Обеспечение комфортного микроклимата в помещениях любого назначения невозможно без грамотного учета теплоизбытков. Избыточное тепло поступает от людей, оборудования, солнечной радиации и ограждающих конструкций. Если не предусмотреть систему удаления этого тепла (вентиляцию или кондиционирование), температура в помещении поднимется до недопустимых значений, что приведет к снижению производительности труда, порче оборудования или товара и нарушению санитарных норм.

Данная статья подробно рассматривает методику расчета воздушного обмена по теплоизбыткам, основные формулы, классификацию источников тепла и разбор практического примера (на основе типовой инженерной задачи).

Классификация источников теплоизбытков

Перед началом расчетов необходимо составить ведомость теплоизбытков. Все источники делятся на основные группы:

Теплоизбытки от людей

Человек выделяет сенсибельное (осязаемое) и латентное (скрытое, при испарении влаги) тепло. Величина зависит от тяжести труда и температуры воздуха в помещении.

• Сенсибельные (Q_ч,о): нагрев воздуха конвекцией и излучением.
• Латентные (Q_ч,вл): затраты на испарение пота и дыхание (влагоизбытки).

Примерные значения (при t_в ≈ 20–22°C):

• Легкая работа (офис, сидячая): ~75 Вт (сенс.) + ~55 Вт (лат.) = 130 Вт суммарно.
• Средняя тяжесть: ~100 Вт + ~90 Вт = 190 Вт.
• Тяжелая работа (спортзал, цех): ~150–200 Вт (сенс.) + ~200–300 Вт (лат.).

Теплоизбытки от технологического оборудования

Самый значимый пункт в спортзалах, серверных, производственных залах.

• Электрическое оборудование: Почти 100% потребляемой электроэнергии переходит в тепло (за вычетом полезной работы, уходящей в механическую энергию, которая в итоге тоже обращается в тепло за счет трения).
• Газовое оборудование: Учитывается коэффициент использования тепла (часть уходит в дымоход).
• Коэффициент одновременности (K_од): Важен для залов с множеством тренажеров — не все работают одновременно.

Теплоизбытки от солнечной радиации

Зависят от ориентации фасада, площади остекления, коэффициента пропускания света (для обычного стекла ~0.7–0.8, для тонированного/защитного — ниже), наличия жалюзи/штор.

Расчетный поток солнечной радиации (q_сол, Вт/м²) берется по картам климатических районов (СП 131.13330.2018 / СНиП 23-01-99*).

Теплоприток через ограждающие конструкции

Рассчитывается по формуле теплопроводности:

Q_огр = Σ (K_i × F_i × (t_нар ౼ t_вн))

• K_i — коэффициент теплопропускания конструкции (Вт/м²·К).
• F_i — площадь конструкции (м²).
• t_нар — расчетная наружная температура лета (по СП 131.13330).
• t_вн, расчетная внутренняя температура.

Теплоизбытки от вентиляционного воздуха (при t_нар > t_вн)

Если летом наружный воздух теплее внутреннего, приточный воздух приносит дополнительное тепло:

Q_вент = 0.278 × L × ρ × c_п × (t_нар ౼ t_вн) ≈ 0.335 × L × (t_нар ౼ t_вн) (Вт), где L — расход воздуха (м³/ч).

Методика расчета воздушного обмена по теплоизбыткам

Существует два основных подхода: расчет минимального необходимого расхода воздуха (для вентиляции) и расчет мощности холодильного оборудования (для кондиционирования).

Базовая формула расхода воздуха (Сенсибельное тепло)

Для удаления сенсибельных теплоизбытков (Q_Σ,о, Вт) за счет нагрева приточного воздуха от температуры подачи (t_п) до температуры удаления/помещения (t_у = t_вн):

L_о = Q_Σ,о / (0.335 × (t_вн ౼ t_п)) (м³/ч)

• 0.335 — удельная теплоемкость воздуха (кДж/(м³·К)) при ρ ≈ 1.2 кг/м³, c_п ≈ 1.005 кДж/(кг·К).
• t_вн, установленная температура в помещении (из ТЗ/СанПиН).
• t_п, температура приточного воздуха (зимой — после калорифера, летом — после охлаждения или t_нар при вентиляции без охлаждения).

Учет влагоизбытков (Латентное тепло)

Вентиляция удаляет влагу за счет разности влагосодержания удаляемого (x_у) и приточного (x_п) воздуха.

L_вл = G_вл / (x_у ⎼ x_п) (м³/ч)

• G_вл — суммарный влагоизбыток (г/ч).
• x_у — влагосодержание в помещении (г/кг) при t_вн и φ_вн (из И-х диаграммы).
• x_п — влагосодержание приточного воздуха (зимой ~1–2 г/кг после нагрева, летом, по наружному воздуху или после осушения).

L_расч = max(L_о; L_вл; L_{санитарный}; L_{углерод})

Где L_{санитарный}, норма на человека (например, 60 м³/ч/чел по СП 60.13330 или 20–30 м³/ч/чел по ASHRAE 62.1), L_{углерод} — по избытку CO₂.

