Архитектура и строительство\5. Теплогазоснабжение и
вентиляция
К.э.н.,
проф. Королёва Т.И., Чапаева С.И., Иващенко Н.Ю.
Пензенский
государственный университет архитектуры и строительства, Россия
Особенности
проектирования систем отопления и
вентиляции высоких помещений
Создание и поддержание
комфортных метеорологический условий в помещениях различного назначения
осуществляется за счёт функционирования систем отопления и вентиляции. Будет
ошибкой утверждать, что работа соответствующих систем в высоких помещениях не
будет отличаться от работы в помещениях с более низкими потолками, при этом, не
ухудшая состояния микроклимата. Рассмотрим некоторые особенности формирования
микроклимата в помещениях большой высоты и проектные решения для поддержания
более комфортных условий для пребывания в них.
Как правило, помещения
большой высоты требуются для осуществления определенной деятельности человека:
для выполнения технологических процессов, размещения оборудования больших
габаритов (производственные помещения, цеха, гаражи), для удовлетворения
культурных и социальных потребностей (кинотеатры, концертные залы, музеи,
универсальные спортивные залы) и так далее. Можно отметить, что многие процессы
человеческой деятельности в данных помещениях связаны с выделением избыточного
тепла вследствие пребывания большого количества людей или выполнением тяжелой
физической работы. Также в высоких помещениях избыточное тепло поступает за
счет солнечной радиации в большей степени, чем в других, за счет большей
площади ограждающих конструкций и более высокой отметки покрытия.
Тепловыделения в
помещении напрямую отражают режим работы систем вентиляции. Например, чем
больше тепловыделений в помещении, тем больше необходимо удалить воздуха, что
ведет к увеличению диаметров воздуховодов. Если в удаляемом воздухе содержаться
механические примеси от технологических процессов производственных помещений,
то помимо общеобменной вентиляции устраивают систему аспирации, для которой
минимально допустимые диаметры в некоторых случаях достигают 140 мм. Все это
ведет к дополнительным затратам, сложностям при проектировании, эксплуатации и
ремонте.
Однако, тепловыделения и
большая высота помещения также влияют на температуру удаляемого воздуха tу, °С, который скапливается
под перекрытием, что отражено в следующих формулах [1, п. 3.3]:
(1)
где tв
– температура внутри помещения, °С;
hп – внутренняя высота
помещения, м;
hоз – высота обслуживаемой
или рабочей зоны, м;
– рост
температуры по высоте помещения, °С/м, принимаемый в зависимости от удельной
тепловой напряженности помещения q, Вт/м3:
(2)
здесь ∆Qя – избытки явной теплоты в помещении, Вт;
Vв – объем помещения, м3.
В современных системах
вентиляции наиболее часто применяют оборудование для утилизации тепла, с
помощью которых осуществляется передача тепловой энергии от удаляемого воздуха
приточному воздуху. Использование в системе приточно-вытяжной вентиляции теплоутилизаторов
позволяет существенно сократить затраты на обогрев подающегося в здание
воздуха. Однако для систем с воздухообменом менее 1000 м3/ч затраты
на приобретение, монтаж и обслуживание теплообменной установки, как правило,
окупается слишком медленно, поэтому для объектов небольших объемов данное
оборудование применять не целесообразно [2].
Системы отопления в
высоких помещениях также имеет ряд особенностей, требующих дополнительных
затрат. Аэродинамика высотного здания влияет на разность давлений на наружной и
внутренней поверхностях ограждающих конструкций здания, что в свою очередь
определяет направление и величину фильтрации воздуха через наружные ограждающие
конструкции [3]. Чем больше высота помещения, тем больше требуется затратить
тепла на нагрев инфильтрующегося воздуха, что, в свою очередь, влияет на выбор отопительных
приборов большей тепловой мощности.
В очень высоких
помещениях (залы со вторым светом) обычные отопительные системы работают только
на нижнюю зону, верхняя же зона не прогревается. Теплый воздух из нижней зоны,
поднимаясь вверх, соприкасается с холодными ограждающими конструкциями верхней
зоны, создаются условия выпадения конденсата, образования наледей, промерзания.
В этих случаях желательно, во-первых, утепление верхней зоны современными
эффективными утеплителями (что не всегда оказывается возможным) и, во-вторых,
устройство верхнего яруса отопления (как правило, до 30% отопительных приборов)
[4].
В некоторых производственных
помещениях требуется создать определенные метеорологические условия с учетом
зонирования, то есть, каждая зона должна иметь требуемое сочетание температуры,
влажности, подвижности воздуха. Как отмечалось ранее, в помещениях большой
высоты теплый уходящий воздух скапливается под перекрытием. Например, как
показали опыты фирмы «Промгаз», при традиционном воздушном отоплении в
производственном помещении высотой 14 м комфортная температура воздуха 20°С
устанавливалась на высоте выпуска подогретого воздуха в цех. Под влиянием
гравитационного давления горячий воздух основной массой поднимался под
перекрытие цеха, где температура воздуха составляла 40 °С. Наличие столь
высокой температуры воздуха под перекрытием увеличивало перепад температур, вследствие
чего на 40 % возрастали теплопотери через перекрытие цеха. Наличие повышенных
теплопотерь в верхней зоне цеха приводило к тому, что в рабочей зоне нахождения
людей создавались дискомфортные температуры воздуха – tв = 5 °С. Задача обогрева рабочей зоны цеха была решена
с помощью приборов лучистого нагрева, смонтированных под потолком. Энергия
лучистого отопления хорошо прогревает пол, технологическое оборудование и
людей. Замеры температур по высоте цеха показали, что в рабочей зоне она
достигает комфортной – t = +18 °С, а
по высоте помещения она понижается до 10 °С. Данное решение позволило сократить
трансмиссионные теплопотери, в целом экономия теплоты превысила 40 % [5].
Таким образом, уже на этапе проектирования
систем отопления и вентиляции необходимо учитывать большую высоту помещений. В
одних случаях высота помещений влияет на увеличение затрат, в других – на
применение более экономичных решений в системах отопления и вентиляции.
Литература:
1. Сазонов Э.В. Вентиляция
общественных зданий: Учеб. пособие. – Воронеж: Изд-во ВГУ, 1991. – 188 с.
2. http://orfey.ucoz.ru/publ/1-1-0-1
3.
Колубков А.
Н., Шилкин Н. В. Инженерные решения высотного жилого комплекса // АВОК. 2004.
№5. Стр. (12-18).
4.
Подъяпольский С.С., Бессонов Г.Б., Беляев
Л.А., Постникова Т.М. Реставрация памятников архитектуры. М., 2000.
5. http://www.baurum.ru/_library/?cat=steam-radiant-heating&id=4048