетами и примерами

Написание курсовой работы по системам кондиционирования воздуха (СКВ) часто кажется студентам непосильной задачей, полной сложных расчетов и непонятных диаграмм. Однако, если разбить этот процесс на логические шаги, он превращается из пугающего квеста в понятный инженерный алгоритм. Эта статья — ваше пошаговое руководство, которое проведет вас за руку через все ключевые этапы: от сбора исходных данных и теплотехнических расчетов до финального подбора оборудования и построения процессов на I-d диаграмме. Мы превратим хаос в четкий план действий и покажем, что спроектировать систему кондиционирования для общественных зданий — вполне реальная задача.

Итак, любой качественный проект начинается с фундамента. В нашем случае это сбор исходных данных и формирование технического задания. Перейдем к первому и самому важному шагу.

Шаг 1. Как заложить фундамент будущего проекта через сбор исходных данных

Ошибки на начальном этапе неизбежно приведут к неверным расчетам и неправильному подбору оборудования. Поэтому первым делом необходимо сформировать техническое задание (ТЗ) — это точка отсчета для всей вашей работы. Системный сбор данных можно разложить на несколько ключевых задач:

• Климатические параметры региона. Вам нужны расчетные параметры наружного воздуха для теплого и холодного периодов года (температура, влажность). Эти данные берутся из нормативных документов (СП 131.13330 «Строительная климатология»).
• Характеристики здания. Необходимо собрать всю информацию об объекте: поэтажные планы, разрезы, ориентация по сторонам света. Крайне важен состав «пирога» наружных стен, перекрытий и кровли, а также тип и площадь остекления.
• Назначение помещений и требования к микроклимату. Вы должны четко знать, что это за помещения (офис, аудитория, торговый зал) и какие параметры внутреннего воздуха в них нужно поддерживать (температура, влажность, подвижность воздуха). Эти требования также регламентируются нормативными документами (например, ГОСТ 30494-2011).

Давайте для наглядности введем сквозной пример, который будем использовать далее. Допустим, мы проектируем систему для небольшого офисного помещения в г. Москва, у нас есть его план, известны материалы стен и характеристики окон.

Теперь, когда у нас на руках все исходные данные нашего условного офиса, мы можем приступить к сердцу курсовой работы — теплотехническим расчетам. Начнем с определения всех источников тепла, которые будут нагружать нашу будущую систему.

Шаг 2. Как рассчитать теплопоступления, чтобы ничего не упустить

Этот этап похож на детективную работу: нужно найти и «посчитать» все источники тепла, которые нагревают помещение в летний период. Каждый из них вносит свой вклад в общую тепловую нагрузку, которую должна будет компенсировать система кондиционирования. Рассмотрим основные из них на нашем примере с офисом.

1. Тепло от солнечной радиации. Это один из самых значительных источников тепла. Теплопоступления поступают через окна и зависят от их площади, типа остекления и, что критически важно, ориентации по сторонам света. Расчет ведется по специальным формулам, учитывающим эти факторы.
2. Тепло от людей. Каждый человек в помещении выделяет теплоту. Ее количество зависит от физической активности. Для нашего примера, офисной работы, можно принять, что один сотрудник выделяет около 140 Вт явной и скрытой теплоты.
3. Тепло от оргтехники и электроприборов. В современном офисе это очень существенная нагрузка. Каждый компьютер, монитор, принтер или чайник — это маленький обогреватель. В расчетах учитывается их паспортная мощность и коэффициент одновременности работы. Для примера, средний офисный компьютер с монитором выделяет около 300 Вт, а лазерный принтер — еще столько же.
4. Тепло от искусственного освещения. Мощность всех осветительных приборов также переходит в теплоту и должна быть учтена.

После суммирования всех этих величин вы получите общие теплопоступления в помещение. Для быстрой проверки можно использовать укрупненные показатели: для офисных помещений удельные теплопоступления обычно лежат в диапазоне 120–220 Вт/м². Если ваше значение сильно отличается, стоит перепроверить расчеты.

Мы учли всё, что нагревает наше помещение летом. Но для полноты картины и для расчетов в холодный период года необходимо оценить и обратный процесс — потери тепла.

Шаг 3. Учитываем теплопотери для полноты теплового баланса

Система кондиционирования — это не только охлаждение. Современные СКВ часто работают в режиме теплового насоса и обеспечивают обогрев в межсезонье и зимой. Поэтому расчет теплопотерь является обязательной частью курсовой работы. Физика процесса проста: в холодный период года тепло уходит из помещения во внешнюю среду через ограждающие конструкции.

Основная формула для расчета теплопотерь учитывает три главных фактора:

• Площадь каждой конструкции (стены, окна, крыши, пола).
• Разницу температур между внутренним и наружным воздухом.
• Коэффициент теплопередачи конструкции (показывает, насколько легко она «пропускает» тепло).

Просуммировав потери тепла через все ограждающие конструкции, мы получаем общую величину, которую необходимо будет компенсировать системой отопления или кондиционирования в режиме обогрева. Этот расчет замыкает тепловой баланс помещения.

Теперь у нас есть две ключевые цифры: сколько тепла поступает в помещение летом и сколько теряется зимой. Следующий логический шаг — свести их воедино и определить избыточную теплоту.

Шаг 4. Как свести дебет с кредитом при расчете избыточной теплоты

После того как мы отдельно рассчитали все теплопоступления и теплопотери, наступает время определить итоговую величину, на которую и будет работать наша система в режиме охлаждения. Эта величина называется избыточная теплота (или теплоизбытки).