Практический пример: Спортзал (Разбор кейса с форума АВОК)

Рассмотрим задачу, обсуждаемую специалистами на форуме АВОК (тема от ).

Исходные данные:

• Площадь помещения: 185 м².
• Тренажеры: 6 кВт (суммарная установленная мощность).
• Количество людей: 12 чел. (максимально).
• Существующая вентиляция: L = 1800 м³/ч.
• Задача: Проверить, хватает ли 1800 м³/ч.

Шаг 1. Определение расчетных параметров (ТЗ / Нормы)

Для спортзалов (СанПиН -21, СП 111.13330):

• Расчетная температура летом t_вн = 18–20°C (примем 20°C).
• Относительная влажность φ = 50–60%.
• Наружная расчетная температура (для Москвы/центральной полосы): t_нар = 28–30°C (примем 28°C).
• Температура приточного воздуха летом t_п: Если нет кондиционирования (только вентиляция), t_п = t_нар = 28°C. Если есть охлаждение — t_п = 16–18°C.

Шаг 2. Расчет суммарных теплоизбытков (Q_Σ,о)

1. Люди (12 чел., тяжелая работа — спорт):
   • Сенсибельные: q_ч,о ≈ 180–200 Вт/чел. Примем 200 Вт.
   • Q_ч,о = 12 × 200 = 2400 Вт.
2. Тренажеры (6 кВт):
   • Мощность 6 кВт — это, скорее всего, установленная (номинальная) мощность приводов.
   • Коэффициент одновременности K_од для фитнес-залов: 0.3–0.5 (не все тренажеры на макс. нагрузке одновременно).
   • Коэффициент нагрузки K_н (отношение реальной мощности к номинальной): ~0.7–0.8.
   • Q_обор = 6000 Вт × 0.4 (K_од) × 0.75 (K_н) ≈ 1800 Вт. (Консервативно можно взять 2000–2500 Вт).
3. Солнце / Ограждения: Для упрощения примера примем Q_{сол+огр} ≈ 1000–1500 Вт (зависит от остекления).

Шаг 3. Расчет необходимого расхода воздуха (Сценарий А: Только вентиляция, без охлаждения)

t_п = t_нар = 28°C. t_вн = 20°C.

Δt = t_вн ⎼ t_п = 20 ⎼ 28 = -8°C.

Реальная температура в помещении при L=1800 м³/ч установится по тепловому балансу:

Q_Σ,о = 0.335 × L × (t_{вн,реал} ⎼ t_нар)

5600 = 0.335 × 1800 × (t_{вн,реал} ⎼ 28)

t_{вн,реал} ⎼ 28 = 5600 / 603 ≈ 9.3°C

t_{вн,реал} ≈ 37.3°C — Критически недопустимо.

Шаг 4. Расчет необходимого расхода воздуха (Сценарий Б: Есть кондиционирование / Охлаждение притока)

Пусть приточный воздух охлаждается до t_п = 16°C (типичная температура подачи в системы ВВК/чилер-фанкойл).

Δt = t_вн ⎼ t_п = 20 ౼ 16 = 4°C.

L_о = 5600 / (0.335 × 4) = 5600 / 1.34 ≈ 4180 м³/ч.

Шаг 5. Проверка по влаге (Латентная нагрузка)

• Влагоизбыток от 12 спортсменов: G_вл ≈ 12 × 200 г/ч = 2400 г/ч (при интенсивной нагрузке может быть 300–400 г/ч/чел).
• x_у (при 20°C, 50%) ≈ 7.3 г/кг.
• x_п (после охлаждения до 16°C, 90-95% φ, затем нагрев до 16°C) ≈ 9–10 г/кг? Нет, при охлаждении до точки росы влага удаляется. Обычно x_п ≈ 6–7 г/кг.
• Δx ≈ 1–2 г/кг.
• L_вл = 2400 / 1.5 ≈ 1600 м³/ч.

L_вл (1600) < L_о (4180). Определяющим является тепло.

Шаг 6. Проверка по санитарной норме (СП 60.13330 / СанПиН)

• Норма на спортсмену в зале: не менее 80 м³/ч/чел (для залов тяжелой атлетики/фитнеса часто требуют 80–100).
• L_сан = 12 × 80 = 960 м³/ч.

Ответ на вопрос форума: Существующих 1800 м³/ч категорически недостаточно для компенсации теплоизбытков при заданных нагрузках (6 кВт тренажеров + 12 человек) и поддержании температуры 20°C. Необходима либо система кондиционирования (рекуперация/охлаждение притока) с расходом ~4200 м³/ч, либо локальные кондиционеры (сплит-системы, фанкойлы) для уборки основной нагрузки, а вентиляция работает только на качество воздуха (CO₂, влага) ~1500–2000 м³/ч.

