Отопление и вентиляция современных складских комплексов
Е. О. Шилькрот, канд. техн. наук, ОАО «ЦНИИпромзданий», ООО «НПО ТЕРМЭК»
В современном обществе индустрия переработки грузов занимает значительное место. От полноты и спектра логистических услуг по ответственному хранению и обработке грузов зависит качество и своевременность поставки продукции потребителям и, в конечном итоге, ее цена.
Строительство складских комплексов, оснащенных современными cистемами и оборудованием для хранения, приема и отправки товаров, интенсивно развивается.
В 2002–2004 годах ООО «НПО ТЕРМЭК» и ОАО «ЦНИИпромзданий» было выполнено проектирование и строительство систем отопления и вентиляции торгово-индустриального комплекса «Шерлэнд».
«Шерлэнд» — это современный торгово-индустриальный комплекс, включающий складские площади (26 000 м 2 ), офисные площади (6 000 м 2 ), прилегающую территорию (более 20 000 м 2 ) (рис. 1).
Мощности комплекса позволяют принять и осуществить одновременную загрузку-выгрузку 40 автомобилей объемом 82 м 3 , техническая оснащенность дает возможность выгружать 1 трак в течение 30 мин.
Рисунок 1. Торгово-индустриальный комплекс «Шерлэнд»
Комплекс расположен в 8 км от Московской кольцевой автомобильной дороги, рядом с Ленинградским шоссе (недалеко от аэропорта «Шереметьево-1»). Складская территория комплекса представляет собой сухие, отапливаемые помещения. Складские помещения оснащены современным оборудованием, а автоматизированная система складского учета позволяет обеспечивать высокую динамику обработки грузов на всех этапах логистической цепочки — от приема груза на склад и до его отгрузки. Автоматическая система управления позволяет отслеживать хранящиеся товары по ряду параметров (дате приема на склад, сроку реализации товаровладельцу и т. д.), что позволяет сделать процесс хранения эффективным и легко контролируемым.
Рисунок 2. План комплекса стеллажных складов «Шерлэнд»
Все склады оснащены 6-уровневыми стеллажами, внутрискладским погрузочно-разгрузочным оборудованием, АСУ складской деятельности, системами наблюдения, контроля, оповещения и т. п.
Блок складских помещений представляет собой 4-пролетное здание (рис. 2). В каждом пролете размещается стеллажный склад. Основные характеристики каждого склада представлены в табл. 1.
Таблица 1 Основные характеристики складских помещений торгово-индустриального комплекса «Шерлэнд»
№ п/п
Помещение
Размеры axbxh, м
Площадь, А, тыс. м 2
Объем, V, тыс. м 3
Объем стеллажей, Vст тыс. м 3
1
Склад № 1
90×56×17
5,04
85,68
44,12
2
Склад № 2
108×56×17
6,05
102,22
52,95
3
Склад № 3
126×56×17
7,06
119,95
61,78
4
Склад № 4
135×56×17
7,56
128,52
68,19
Особенностью стеллажных складов является их большая насыщенность технологическим оборудованием (стеллажами для хранения грузов), высокая механизация технологического процесса, малое количество обслуживающего персонала. С точки зрения выбора систем отопления и вентиляции стеллажные склады могут быть отнесены к производственным помещениям с крупногабаритным оборудованием.
Требования к параметрам воздуха в складских помещениях, как правило, определяются техническим заданием на проектирование. Основное требование — равномерное в плане (и особенно по высоте) распределение температуры воздуха.
Анализ возможных схем и систем отопления стеллажных складов показал, что наиболее рациональной системой отопления будет система воздушного отопления с интенсивным перемешиванием воздуха в объеме помещения.
Такой системой является система воздушного отопления с подачей нагретого воздуха через направляющие сопла (рис. 3) [1, 2].
Рисунок 3. Схема системы воздушного отопления с направляющими соплами
Система воздушного отопления с направляющими соплами предназначена для помещений с крупногабаритным оборудованием, в которых она обеспечивает практически безградиентное распределение температуры воздуха по высоте.
Система обеспечивает эффективное отопление при минимизированных расходах воздуха, подаваемого через сопла с большой скоростью, и при значительных перепадах температуры при обеспечении нормируемых параметров микроклимата в рабочей зоне.
Направляющие сопла устанавливаются в верхней зоне помещения между стеллажами и подают нагретый воздух вертикально вниз в направлении рабочей зоны.
Энергоэффективность системы с направляющими соплами обеспечивается безградиентным распределением температуры воздуха по высоте, устранением перегрева верхней зоны помещений.
