Обоснование оптимальной системы отопления на примере административного здания

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. СТРОИТЕЛЬСТВО

УДК 658.264

ОБОСНОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ НА ПРИМЕРЕ

АДМИНИСТРАТИВНОГО ЗДАНИЯ

Д.Н. Абраменко, Н.Л. Корзун

Рассмотрены различные варианты систем отопления и кондиционирования административного здания. На примере фитнес-центра выявлен наиболее эффективный и экономичный вариант инженерных систем в целях повышения степени комфорта посетителей.

Ключевые слова: отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха, нормы.

BASIS OF THE OPTIMAL HEATING SYSTEM BY THE EXAMPLE OF AN ADMINISTRATION BUILDING

D.N. Abramenko, N.L. Korzun

The article examines different variants of heating and air condition systems for an administration building. Taking the example of a fitness-centre the author suggests the most efficient variant of engineering systems for clients' comfort improvement.

Key words: heating, ventilation, air-conditioning, standards.

Введение

Потребление энергии в России, как и во всем мире, неуклонно возрастает, прежде всего, это касается обеспечения тепловой энергией инженерных систем зданий и сооружений. Из основных теплозатрат на коммунально-бытовые нужды в зданиях (отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха, горячее водоснабжение) является отопление.

Это объясняется условиями эксплуатации зданий в период отопительного сезона (7-9 мес.) на большей части территории России. Теплопотери через наружные ограждающие конструкции значительно превышают внутренние тепловыделения (от людей, осветительных приборов, оборудования). Поэтому для создания и поддержания теплового комфорта в помещениях зданий требуются технически совершенные и надежные отопительные установки. Чем суровее климат местности и выше требования к обеспечению благоприятных тепловых условий зданий, тем более мощными и гибкими должна быть система отопления.

Данная работа направлена на поиск наиболее эффективных и экономичных вариантов инженерных систем, повышение степени комфорта посетителей на примере фитнес-центра "Gold's Gym", расположенного в административном здании микрорайона Солнечный города Иркутска.

Одной из актуальных проблем является энергосбережение, которое достигается увеличением теплостойкости наружных ограждающих конструкций здания и экономии потребления тепловой энергии в различные периоды времени и при различных условиях окружающей среды при помощи автоматических устройств.

Основополагающей задачей между энергоснабжающей организацией и потребителем является приборный учет фактически потребленной тепловой энергии.

Современная система теплоснабжения здания должна отвечать следующим требованиям:

- обеспечению требуемого теплового режима. Отсутствие как недогрева, так и превышения температуры воздуха в помещении может привести к отсутствию комфорта, снижению производительности труда и ухудшению здоровья людей, прибывающих в помещении;

- возможности регулирования параметров системы теплоснабжения;

- максимальной независимости от параметров теплоносителя в сетях центрального теплоснабжения и режимов центрального теплоснабжения;

- точного учета фактически потребленного тепла на нужды теплоснабжения, вентиляции и горячего водоснабжения.

Собственные исследования

Объектом исследования было выбрано помещение спортивного зала здания фит-нес-центра.

Общая характеристика здания: число этажей - 5; высота этажа - 3 м; ориентация главного фасада - юго-запад; высота цокольного этажа - 4 м; помещение спортивного зала выполнено высотой в 2 этажа.

Решения, принятые в проекте, соответствуют всем требованиям ГОСТ и СНиП, действующих на территории Российской Федерации, а так же обеспечивают комфортные условия для посетителей и обслуживающего персонала.

Объект не оказывает вредного влияния на человека и окружающую среду, поэтому выполнение специальных природоохранных мероприятий не требуется.

По результатам расчёта, теплопотери спортивного зала составили 33,5 кВт.

Предметами исследования стали различные варианты системы отопления спортивного зала, используемые в данном проекте.

Рассмотрим вариант № 1.

В соответствии с требованиями СНиП 41-01-2003 [4] в административных зданиях следует проектировать двухтрубные системы отопления, предусматривая при этом установку приборов регулирования, контроля и учёта расхода теплоты в каждом помещении.

