Особенности проектирования систем отопления

Главный специалист ООО «Компания Стройинженерсервис»
А. Б. Федоров, д. т. н.

Начальник кафедры ВИТУ
А. И. Тютюнников, к. т. н.

В настоящее время все чаще стали применяться для крытых спортивных площадок каркасно-тентовые и надувные сооружения. Привлекательность каркасно-тентовых и надувных сооружений заключается в том, что в них можно размещать крупногабаритные спортивные объекты такие, как футбольные поля, волейбольные и баскетбольные площадки, теннисные корты, искусственные катки и т. п., при сравнительно небольших капиталовложениях на их строительство, чем для других типов крытых спортивных сооружений. Наряду с этим, перспективность возведения указанных сооружений связана также с некоторыми положительными сторонами их конструктивных, теплотехнических и эксплуатационных особенностей.

Ограждающие конструкции каркасно-тентовых сооружений состоят из сборного металлического рамного каркаса, обтянутого покрытием из полиэфирного материала, обработанного акриловым лаком и облицованного поливинилхлоридом (ПВХ) (вес материала 750-1050 г/м2; прочность 3,0-4,2 кН/50мм). Такое покрытие образует оболочку с воздушной прослойкой большой толщины, ранее не применявшуюся в строительной практике. Эти легкие ограждающие конструкции каркасно-тентовых сооружений обеспечивают условия для быстрого возведения сооружений (в течение двух недель) и их многоразового использования.

Покрытия из ПВХ ограждающих конструкций каркасно-тентовых сооружений обладают высокой герметичностью и прочностью, что важно для обеспечения заданных температурно-влажностных параметров воздушной среды в сооружениях при их использовании для крытых спортивных площадок. Эти покрытия обладают высокими противопожарными характеристиками (температура плавления материала покрытия из ПВХ составляет ≈ +200 0С).

Ограждающие конструкции надувных сооружений выполняются из цельной ПХВ-оболочки, которая поддерживается давлением воздуха, постоянно нагнетаемого в оболочку. Оболочка герметична и надежно защищает внутреннее пространство сооружения от атмосферных осадков.

Легкие ограждающие конструкции надувных сооружений обеспечивают короткие сроки монтажа сооружений (не более 7-10 дней), высокую транспортабельность и возможность многократного использования.

Ограждающие конструкции надувных сооружений могут обеспечивать таяние снега на покрытии в результате повышения температуры воздуха внутри сооружения.

Для нормальной эксплуатации надувных сооружений предусматриваются:

• автономный резервный источник электроснабжения (дизельная электростанция) для обеспечения постоянной подачи воздуха в оболочку сооружения;
• специальные воздушные шлюзы на входах в сооружения для обеспечения их герметичности;
• специальные фиксирующие шины для крепления надувного покрытия к фундаменту, обеспечивающие устойчивость сооружения при штормовом ветре.

Основные особенности проектирования каркасно-тентовых и надувных сооружений и их систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха определяются спецификой их ограждающих конструкций. Следует отметить, что в настоящее время существующая нормативно-методическая база для проектирования каркасно-тентовых и надувных сооружений недостаточна и для этих целей могут быть использованы только отдельные положения действующих строительных норм и правил 3.

Проектирование систем отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха каркасно-тентовых и надувных сооружений связано с необходимостью проработки ряда научно-технических задач, решение которых позволяет определить:

• теплозащитные характеристики ограждающих конструкций с воздушными прослойками большой толщины, влияющие на теплопотери сооружения в зимний период;
• теплопоступления через ограждающие конструкции с воздушными прослойками и через светопрозрачные покрытия в результате воздействия солнечной радиации в летний период;
• условия обеспечения заданного температурно-влажностного режима воздушной среды и возможность исключения конденсации влаги из воздуха на внутренних поверхностях ограждений;
• инфильтрацию наружного воздуха через неплотности ограждающих конструкций и условий для обеспечения необходимого подпора в сооружениях;
• температурный режим теплого пола сооружения при изменении отопительной нагрузки и графика теплоподачи в течение суток;
• расчетный температурный график теплоснабжения сооружений, исходя из условия минимизации расхода теплоносителя;
• снеговые и ветровые нагрузки на покрытие сооружения и условия устойчивости сооружения.

