Новое в системах отопления, вентиляции и тепловодоснабжения жилых, общественных и многофункциональных зданий в XXI веке

НОВОЕ В СИСТЕМАХ ОТОПЛЕНИЯ, ВЕНТИЛЯЦИИ И ТЕПЛОВОДОСНАБЖЕНИЯ ЖИЛЫХ, ОБЩЕСТВЕННЫХ И МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЗДАНИЙ В XXI ВЕКЕ

NEW IN SYSTEMS HEETING, VENTILATION AND THERMAL, WARTER SUPPLIES OF INHABITED, PUBLIC AND MULTIFUNCTIONAL BUILDINGS IN THE XXI CENTURY

А.Г. Аничхин A.G. Anichkhin

Секции «TOB» PHTO строителей

В статье рассмотрены требования пользователей инженерными системами зданий, приведены новые нетрадиционные методы их решения, указаны возможные пути возможного их внедрения

In article users' requirements by engineering systems of buildings are considered, new non-traditional methods of their decision presented, possible ways of their possible implementation specified

С изменением социально-политического строя в нашей стране, существенно повысились требования, предъявляемые потребителями, не только к архитектурно планировочным и конструкторско-строительным решениям, но и к инженерным системам зданий.

До 90-х годов прошлого столетия, стоимость эксплуатации этих систем потребителей не интересовало. Занимаемые оборудованием площади предоставлялись бесплатно. В этих условиях распространение получили централизованные системы теплоснабжения, отопления, соединяющие отопительные приборы различных потребителей, а также самостоятельные системы теплоснабжения воздухонагревателей вентустано-вок, и горячего и холодного водоснабжения.

Появление частной собственности повлияло на принятие архитектурно- планировочных и строительных решений и на требования к инженерно-техническим системам. Именно частная собственность обусловила необходимость производить измерение потребляемой каждым потребителем теплоты, горячей и холодной воды для коммерческих расчетов. Кроме того, как жилые, так и административно-общественные здания, стали строиться многофункциональными. В подземных и первых этажах размещают гаражи- автостоянки, помещения на последующих этажах предназначаются для прямого функционального назначения. В жилых зданиях жилые помещения и гаражи отделяются друг от друга офисами.

Такое размещение в здании помещений и возможность принадлежности различным собственникам, обусловила необходимость увеличения разводящих труб систем отопления, теплоснабжения вентиляционных воздухонагревателей, систем горячего и холодного водоснабжения. Это определило значительную заполненность трубами (до 21 и более) технических помещений.

7/)п11 ВЕСТНИК _1/2011_мгсу

Перечисленные выше требования к инженерным системам определили и естественную трансформацию традиционных технических решений. Присоединение систем отопления, теплоснабжения воздухоподогревателей и горячего водоснабжения к центральной системе теплоснабжения осуществлялось в центральных или индивидуальных тепловых пунктах (ЦТП или ИТП), которые размещались в обслуживаемом здании (ИТП), либо в отдельно стоящих сооружениях (ЦТП) При этом от тепловых пунктов к каждому потребителю поступало 7 теплопроводов: два - отопление, два -горячее водоснабжение, два - систем теплоснабжения воздухонагревателей и трубы холодного водоснабжения.

Предлагается отказаться от распространенного объектного решения инженерных систем и перейти к комплексному решению проблем у каждого юридического совладельца объекта. Это влечет изменения в системах теплоснабжения и водоснабжения объектов, горячего водоснабжения и отопления (лучше - обогрева), а также вентиляции помещений юридических совладельцев объекта.

Приспособленческое использование традиционных решений отопления, вентиляции и горячего водоснабжения приводит к значительным усложнениям этих систем, загромождению здания и, несмотря на все это, не в состоянии полностью удовлетворить запросы потребителей. Необходимо осуществить принципиально новый подход к решению выявленных проблем.

В связи с этим предложен новый концептуальный подход к системам отопления, вентиляции, горячего водоснабжения. Новизна в том, что независимо от наличия в здании теплового пункта к каждому потребителю- арендатору подводится только 3 трубы («система -3Т»): подающая и обратная трубы теплоснабжения и труба холодного водоснабжения, а на вводе у каждого потребителя-арендатора монтируется термотрансформатор (ТТ.). ТТ. представляет собой шкаф с возможными максимальными габаритными размерами 600*600*1500Ъ, выполненный либо в строительном исполнении, либо в виде металлического шкафа. Шкафы могут размещаться как на полезной площади потребителей-арендаторов, так и на общей площади здания, например, в лифтовом холле или на лестничной площадке. На ТТ. возлагаются функции измерения количеств, потребленной теплоты и холодной воды, а также приготовления, транспортировки и регулирования требуемых расходов теплоносителя с необходимыми температурными параметрами для определенных целевых нужд.