В данном проекте запроектирована вертикальная двухтрубная тупиковая система водяного отопления с параметрами 95-70 °С, подключённая к тепловой сети с параметрами 150-70 °С через тепловой пункт. Уклоны магистральных трубопроводов горячей и обратной воды должны быть не менее 0,003.

Схема разводки магистральных трубопроводов системы отопления - тупиковая. Размещение стояков и их количество определяется местом установки отопительных приборов.

Вариант двухтрубной системы отопления представлен на рис. 1.

Для проектируемой системы отопления были приняты конвекторы "Изотерм", отвечающие всем техническим требованиям и дизайну.

Расчёт отопительных приборов был произведён согласно методике, изложенной в [1], характеристики отопительных приборов приняты из [2].

Мощность двухтрубной системы отопления составила Q=33564 Вт, расход теплоносителя 0=1153,51 л/ч.

Из явных недостатков данной системы отопления применительно к рассматриваемому помещению отметим большую металлоемкость системы, а также - образование «неотапливаемой зоны» в центре помещения спортивного зала, т. к. большая часть теплового потока будет проходить вертикально вверх вдоль наружных стен и окон к потолку помещения.

К преимуществу данной системы стоит отнести её бесшумность в работе.

Рассмотрим вариант № 2.

Воздушное отопление рекомендуется применять в производственных, общественных и административно-бытовых помещениях при рециркуляции воздуха или совмещении с системами общеобменной приточной вентиляции и кондиционировании воздуха. Отопление может осуществляться децентрализованными или центральными системами воздушного отопления. В децентрализованных системах воздушного отопления нагрев внутреннего воздуха и циркуляция его в помещении обеспечиваются воздушно-отопительными агрегатами.

В отапливаемом помещении следует устанавливать не менее двух агрегатов. Отопление агрегатами используется в тех случаях, когда отсутствует приточная вентиляция или расход приточного воздуха незначителен и не может обеспечить эффективного возду-хораспределения в режиме воздушного отопления. Воздушное отопление агрегатами целесообразно осуществлять по одной из двух схем: путём подачи воздуха сверху наклонными струями в направлении рабочей зоны или путём подачи воздуха выше рабочей зоны горизонтальными струями, когда рабочие места находятся в зоне обратного потока воздуха.

Рекомендуется применять наклонную подачу воздуха, при которой более эффективно используется номинальная теплопроизводительность агрегатов. При этом воздух следует подавать под углом 35° к горизонту, что обеспечивает максимальную дальнобойность струи и, следовательно, обусловливает минимальное число агрегатов в отапливаемом помещении.

Системы необходимо рассчитывать так, чтобы при выходе из строя одной из систем, теплопроизводительность оставшихся систем обеспечивала температуру воздуха в помещении, принятую для проектирования дежурного отопления. В проекте приняты ото-пительно-вентиляционные аппараты Уо1сапоУЮ. Характеристики аппаратов приняты по [3].

Расчёт воздушного отопления

Теплопотери помещения № 301 составляют 33 564 Вт, принимаем к установке 2 аппарата Уо1сапоУЮ с характеристиками:

Q = 16300 (Вт) - мощность нагревателя;

1;о = 38,9 (°С) - температура нагретого воздуха;

О = 700 (кг/ч) - расход воды;

АР = 2000 (Па) - гидравлическое сопротивление.

Проведем расчёт для 2-го режима работы.

Наклонная подача нагретого воздуха под углом 35° к горизонту рассчитывается в следующем порядке:

1. Определяем геометрическую характеристику приточной струи по формуле

где т и п - скоростной и температурный коэффициенты воздухораспределителя, принимаемые по [1];

- о - начальная скорость движения воздуха, отнесённая к расчётной площади воздухораспределительного устройства Ра, определяемая по формуле

по [3]; по [3];

где Ь - расход воздуха равный 2000 (м3/ч) при 2-м режиме скорости, принимаемый Г - расчётная площадь воздухораспределительного устройства (м2), принимаемая А^а - избыточная температура подаваемого воздуха, определяемая по формуле

где 1р.з - температура рабочей зоны, равная 15 °С;