Схема системы воздушного отопления склада
Рисунок 5. Система воздушного отопления склада
Рисунок 6. Воздухораспределитель системы воздушного отопления склада
Схема системы воздушного отопления склада представлена на рис. 4, фрагменты системы — на рис. 5 и 6.
Следует коротко остановиться на системе вентиляции складских помещений. СНиП 2.11.01-85* «Складские здания» предписывает (если не выдвинуты специальные требования) предусматривать естественную общеобменную вентиляцию, обеспечивающую однократный воздухообмен.
Представляется, что указанное требование является чрезмерным.
Объемы современных складских помещений, даже при однократном воздухообмене, требуют на нагрев вентиляционного воздуха тепла примерно в 10 раз больше, чем для компенсации трансмиссионных потерь тепла.
Представляется необходимым изъять из нормативных документов требование об обязательном однократном воздухообмене, заменив его расчетом, обосновывающим действительную потребность помещения в наружном воздухе.
Таблица 2 Расчетные тепловые нагрузки систем отопления и вентиляции складских помещений торгово-индустриального комплекса «Шерлэнд»
№ п/п
Помещение
tн, °С*
tв, °С**
Расход тепла, кВт
Воздушное отопление
Венти-ляция***
Водяное отопление
Общий
1
Склад № 1
–28
12
174,3
402,0
46,7
623,0
2
Склад № 2
–28
12
164,8
486,3
46,7
697,8
3
Склад № 3
–28
12
189,1
567,2
46,7
803,0
4
Склад № 4
–28
12
390,3
607,7
109,7
1107,7
* Температура наружного воздуха.
** Температура внутреннего воздуха.
*** Расход тепла на вентиляцию рассчитан из условий однократного воздухообмена части объема помещения высотой 6 м.
В табл. 2 представлены расчетные тепловые нагрузки систем отопления и вентиляции складских помещений.
Каждый склад оборудован двумя приточными установками, расположенными в антресольных этажах. Приточные установки включают смесительные камеры с клапанами на наружном и рециркуляционном воздухе, что позволяет изменять соотношение наружного и рециркуляционного воздуха в процессе эксплуатации. В теплый период года, в режиме вентиляции, в склад подается только наружный воздух. В переходный и холодный периоды года, в режиме отопления, совмещенного с вентиляцией, количество наружного воздуха уменьшается в зависимости от его температуры и условий хранения продукции. Приточные установки оборудованы многоскоростными электродвигателями, что позволяет осуществлять количественное регулирование систем и обеспечивает их высокую энергетическую эффективность.
Для отопления складов комплекса «Шерлэнд» была запроектирована система воздушного отопления с направляющими соплами, дополненная периметральной системой водяного отопления с регистрами. Дополнительная система отопления была предусмотрена с целью предотвращения выхолаживания пристенной зоны складов. Так как стеллажи расположены практически вплотную к стенам; подача нагретого воздуха в пристенную зону была невозможна.
Удаление вытяжного воздуха из складов — естественное, через вытяжные шахты на кровле, совмещенные с шахтами дымоудаления.
Воздуховоды приточных систем проложены в межферменном пространстве вдоль проходов между стеллажами. Высота от среза приточного сопла до пола помещения — 13,5 м. Сети воздуховодов объединены попарно перепускным коробом, что позволяет осуществить 50-процентное резервирование воздушного отопления в каждом складе.
Расчет системы воздушного отопления с направляющими соплами выполнен в соответствии с «Рекомендациями по расчету отопительно-вентиляционных систем с направляющими соплами» [3].
При проектировании системы воздухораспределения в качестве критериев нами принимались следующие характеристики:
— минимальное число сопел, что обеспечивалось максимальной скоростью выпуска воздуха;
— максимальная температура подаваемого воздуха, что обеспечивало минимальный расход приточного воздуха;
— минимальные отклонения температуры и скорости воздуха в рабочей зоне в течение отопительного периода при изменении температуры приточного воздуха.
Таблица 3 Результаты расчета системы воздушного отопления с направляющими соплами (tн = –28 °C)
№ п/п
Помещение
∆t0, °С
d0, м
LΣ, м 3 /ч
V0, м/с
Lсопла, м 3 /ч
n, шт.