Особенности расчетов для разных типов систем

Приточно-вытяжная вентиляция (ПВУ) с рекуперацией

• Зимой: Рекуператор нагревает приток за счет вытяжки. Расчет на теплоизбытки обычно не ограничивающий (нагрузка на калорифер).
• Летом: Рекуператор (плоскослойный/роторный) может передавать тепло от горячего притока к холодной вытяжке (если внутри холоднее). Эффективность 50–85%.
• Если t_нар > t_вн, без пост-охлаждения (водяного/фреонового кулера в ПВУ или чилера) удержать t_вн невозможно.

Системы ВВК (Воздушно-водяные кондиционеры) / Фанкойлы

• Вентиляция (ПВУ) обеспечивает только санитарный обмен (L_сан, L_вл, CO₂). Обычно 20–40 м³/ч/чел или 1–2 обмена.
• Основные теплоизбытки (Q_Σ,о) убираются локальными приборами (фанкойлы, сплит-системы, чиллер-фанкойл).
• Расчет фанкойла: Q_охл ≥ Q_Σ,о (с запасом 10–15%).

Системы VRF / VRV / Мульти-сплиты

Аналогично ВВК. Вентиляция отдельно, охлаждение отдельно. Расчет теплоизбытков нужен для подбора блоков внутренних и внешних машин.

Программные инструменты и нормативная база

Нормативные документы (актуальные на 2024–2026 гг.):

1. СП 60.13330.2020 «Нагревание, вентиляция и кондиционирование» (актуализированная редакция СНиП 41-01-2003). — Основной документ.
2. СП 131.13330.2018 «Строительная климатология» (СНиП 23-01-99*). — Климатические параметры (t_нар, I_сол, влагосодержание).
3. СанПиН -21 «Микроклимат производственных помещений». — Температурные режимы по категориям тяжести труда.
4. СанПиН -21 «Микроклимат общественных зданий»., Для спортзалов, офисов, торговых залов.
5. ГОСТ 30494-2011 «Микроклимат параметры в жилых и общественных зданиях».
6. МГСН 3.05-01 (для Москвы) — нормы вентиляции спортзалов (80 м³/ч/чел).

Популярное ПО для расчетов:

• VENT (ВЕНТ) — классика российского проектирования, ведомости теплоизбытков, расчет ПВУ.
• КОМПАС-Вентиляция / Revit (MEP) — BIM-проектирование с расчетами.
• Carrier HAP / Trane Trace 700 / DesignBuilder — часовые расчеты нагрузок (Load Calculation), учет тепловой инерции здания.
• Excel-таблицы (самостоятельные) — для быстрых проверок «на коленке» (как в примере выше).

Типичные ошибки при расчете по теплоизбыткам

1. Игнорирование коэффициента одновременности (K_од) для оборудования. Принимают сумму номиналов всех тренажеров/компьютеров → завышенный расход воздуха/мощность хладагента → перерасход денег на оборудование и электроэнергию.
2. Неучет латентных теплоизбытков (влаги). В спортзалах, бассейнах, кухнях влага часто определяющая. Если не обеспечить осушение (x_п < x_у), возникнет конденсат, плесень, дискомфорт.
3. Путаница с температурами (t_у vs t_вн). Как обсуждалось на форуме: t_у в формуле баланса — это температура воздуха, уходящего в вытяжку. В идеально перемешанном помещении t_у = t_вн. Нельзя ставить t_у = t_нар или произвольное значение.
4. Расчет только на «холодный» период. Летний расчет (t_нар max, солнце) часто дает больший расход воздуха/мощность холода, чем зимний (на калорифер).
5. Забывают о теплопритоке от вентилятора ПВУ. Мощность двигателя приточного вентилятора (с учетом КПД) полностью переходит в тепло притока (Δt ≈ 1–3°C). Это нужно учитывать в тепловом балансе ПВУ.

Расчет на компенсацию теплоизбытков — это фундамент проектирования любой вентиляционной или кондиционирующей системы. Он состоит из трех этапов:

1. Сбор исходных данных: Точная ведомость оборудования, людей, ограждений, климат, ТЗ заказчика (t_вн, φ_вн).
2. Расчет суммарных нагрузок: Разделение на сенсибельные (Q_о) и латентные (Q_вл).
3. Подбор схемы и оборудования: Решение — вентиляция وحدها (только если t_нар < t_вн или допустимо повышение t_вн), вентиляция с охлаждением притока, или раздельная схема (ПВУ + локальное кондиционирование).

Как показал разбор примера с форума АВОК (площадь 185 м², 6 кВт тренажеров, 12 человек), попытка удержать нормальную температуру только за счет вентиляции без охлаждения притока летом физически невозможна (приток теплее помещения). Наличие 1800 м³/ч покрывает лишь санитарные нормы по воздуху, но не тепловой баланс. Для данного объекта необходимо проектирование системы кондиционирования (чилер-фанкойлы, VRF или ПВУ с постуохлаждением) на холодопроизводительность не менее 6–7 кВт.

Грамотный расчет на этапе проектирования экономит значительные средства на эксплуатации и гарантирует комфорт пользователей.