Рис. 1. Аксонометрическая схема двухтрубной системы отопления

2. Вычисляем координаты вершины приточной струи по формуле

Хя = О, б За  Н

Ев= 0,307- н

3. Рассчитываем длину помещения, на которой одной приточной струей обеспечивается эффективное воздухораспределение из условия (у = 0,3 н- 0,5) по формуле

г = 1,58-я 5

4. Определяем путь струи от места истечения до вершины по формуле

5. Рассчитываем максимальную скорость и избыточную температуру воздуха на вершине приточной струи по формуле

щ =

Г-

5

Сопоставляем полученные значения Ря и ^^ с нормируемыми величинами скорости и температуры воздуха рабочей зоны. Если  ._; -  ......—--. :. " —-.- то определяют необходимое значение превышения ^п вершины струи над уровнем рабочей зоны по формуле

1) Н = 5,45  = 4,35:

У3.е-23.5

гсс:

3600-0.22 68

2ц,44(ы'с);

AtQ = 38,9-15 = 2-3,9 (:С);

2) X, = 0,635  4,35 = 2,76:

= 0,307  4,35 = 1,33;

3) I = 1,5В  4,35 = 6,37:

4) 5 = 0,7  4,35 = 3,04:

5) г, = " -°'"бе = 1,72, (1,72 > 0,5) (м/с);

3.04

3.5-23.5-у0,2265 3.04

14,2-; (14,2 > 2 ) (ЭС);

6) т^ — 1,72-  е = 0,46: (0,46 < 0,5) (м/с) - условие выполняется:

-3-.21;—у

^ = 14,2-  е = 1,93, (1,98 < 2) (СС) - условие выполняется.

Аналогичный расчёт произведён для 3, 4 и 5 режимов работы, результаты расчёта сведены в табл. 1 и табл. 2.

По результатам расчётов видно, что для 3, 4, 5-го режимов работы выполняются нормируемые условия подвижности воздуха в рабочей зоне (Унорм) и нормируемые условия колебания температуры воздуха в рабочей зоне (Тнорм).

Вариант системы воздушного отопления представлен на рис. 2.

Таблица 1

Результаты расчетов при различных режимах воздушного отопления

Режим работы

2 3 4 5

0, кВт 16,3 20 22,8 26,1

т 4,5 4,5 4,5 4,5

п 3,8 3,8 3,8 3,8

V, м/с 2,449539 3,674309 4,899079 6,736234

Ь, м3/ч 2000 3000 4000 5500

А 0,2268 0,2268 0,2268 0,2268

Тг, °С 38,9 34,5 31,7 28,9

Тв, °С 15 15 15 15

Н= 4,350243 7,224144 10,40841 15,68692

1= 6,873383 11,41415 16,44528 24,78534

Хв= 2,762404 4,587331 6,609337 9,961195

Б= 3,04517 5,056901 7,285884 10,98084

2в= 1,335524 2,217812 3,19538 4,815885

УБ= 1,72388 1,557132 1,441008 1,314666

ДТБ= 14,20337 6,978391 4,148006 2,290784

Таблица 2

Унорм. м/с 0,5 0,5 0,5 0,5

Унорм/УБ 0,290043 0,321103 0,346979 0,380325

И 0,9 0,9 0,9 0,9

И 0,6 0,6 0,6 0,6

И 0,5 0,5 0,5 0,5

И 0,4 0,4 0,4 0,4

И 0,3 0,3 0,3 0,3

И =0,9 0,001505 0,09474 0,32134 0,606659

И =0,6 0,055667 0,350854 0,603772 0,800813

И =0,5 0,134551 0,483187 0,704415 0,857053

И =0,4 0,277005 0,627818 0,799117 0,905993

И =0,3 0,485735 0,769629 0,881492 0,945982

ДТнорм/ДТБ 0,140812 0,286599 0,482159 0,873064

И =0,9 0,038797 0,307799 0,566869 0,778883

И =0,7 0,140059 0,490268 0,709369 0,859701

И =0,6 0,235939 0,592329 0,777028 0,894881

И =0,5 0,366812 0,695117 0,839294 0,925771

И =0,4 0,526313 0,79235 0,893933 0,951837

И =0,3 0,696947 0,877285 0,938878 0,972616

Оптимальная мощность системы воздушного отопления (2-й режим работы) составила 0=34,6 кВт, расход теплоносителя 0=1400 л/ч.