Все ТТ. обязательно должны быть оборудованы тепломерами и счетчиками, регистрирующими расход теплоты и воды, потребляемой потребителем-арендатором, а также необходимой запорно-регулирующей арматурой. Кроме того, все ТТ. должны оснащаться теплообменниками для подогрева циркуляционной воды и приготовления горячей воды. ТТ. могут классифицировать так: 1 -ТТ. с теплообменниками, циркуляционными (смесительными ) насосами; 2 - ТТ. без теплообменников, но с циркуляци-онными(смесительными) насосами; 3 -ТТ. без теплообменников и без циркуляционных (смесительных) насосов. Каждый из перечисленных классов ТТ. может быть подразделен по наличию баков-аккумуляторов и по способу использования теплофикационной воды в индивидуальных системах: открытая, закрытая; по конструктивным особенностям термотрансформаторов. Именно термотрансформаторы, устанавливаемые у каждого потребителя, позволяют упростить прокладку магистральных труб по зданию, сократив их количество до трех и одновременно гарантировать требуемые условия обогрева помещений и качество снабжения горячей водой.

Термотрансформаторы практически состоят из блоков: блока горячего водоснабжения, блока напольного обогрева, блока отопления, блока вентиляции. К каж-

дому блоку предъявляются свои технические требования, и они рассчитываются на конкретные тепловые нагрузки. В связи с этим для широкого внедрения в практику «СИСТЕМА 3Т» необходимо иметь представление о размерах блоков, их комплектации, примерном оснащении системой автоматики.

Ниже приведены расчеты для климатических условий г. Москвы.

Горячее водоснабжение. Расход горячей воды на 1 жителя 115-120 л/сут; максимальный расход горячей воды 200л/ч (0,2л/с); пропускная способность труб (при ско-рости1м/с) - - 680 л/ч; Ф-3/4" - 1230 л/ч. Суточный расход горячей воды в зависимости от размеров квартиры составляет 400;600;800;900 л/сут. Среднечасовой расход горячей воды соответственно принят 17 л/ч; 25 л/ч; 34 л/ч; 37,5л/ч. Скоростной теплообменник должен подбираться из условий: 1ванна в квартире , расход горячей воды 145-217 л/ч (33,4-50 кВт); 2 ванны - соответственно 290-435 л/ч (66,8-100 кВт).

Блок горячего водоснабжения ТТ. должен обеспечивать тепловую мощность и требуемый расход горячей воды. Потери теплоты трубами могут изменяться от 140 до 1000 Вт.

Отопительные нагрузки помещений жилого назначения составляют при расположении квартир на промежуточном этаже в середине дома 0,58-1,16 кВт (1-3 ком.). При расположении квартир у торца здания - 1,16-2,32 кВт, для квартир, расположенных на верхнем этаже, - 1,02-2,04 кВт и 1,6-3,2 кВт. С учетом необходимости нагрева инфильтрационного воздуха потребность в теплоте оценивается для промежуточного этажа и при расположении в середине здания 2,18-4,362 кВт, а для верхнего этажа -2,62-5,24 кВт. При обогреве элитных квартир потребность в теплоте может достигать (210 м2) -19,2 кВт.

Отопительные нагрузки общественных и административных зданий. Общее количество теплоты для обогрева служебных помещений при площади 300-1000 м2 на промежуточном этаже равно 9,4-31,4 кВт, а для верхнего - 16,87-56,29 кВт.

Тепловые нагрузки на обогрев полов. Системы обогрева полов могут выполнять функции а) отопления помещений; б) комфортного обогрева. Во втором случае тепловыделение от полов является постоянным и мощность отопительной системы должна быть уменьшена.