При проектировании каркасно-тентовых и надувных сооружений и их технических систем необходимо учитывать задаваемый Заказчиком уровень комфортности в сооружениях. Как известно, уровень комфортности в сооружениях связан с реализацией соответствующих санитарно-гигиенических и санитарно-бытовых требований, а также с предоставлением соответствующего состава услуг посетителям крытых спортивных площадок. Естественно, от задаваемого уровня комфортности будут зависеть параметры (производительность, мощность) технических систем, обеспечивающих санитарно-гигиенические требования в спортивных залах, и состав помещений в дополнительно устанавливаемом внутри сооружения блоке обслуживания. По уровню комфортности каркасно-тентовых и надувных сооружений, используемых для крытых спортивных площадок, их можно разделить на две основные категории:

— в сооружениях первой категории для обеспечения заданного уровня комфортности в спортивных залах применяются комплекс систем, включающий приточные системы вентиляции, системы лучистого или панельно-лучистого (напольного) отопления для спортивных площадок, системы кондиционирования воздуха. Для предоставления различных услуг посетителям предусматривается блок обслуживания, включающий помещения администратора, обслуживающего персонала, тренеров, кабинет врача, помещение отдыха посетителей, женские и мужские раздевалки, душевые, туалеты и т. п.;

— в сооружениях второй категории для обеспечения заданного уровня комфортности в спортивных залах в основном применяется воздушное отопление (либо водяное отопление и вентиляция). Для предоставления бытовых услуг посетителям предусматривается минимум административно-бытовых помещений.

Специалистами ООО «Компания «Стройинженерсервис» был разработан проект систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха каркасно-тентового и надувного сооружений, предусмотренных, соответственно, для четырех теннисных кортов и двух спортивных площадок. Эти сооружения были запроектированы с уровнем комфортности, который задается для спортивных сооружений первой категории.

В сооружениях проектом было предусмотрено:

• системы кондиционирования воздуха (с фэнкойлами и чиллером) третьего класса для условий теплого периода;
• системы вентиляции, совмещенные с воздушным отоплением для условий холодного периода;
• напольное отопление спортивных площадок, которое также используется в качестве дежурного отопления в спортивных залах для поддержания температуры не менее +5 0С;
• системы вентиляции и отопления помещений блока обслуживания.

Производительности систем вентиляции были установлены с учетом обеспечения норм снабжения наружным воздухом и поддержания подпора в сооружениях, а для надувного сооружения кроме того — с учетом обеспечения устойчивого положения его пневмооболочки.

Производительности систем кондиционирования воздуха и вентиляции, совмещенных с воздушным отоплением, были установлены, соответственно, исходя из условий:

• обеспечения ассимиляции теплопоступлений в теплый период года (от людей, электроосвещения, солнечной радиации);
• компенсации теплопотерь сооружения в холодный период года (совместно с системой водяного отопления).

Следует отметить, что при проектировании систем были использованы исходные данные, касающиеся теплотехнических характеристик каркасно-тентового и надувного сооружений, полученные в результате решения вышеуказанных научно-технических задач. Состав этих исходных данных включает весьма важные для проектирования теплотехнические характеристики материала покрытия и ограждающих конструкций, характеристики неплотностей покрытий и входов сооружений, необходимые значения подпора в сооружения и удельные значения утечек воздуха в холодный и теплый периоды года. Количественные значения этих теплотехнических характеристик для сооружений представлены в табл. 1.

На стадии разработки технического задания на проектирование каркасно-тентовых и надувных сооружений и их систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха необходимо знать энергетические показатели для ориентировочной оценки расходов тепла, холода, электроэнергии, стоимости систем. В настоящее время такие укрупненные показатели для каркасно-тентовых и надувных сооружений, используемых для крытых спортивных площадок, практически отсутствуют. В этой связи, нами осуществлена попытка оценить эти показатели для рассматриваемых сооружений (первой категории), используемых для теннисных кортов и спортивных площадок.

Укрупненные энергетические показатели определены по выполненному проекту для условий г. Санкт-Петербурга в виде значений удельных затрат тепла, холода, электрической энергии на системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, которые приведены в табл. 2.

Таблица 1

Теплотехнические характеристики каркасно-тентового и надувного сооружений.

Теплоизоляция в быстровозводимом здании. Как обеспечить и сохранить тепло?

Быстровозвозимые здания на сегодняшний день имеют довольно широкий функциональный диапазон. Их используют в различных областях – от логистики до частного домовладения. Размеры построек варьируются от пятиметровых дачных бытовок до гигантских промышленных комплексов в несколько гектаров.

И в зависимости от назначения, здание должно соответствовать ряду требований. И довольно часто одним из ключевых требований становится способность постройки сохранять тепло внутри помещений. О том, как это достигается, и пойдет речь.

Теплоизоляционные свойства сэндвич-панелей

В обеспечении, а точнее, в сохранении тепла, первую скрипку, конечно, играют материалы, из которых изготовлена конструкция. Всем известно, что деревянные постройки лучше берегут тепло, чем кирпичные, а кирпичные дома, в свою очередь, считаются теплее панельных и т.д. Что же можно сказать о быстровозводимых зданиях?

В основе всех быстровозводимых зданий металлические конструкции, служащие каркасом, а вот сами стены могут быть выполнены из разных материалов.