Из явных недостатков данной системы отопления отметим ограниченность в применении, из условия соблюдения подвижности воздуха и отклонения температуры воздуха в рабочей зоне помещения - шумность в процессе эксплуатации агрегатов.

К преимуществу данной системы стоит отнести малую металлоемкость, больший запас мощности, большую точность регулирования температуры воздуха в помещении. Оптимальное смешение воздуха помещения способствует равномерному распределению температуры воздуха во всём объеме помещения.

Наиболее простым способом определения экономической целесообразности применения того или иного варианта проектного решения является сравнение их по сметной стоимости.

Для экономического сравнения вариантов систем отопления были произведены локальные ресурсные сметные расчёты. Результаты расчётов представлены в табл. 3.

Таблица3

Сравнительная характеристика систем отопления

Основание 2-х трубная система отопления Воздушное отопление

Сметная стоимость строительных работ тыс. руб. 370,296 134,57

Средства на оплату труда тыс. руб. 23,997 12,63

Сметная трудоёмкость чел. час. 214,34 112,23

Локальные ресурсные сметные расчёты составлены в текущих ценах по состоянию на 15.05.2011.

Рис. 2. Аксонометрическая схема воздушного отопления

Выводы

В результате сравнения сметной стоимости двух систем отопления наиболее целесообразной признана система воздушного отопления, так как сметная стоимость устройства такой системы при прочих равных условиях ниже, чем сметная стоимость устройства системы водяного отопления.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Внутренние санитарно-технические устройства. В 3 ч. Отопление / В. Н. Богословский, Б. А. Крупнов, А. Н. Сканави [и др.]; под ред. И. Г. Староверова и Ю.И. Шиллера. 4-е изд., перераб. и доп. М. : Стройиздат, 1990. 344 с.: ил. (Справочник проектировщика).

2. Рекомендации по применению отопительных конвекторов «ИзотермТД-В» / В.И. Сасин, Г. А. Бершидский, Т.Н. Прокопенко, В.Д. Кушнир и Ю.Б. Смирнов. М. : ООО «Вита-терм», НИИсантехники, 2005.

3. Каталог отопительно-вентиляционных аппаратов VolcanoVR. 2009-2012 © VolcanoVR.ru.

4. Строительные нормы и правила Российской Федерации. СНиП 41-01-2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование Приняты постановлением Госстроя России от 26 июня 2003 г. № 115. М., 2004.

Информация об авторах

Абраменко Дмитрий Николаевич, магистрант, тел.: 89501379105, e-mail: abramen-ko.dmit@yandex.ru; Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Корзун Никита Леонидович, кандидат медицинских наук, доцент кафедры инженерных коммуникаций и систем жизнеобеспечения, тел.: 89149100532, e-mail: korzun.nikita@mail.ru; Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Information about the authors

Abramenko D.N., Undergraduate, tel.: 89501379105, e-mail: abramenko.dmit@yandex.ru; Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.

Korzun N.L., Candidate of medical science, associate professor, department of engineering services and life-support systems, tel.: 89149100532, e-mail:korzun.nikita@mail.ru; Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.

УДК 628.8 : 696.4 :644.62 : 683.97

КОМПЛЕКСНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ ВОДОПОТРЕБЛЕНИЯ И ВОЗНИКНОВЕНИЯ АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ

В ВОДОПРОВОДНЫХ СЕТЯХ

А.С. Душин, Р.В. Чупин, И.В. Майзель

Предлагается методика оценки надежности систем подачи и распределения воды с учетом вероятностного характера водопотребления и аварийных ситуаций на сети. Сущность методики заключается в построении графиков потребления воды каждого потребителя в условиях работы СПРВ в аварийных и безаварийных ситуациях. При этом для каждой ава-