Тепловые нагрузки на принудительную приточную вентиляцию жилых зданий. Если здание не оборудуется принудительной вентиляцией, то нагрев поступившего в помещение воздуха осуществляется системами отопления. В случае оборудования жилых помещений принудительной приточной вентиляцией затраты теплоты на нагрев инфильтрующегося воздуха перекладываются на систему вентиляции. В зависимости от принятой схемы вентиляции (наличия системы утилизации), тепловая нагрузка на вентиляцию может быть сокращена до 55 %. Потребность в теплоте для подогрева приточного воздуха, поступающего в квартиру, оценивается 1,6-3,2 кВт и до 9,6 кВт для элитных квартир (210 м2).При оборудовании последней системой утилизацией тепловая нагрузка составит 0,88-1,76 кВт (для 210 м2) 5,28 кВт.

Тепловые нагрузки на принудительную приточную вентиляцию общественных и административных зданий. Расчет тепловых нагрузок велся из условия подачи наружного воздуха на 1 работающего 60 м3/ч. и на которого приходится 6 м2 рабочей площади. Общая потребность в теплоте для механической системой вентиляции колеблется в диапазоне 49-163,3 кВт. При использовании утилизации - 27-89,8 кВт.

Приведенные данные использованы при определении номенклатурного ряда термотрансформаторов и определении конструктивных размеров.

7/)П11 ВЕСТНИК

_Z/2°ll_мгсу

«СИСТЕМА 3Т» позволяет: а) значительно упростить разводку труб инженерных систем по зданию; б) обеспечить точную регистрацию теплоты и воды каждым отключение всех потребителей от инженерных систем в случае аварии у одного из них ;в) ремонтировать и регулировать работу местных систем потребителей без проникновения на площади, занимаемые потребителем; г) обеспечить автоматический контроль и автоматическое дневное, и недельное регулирование параметров в обслуживаемом помещении; д) официально использовать отпускаемую теплоту для поддержания температуры в помещении в переходные периоды или по мере необходимости; е) избежать зонирования систем отопления, теплоснабжения воздухонагревателей и обогрева полов в зданиях повышенной этажности (высотных зданиях); ж) при заводском изготовлении ТТ. значительно облегчить монтажные работы, а также упростить и облегчить организацию монтажа инженерных систем, обеспечить каждому потребителю желаемую комфортность.

Переход в строительстве на герметичные окна со стеклопакетами наряду с уменьшением теплопотерь, улучшением акустических характеристик жилища привел к ухудшению воздушного режима помещений. Существовавшие деревянные окна обеспечивали режим инфильтрации, близкий к нормативному уровню воздухообмена в квартирах. При низких наружных температурах возникала необходимость в уплотнение переплетов. В зданиях с герметичными окнами, при полностью закрытых окнах, инфильтрация незначительна - на порядок ниже требуемого по нормативам воздухообмена (практически отсутствует). Известно, режим эксплуатации (приготовление пищи, стирка, переменное количество людей в течение суток и др.), характеризуется широким диапазоном потребного воздухообмена, меняющегося в течение суток. Минимальный воздухообмен (фоновый) - при удалении из помещений вредностей, выделяемых строительными конструкциями, отделочными материалами, мебелью и т. п. (радон, фенолформальдегиды и др.). Максимальный воздухообмен (эксплуатационный) - по данным стандарта НП «АВОК» меняется в 1—10 раза. Использование регулирования объемов приточного воздуха с помощью периодического (согласно СНиП) открывания вручную фрамуг приводит к выхолаживанию помещений, а следовательно, к повышению потребности в теплоте. Для обеспечения требуемого санитарно-гигиенического состояния воздушной среды рекомендуют герметичные окна со специальными заслонками, а также утройство в наружных ограждениях вентиляционных каналов с регулирующими клапанами, механическую приточную вентиляцию и т.д. Проводится большое количество работ по расчету количеств инфильтрующего воздуха, по влиянию герметичности оконных переплетов на величину инфильтрации, по необходимости создания механической вентиляцией подпора внутри помещения и т.п. Считается, что подпор предохраняет от проникновения в здание необработанного воздуха и загрязняющих веществ. Однако неопределенность воздействия инфильтрации воздуха изменяет результирующий воздушный баланс здания, как в лучшую, так и в худшую сторону. Известно, с точки зрения долговечности ограждающих конструкций, давление внутри зданий должно быть слабо отрицательным в отопительный период и избыточным в период охлаждения. То есть, обычная практика проектирования систем ОВК иногда не согласуется с требованиями к содержанию ограждающих конструкций здания. В связи с изложенным, естественно, напрашивается вывод: качество строительных работ оценивать не визуально по выполнению нормативных регламентов, а инструментально. Например, по времени подержания избыточного давления в квартире.