• Профлист. Если речь идет о строительстве помещения, служащего складом для продукции, которая не требует соблюдения определенного температурного режима, то в качестве материала для стен используются гофрированные металлические листы. К тому же стоимость такого здания стремится к абсолютному минимуму.
• Сэндвич-панели. А вот этот материал уже используется, если здание должно быть теплым. И именно теплоизоляционные свойства стен из сэндвич-панелей обеспечивают тепло. Сэндвич-панели представляют собой многослойные панели из двух листов жесткого профиля (металл, ПВХ, ДВП) и утеплителя между ними. В качестве утеплителя обычно используют стекловолокно, минеральную вату, пенополистирол или пенополиуретан. Кроме того, сэндвич-панели снабжены еще одним слоем – защитной пленкой, которая тоже удерживает тепло, а также является превосходным гидро- и ветробарьером. Нельзя не сказать, что высокий уровень теплоизоляции здания из сэндвич-панелей достигается при очень небольшой толщине стен и малом весе всего здания. Таким образом, быстровозводимые здания из сэндвич-панелей имеют те же теплоизоляционные характеристики, что и традиционные капитальные постройки.

Системы отопления быстровозводимых зданий

Если назначение быстровозводимого здания предполагает не просто поддержание внутри положительной температуры круглогодично, но и комфортное пребывание в нем человека, то одними силами теплоизоляционных материалов тут, конечно, не обойтись. Особенно, если эксплуатация быстровозводимого объекта проводится где-нибудь в условиях Крайнего Севера, да и в большинстве других регионов России. Тогда необходим дополнительный обогрев. В этом случае предусмотрены различные варианты отопительных систем.

какой бы отрицательной ни была температура за окном, внутри здания всегда будет тепло

• Электроотопление. Наиболее простой вариант обогреть здание – использовать электрические нагреватели. Но использовать их целесообразно только как временный вариант. Дело в том, что этот способ дает очень существенную нагрузку на электрические сети, тем самым делая отопление очень дорогостоящим. Кроме того, с точки зрения пожарной безопасности, это далеко не лучший вариант.
• Централизованное водяное отопление. В качестве основного источника тепла используется либо наружный, либо внутренний газовый котел. Поэтому такой вид отопления возможен только в случае подключения здания к системе газоснабжения. Если в таком отоплении нуждаются крупные промышленные комплексы или вахтовые городки, то, как правило, для них строятся специализированные котельные.
• Газовый конвектор. Это автономное обогревательное устройство. Если выбирается такой тип отопительной системы, то здание необходимо оснастить и дымоходом. Дело в том, что во время работы конвектора выделяются продукты сгорания. Тем не менее, такое отопление может быть весьма выгодным, так как позволяет обогреть помещений довольно большой площади.
• Тепловая завеса. Довольно популярный вид обогрева здания. Представляет собой специальный вентилятор, вмонтированный в дверной проем, нагнетающий нагретый воздух вовнутрь помещения, а также препятствующий попаданию холодного воздуха через дверь. Особенно этот тип подходит для просторных помещений типа складов, торговых павильонов и т.д.

Таким образом, в зависимости от назначения быстровозводимого здания, можно либо обойтись теплоизоляционными свойствами строительных материалов, или же подключить дополнительные отопительные системы. Так или иначе, в быстровозводимых зданиях не замерзнут ни растения, ни животные, ни люди даже в самый лютый мороз. Что в очередной раз доказывает преимущество таких построек.

Отопление отдельно стоящих быстровозводимых зданий в сфере торговли и услуг

Быстровозводимые здания пользуются сегодня особым спросом на рынке: они не уступают по своим качествам – устойчивости, прочности и возможностям – постройкам постоянного типа, и, в то же время, для их установки требуется значительно меньше времени, их легко транспортировать с места на место. Поэтому быстровозводимые здания являются наиболее выгодным капиталовложением для представителей сферы торговли и услуг: кафе, столовые, административно-бытовые корпуса, супермаркеты и небольшие магазины, автомойки, автозаправки, здания социально-культурного назначения (клубы, досуговые центры, развлекательные комплексы) и т.д.

Одним из наиболее перспективных направлений для отопления отдельно стоящих быстровозводимых сооружений является использование газовых конвекторов (магазины, торговые павильоны, складские ангары и т. д.).

Перспектива данного вида отопительного оборудования объясняется, прежде всего, невысокой ценой, простотой монтажа и эффективностью процесса отопления для данного типа помещений (быстрое достижение заданной температуры).

В 2001 – 2002 г. г. газовые конвекторы компании «FASER» S. A., на практике получили применение в отоплении павильонов, палаток и рынков:

Смоленская область – более 150 объектов, Астраханская область

150 объектов, Краснодарский край

100 объектов, Ростовская область

80 объектов, Самарская область

80 объектов, а также локально в Тюменской, Омской, Владимирской областях.