Ее расчет предельно логичен: избыточная теплота — это разница между всеми теплопоступлениями в помещение и теплопотерями из него за один и тот же период времени.

Q_изб = ΣQ_поступлений - ΣQ_потерь

Именно на эту величину (измеренную в ваттах) и подбирается холодильная мощность нашего будущего кондиционера. Для нашего сквозного примера с офисом мы складываем тепло от солнца, людей и техники, вычитаем теплопотери через стены и окна и получаем итоговое значение, которое система должна будет «убрать» из помещения, чтобы поддерживать в нем комфортную температуру.

Мы определили, СКОЛЬКО тепла нужно убрать из помещения. Теперь нужно понять, КАК мы это сделаем с помощью воздуха. Для этого нам понадобится главный инструмент инженера-климатотехника — I-d диаграмма.

Шаг 5. Визуализируем магию воздуха на I-d диаграмме

I-d диаграмма влажного воздуха поначалу пугает обилием линий, но на самом деле это ваш лучший друг и мощнейший инструмент. Представьте ее как карту состояний воздуха, где любая точка имеет свои уникальные «координаты»: температуру, влажность, энтальпию (теплосодержание) и другие параметры. Ваша задача — нарисовать на этой карте «маршрут» движения воздуха через систему кондиционирования.

Построение процесса для нашего офиса на I-d диаграмме выглядит так:

1. Наносим исходные точки. Находим на диаграмме точку Н, соответствующую параметрам наружного воздуха (например, для Москвы летом +28°C), и точку В с параметрами воздуха, которые мы хотим поддерживать внутри помещения (например, +24°C).
2. Строим луч процесса. Соединив точки Н и В, мы получаем линию, на которой будет лежать точка смеси наружного и рециркуляционного воздуха. Положение этой точки зависит от кратности воздухообмена. Для офисных помещений нормой считается 1,5–2,5 обмена в час, что обеспечивает удаление избытков CO2.
3. Изображаем обработку в кондиционере. Из точки смеси мы ведем линию процесса охлаждения (и, как правило, осушения) воздуха. Эта линия показывает, как кондиционер меняет температуру и влажность воздуха, прежде чем подать его в помещение.
4. Определяем ключевые параметры. Построенный процесс наглядно показывает, сколько холода нужно затратить на обработку воздуха (через разницу энтальпий) и какое количество влаги сконденсируется в дренаж.

Диаграмма наглядно показала нам, какие процессы должны происходить с воздухом. Теперь пора выбрать конкретное оборудование, которое сможет физически реализовать эти процессы.

Шаг 6. Как выбрать сердце системы, то есть основное оборудование

Подбор оборудования — это строгий инженерный этап, который целиком и полностью следует за выполненными расчетами. Главное правило: сначала расчеты, потом каталоги производителей, а не наоборот.

На основе полученных данных мы должны выбрать основные элементы системы. Ключевыми параметрами для выбора являются:

• Холодопроизводительность (Qхол). Она должна быть равна или чуть больше рассчитанных нами теплоизбытков. Важно заложить небольшой запас по производительности в пределах 10–20%, чтобы система уверенно справлялась с пиковыми нагрузками и не работала на пределе своих возможностей.
• Расход воздуха (L, м³/ч). Этот параметр мы определили на этапе расчета воздухообмена и построения процесса на I-d диаграмме.

Вооружившись этими двумя цифрами, мы можем приступить к выбору типа и модели кондиционера. Это может быть как канальная сплит-система для одного-двух помещений, так и секция охлаждения в составе центрального кондиционера для целого этажа. При выборе центрального кондиционера также производится расчет его функциональных блоков: подбираются фильтры необходимого класса очистки, теплообменники (охладитель и нагреватель) и, при необходимости, увлажнитель.

Оборудование выбрано. Остался финальный штрих — грамотно доставить подготовленный воздух в помещение и оформить нашу работу.

Заключение и финальные штрихи

Итак, мы прошли полный путь проектирования: от сбора данных в ТЗ, через скрупулезный расчет теплового баланса и визуализацию процесса на I-d диаграмме, до осознанного выбора оборудования. Наш сквозной пример с офисным помещением показал, что за каждым этапом стоит четкая инженерная логика.

Финальными штрихами вашей курсовой работы станут:

• Разработка схемы воздухораспределения. На плане помещения нужно показать, где будут расположены воздухораспределители (решетки, диффузоры), чтобы обеспечить равномерную подачу и удаление воздуха без создания сквозняков.
• Анализ технико-экономических показателей. Часто требуется сравнить несколько вариантов систем и обосновать, почему выбранный вариант является оптимальным не только с технической, но и с экономической точки зрения.
• Оформление пояснительной записки и чертежей согласно требованиям вашей кафедры.

Запомните, курсовая работа — это не просто текст и цифры для получения оценки. Это ваша первая настоящая инженерная задача, возможность применить теорию на практике и почувствовать себя специалистом. Успешной защиты!

Литература

1. СНиП 2.04-05-91* «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха».
2. СНиП 2.01.01-82 «Строительная климатология и геофизика».
3. Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей: справочник/Манюк В.И. – третье издание переработанное и дополненное. — М.: Стройиздат, 1988 – 432с.
4. Методическое пособие «Кондиционирование воздуха. Основы конструирования, расчета центральных УКВ».