Такая проверка повысила бы качество строительных работ, устранила бы перетекание запахов и распространение шума, запахов и насекомых по всему зданию, уменьшила бы тепловые потери, увеличила бы долговечность конструкций, повысила бы, что особенно важно, надежность борьбы с дымом при пожаре, улучшила микроклимат и т.д. Строительными стандартами предлагаются только требования лишь к диффузионной воздухопроницаемости (не утечки через большие трещины и дефекты ограждающих конструкций). Оценивается только плотность материалов ограждающих конструкций. С точки зрения ОВК - необходимо ввести нормативы по герметичности сооружаемых строителями объемов помещений (в целом: квартир, офисов, складов и т.д.). В этом случае утечка воздуха через трещины и другие дефекты строительных конструкций станет отдельной проблемой строителей и строительно-монтажных организаций. Все это приведет только к повышению качества строительства и повышению эффективности систем ОВК.

С увеличением этажности зданий существенное влияние на работу вентиляции оказывает высота здания, его планировочные и эксплуатационные особенности. К числу основных факторов, которые должны учитываться при проектировании обитаемых домов повышенной этажности относятся: а) возможность усиленного перетекания воздуха зимой из нижних этажей в верхние - увеличенные скорости ветра на больших высотах от земли; б) увеличенные гравитационные напоры в зданиях большой высоты, доходящие в 30 этажных зданиях до 20 мм вод. ст. при ^ = 15 °С и падающие до 7 мм вод. ст. при ^ = 5 Величина располагаемых напоров создает неравномерность в работе централизованных систем вентиляции. Так, невозможность проветривания санузлов через окна приводит к необходимости устройства вытяжной вентиляции с механическим побуждением, т.к. при наружных температурах 10-15 °С и выше эти помещения останутся без вентиляции (для Москвы -75 суток).

Рекомендуется все санузлы оснащать индивидуальными вытяжными каналами, оборудованными вентиляторами с дроссель клапанами.

Кухни являются основным источником образования вредных выделений, которые при открывании окон, расположенных с наветренной стороны, могут распространиться в жилые комнаты. Считаем целесообразным кухни оборудовать индивидуальными каналами с вентиляторами, имеющими возможность изменять производительность в зависимости от режима работы кухонных плит, дроссель клапанами. Обязательно предусматривать режим ручной регулировки производительности вентилятора.

Вентилирование кухни и санузлов при помощи индивидуальных вытяжных вентиляционных систем затрудняет создание объединенных общих систем вентиляции здания. Особенно при использовании индивидуального учета эксплуатационных расходов.

В литературе отмечается, что при устройстве механического побуждения на вытяжке из санитарных узлов и кухонь можно создать разрежение в квартире и подсосать наружный воздух через щели оконных проемов, обеспечив в жилых комнатах требуемый воздухообмен. При этом неизбежно дутье от окон, особенно при низких температурах наружного воздуха. Отсутствие приточных вентиляционных устройств в жилых комнатах приводит иногда к нарушению нормальных температурных условий.

В настоящее время в технике ОВК для организованного притока воздуха в жилые комнаты рекомендуются вентиляционные устройства: а) установка в наружных стенах под потолком помещения «хлопушек»; б) подоконный прибор - забор воздуха осуществляется через щель под отбойным металлическим щитком оконного проема; в)

7/2011 ВЕСТНИК

__мгсу

устройство для притока наружного воздуха в помещение с подогревом отопительным прибором; г) приточный подоконный прибор.

Всем рассмотренным устройствам свойственны недостатки - в них приточный воздух поступает в помещения без необходимой очистки; неравномерность работы вследствие действия ветра. Централизованная система с механическим побуждением свободна от этих недостатков, однако при индивидуализации эксплуатационных расходов ее применение не желательно. Проблематична возможность быстрой адаптации этих систем к изменчивым условиям помещения. Основные трудности в обеспечении нормального воздушно-теплового режима помещений заключаются в том, что: а) непостоянство внутреннего режима помещений; б) влияние на воздушно-тепловой режим подвижности наружного воздуха (ветер), обусловливающий горизонтальное перемещение воздуха (в пределах этажа). Это влияние непредсказуемо как по величине, так и по направлению; в) наличие воздействия гравитации, обусловленного разностью температур воздуха в здании и вне здания. Это воздействие определяет перемещение внутреннего воздуха по вертикали (по этажам). Это влияние переменно и осуществляется по лестничным клеткам, лифтовым шахтам и отверстиям в перекрытиях.