Работают газовые конвекторы на данных объектах как на магистральном газе (70%), так и на сжиженном газе (пропан – бутан).

Очень высока популярность, в связи доступностью используемой энергии, различных электрических обогревателей.

Электрические конвекторы – это один из видов отопительных приборов, в котором большая часть тепла передаётся в отапливаемое помещение конвекцией. Наибольшее применение в системе обогрева быстровозводимых зданий получил конвектор, состоящий из нагревательного элемента, заключённого в кожух. Воздух из помещения подтекает снизу к нагревательному элементу, соприкасаясь с ним, нагревается и выходит через верхнее отверстие в помещение. Ограниченный объем нагретого, а следовательно, и более легкого, воздуха над нагревательным элементом создает тягу тем большую, чем больше высота этого объёма. Над нагревательным элементом конвектора установлен клапан для регулирования количества проходящего через конвектор воздуха и его теплоотдачи. При эксплуатации поверхность нагревательного элемента конвектора периодически очищается от пыли. Конвекторы экономичны за счет высококачественной автоматики — благодаря ей, энергия потребляется именно в том количестве, какое необходимо для поддержания желаемой температуры. В конструкции более дорогих моделей конвекторов предусмотрены суточные кварцевые таймеры. Благодаря программируемым таймерам, пользователь может выставлять более низкую температуру на ночной период, максимально снижать ее на время отсутствия людей в здании, что особенно удобно для магазинов, киосков и т.д..

Тепловентилятор (или тепловая пушка) — это обогревательный прибор, предназначенный для временного или постоянного обогрева помещений. Электрические тепловентиляторы наибольшим образом подходят для малогабаритных зданий (ларьков, киосков, небольших магазинов и т.д.) Они всегда готовы к работе, отсутствует проблема с запахами, не требуется специальной установки и постоянного технического обслуживания. Важный плюс тепловых пушек – способность снижать теплопотери в помещении, а также прочность и надежность. Толстая электрическая спираль исключительно долговечна, а крепкий металлический корпус нечувствителен к случайным ударам и поэтому выдерживает даже «вандальное» обращение.

Принцип обогрева осуществляется за счет процесса теплообмена подогретого электронагревателем вентилятора потока воздуха с холодным воздухом помещения. При отсутствии в помещении вентиляции, подача воздуха через нагреватель осуществляется до момента установления заданной окружающей температуры. Далее подогрев воздуха помещения регулируется термостатом периодическими автовключениями электронагревателей. На входе в здания могут также устанавливаться тепловые завесы — навесные вентиляторы для подачи обогреваемого или холодного воздуха, который не дает наружному воздуху попадать в теплое помещение через открытые двери, ворота или окна. Горизонтальные или вертикальные воздушные завесы устанавливаются над дверными проемами или по бокам дверных проемов (создают поток воздуха, направленный вниз) в магазинах, ресторанах, гаражных боксах, торговых павильонах и обеспечивают эффективное перекрытие всей протяженности дверного проема мощным устойчивым потоком нагретого воздуха с целью создания эффективного барьера между воздухом внутри и снаружи помещения.

Некоторые модели могут быть закреплены на стене (потолке) в нужном месте. От производительности зависит скорость воздушного потока и, соответственно, оптимальная высота установки. Тепловая завеса улучшает внутренний микроклимат, благодаря ей исчезают сквозняки, значительно снижаются теплопотери, а следовательно и затраты на обогрев. Завесы защищают атмосферу помещения даже при открытых дверях, поскольку препятствуют проникновению внутрь пыли и выхлопов. Дизайнеры все чаще выбирают малозаметные воздушные завесы при проектировании общественных зданий, лаконично вписывающихся в интерьер комнат. Большие модели завес могут быть соединены серийно и управляться от одного пульта. Меньшие, однофазные модели легки в установке и идеальны для входных территорий в киоски и малые магазины. Кроме того, энергозатраты на обогрев существенно снижаются. Все это, в сочетании с малошумностью, делает тепловые завесы незаменимым дополнением к традиционным системам отопления.

Также отметим большие перспективы электрических инфракрасных обогревателей, предназначенных для обогрева как небольших, так и крупных отдельных помещений. Они экономичны, экологичны, просты в установке и эксплуатации, а также, в отличие от конвективных обогревателей, позволяют быстрее достичь заданных температур. Основными преимуществами инфракрасных обогревателей являются быстрота и направленность. Следствием является экономия электроэнергии, которая преимущественно расходуется на обогрев людей и окружающих предметов. Затем прогревается само помещение. Кроме того, обогреватели высокоэкологичны. При работе сохраняется естественная влажность воздуха, в то время как тепловые пушки сушат его. Отсутствует перенос пыли, существующий при работе конвективных обогревателей. А главное — не сжигается кислород, как при использовании высокотемпературных источников тепла.