При вентиляции помещений проглядывается необходимость обеспечения двух режимов вентиляции : а) фоновой - для удаления из помещений вредностей, выделяемых строительными конструкциями, отделочными материалами, мебелью и т. п. при отсутствии людей; б) эксплуатационный - приготовление пищи, стирка, переменное количество людей в течение суток и др. в присутствии людей.

Для вытяжной системы вентиляции эти режимы могут быть обеспечены данными выше рекомендациями. Дроссель-клапана в закрытом положении должен обеспечить пропуск минимального количества воздуха. Например, через специальное отверстие. Максимальное количество вытяжного воздуха обеспечивается включением в соответствующий режим вытяжного вентилятора и открытием дроссель-клапана. Касаясь доступа наружного воздуха, то им, для фонового режима, следует обеспечивать каждую квартиру при помощи поэтажных каналов (для каждой квартиры два), соединяющих наветренную и заветренную стороны здания. Это позволяет на каждом этаже во всех помещениях поддерживать одинаковое давление, исключить горизонтальное перетекание воздуха и обеспечивать фоновое проветривание. Подогрев при этом инфильт-рующегося по каналам воздуха можно осуществить теплотой эксфильтрующегося.

Исключить вертикальное перетекание воздуха возможно при: а) герметизации всех щелей и проемов для прохода коммуникаций через междуэтажные перекрытия: вертикальные трубопроводы систем отопления и ГВС должны быть замоноличены, а на трубах предусмотрены межэтажные компенсационные устройства; б) разделении лестничных клеток по высоте огражденияим на отсеки, с устройством, например, на площадках между этажами дверей; в) обособлении лифтовых шахт от лестничных клеток; г) выносе лифтовых шахт из здания и соединение их с атмосферой; д) создании самостоятельных по зданию лифтовых блоков «холл + лифт» с гарантированным шлюзованием в коридоры помещений; е) создании новых конструкций кабины лифтов и шахт, обеспечивающих повышенную герметичность дверей шахт и соединения объема кабины лифта с поэтажными проемами и оборудование кабин локальными системами микроклимата; ж) создании в лифтовых шахтах избыточного давления для нейтрализации действия гравитационного давления.

Наиболее приемлемым является - создание лестничных клеток и лифтовых шахт с холлами, сообщающими с атмосферой. Такое решение становится особо целесообразным при внедрении «СИСТЕМ 3Т».

Для организации механической приточно-вытяжной вентиляции рекомендуется использовать индивидуальные квартирные малогабаритные агрегаты. Эти агрегаты, как вариант, следует размещать совместно с термотрансформаторами «СИСТЕМЫ 3Т» в специальных помещениях вне квартиры, что обеспечит удобство технического обслуживания оборудования, бесшумность работы, коммерческий учет потребляемой теплоты и т.п. Работу индивидуальных вентиляционных устройств возможно осуществлять как в ручном, так и автоматическом режиме. Основное условие работы принудительной вентиляции - закрытые окна. В случае открытия окон принудительная вентиляция должна отключаться. Включать вентиляцию при открытых окнах, возможно, но вручную и должно сопровождаться сигнализацией (световой, звуковой и т.п.). В ряде случаев работу приточно-вытяжной установок, следует согласовать с работой вентиляторов индивидуальных вытяжных систем кухни и санузлов. При таком комплексном подходе к проблемам инженерных систем зданий можно значительно повысить их эффективность, но при этом следует изменить подход к принимаемым объемно- планировочным решениям.

В настоящее время в Москве проводится капитальный ремонт жилых зданий и уже в ремонтируемых зданиях могут, быть использованы некоторые концепции инженерных систем «Система 3Т».

Ключевые слова: отопление, вентиляция, горячее и холодное водоснабжение, термотрансформаторы, приборы учета, воздушный режим, теплоснабжение, обогрев полов, капитальный ремонт.

Keywords: heating, ventilation, hot and cold water-supply, thermal transformer, heating floor apparatus registration, air regime, fundamental repair.

e-mail: agani38@,mail.ru