Ширина ячейки, м
H, м
Хmax, м
Kн
Vр.з., м/с
1
Склад № 1
20
0,075
35 250
25
396
90
9,0
21,6
11,9
0,58
0,5
2
Склад № 2
20
0,075
57 030
25
396
140
7,1
21,6
11,9
0,58
0,5
3
Склад № 3
20
0,075
71 750
25
396
180
6,5
21,6
11,9
0,58
0,5
4
Склад № 4
20
0,075
77 290
25
396
200
6,75
21,6
11,9
0,58
0,5
Обозначения: ∆t0 — разность температуры приточного воздуха и воздуха в помещении; d0 — диаметр сопла; LΣ — суммарный расход воздуха на систему; V0 — скорость выпуска воздуха; Lсопла — расход воздуха через сопло; H — геометрическая характеристика струи; Хmax — дальнобойность струи; Kн — коэффициент неизотермичности струи; Vр.з. — скорость воздуха в рабочей зоне
Результаты расчета системы воздушного отопления с направляющими соплами представлены в таблице 3.
Ширина ячейки, в которой развивается струя воздуха, выходящего из сопла, выбиралась из условий обеспечения равномерного распределения температуры и скорости воздуха в обслуживаемой зоне и условия развития струи без поперечного стеснения.
Монтаж и пусконаладочные работы системы были выполнены в 2003—2004 годах.
В процессе наладки были проведены измерения температуры и скорости воздуха в месте истечения струи, в рабочей зоне вдоль струи приточного воздуха в складе № 4.
В момент измерений температура наружного воздуха составляла tн = –0,4 °С; скорость выпуска воздуха из сопла и его температура соответственно: V0 = 22,6 м/с; t0 = 17,6 °С.
Измерения температуры и скорости воздуха показали:
— температура воздуха по высоте склада и площади рабочей зоны практически постоянна;
— скорость воздуха в рабочей зоне не превышает 0,35 м/с;
— распределение скорости воздуха вдоль оси струи близко к расчетному (рис. 7).
Рисунок 7. Распределение скорости воздуха вдоль оси струи
Вывод
Применение систем воздушного отопления, совмещенного с вентиляцией, с качественно-количественным регулированием и подачей воздуха направляющими соплами является перспективным для помещений стеллажных складов.
Литература
1. Пончек М. И., Живов А. М., Виноградский Л. С. Новый способ подачи воздуха с использованием направляющих струй // Новые системы отопления и вентиляции промышленных зданий. М., 1982.
2. Гримитлин М. И., Живов А. М., Пончек М. И., Шилькрот Е. О. Подача воздуха в помещениях отопительно-вентиляционными системами с направляющими соплами // Новое в воздухораспределении: Материалы семинара. М., 1983.
3. Рекомендации по расчету отопительно-вентиляционных систем с направляющими соплами. М.: ЦНИИпромзданий, ЛенПСП, ЛенВНИИОТ, 1984.
Система отопления склада
Для этой цели могут применяться централизованные и автономные системы. Отопление больших складов существенно отличается от обогрева обычных жилых и общественных помещений. Это связано с их значительной площадью и внутренним объемом.
Применяемые в складских комплексах отопительные системы классифицируют по способу обогрева и типу энергоносителя.
Способы отопления складов с разными теплоносителями
По типу используемого теплоносителя различают следующие способы отопления складов:
Рассмотрим особенности каждого из них.
Воздушные системы
Воздушное отопление склада является одним из самых популярных способов обогрева. Оно хорошо подходит для зданий ангарного типа с большой площадью и значительной высотой. В качестве теплоносителя используется воздух, который нагревается калорифером до заданной температуры. Нагретые воздушные массы нагнетаются вентилятором в систему воздуховодов, через которую распределяются по помещению склада.
Типы воздухораспределительных устройств и места их размещения определяются особенностями здания. На пути потока теплого воздуха не должно находиться конструктивных преград. В зданиях с высотой потолков до 8 метров воздух распределяется ненастилающими струями, которые образуются на высоте равной от общей высоты помещения. При высоте более 8 метров распределение воздуха осуществляется настилающими струями. Они формируются на высоте 85% от общей высоты помещения и настилаются на потолок.
Отопление склада тепловентиляторами характеризуется следующими плюсами:
КПД до 95%;
малая инерция отопления — помещение прогревается практически сразу после запуска системы;
широкие возможности автоматизации;
возможность интеграции в вентиляционную систему.
Водяные системы
Водяное отопление склада — традиционный способ обогрева. В качестве теплоносителей выступают вода или антифриз. Теплоноситель по трубам подается на радиаторы, обеспечивающие эффективную теплоотдачу. В системах отопления для складских помещений малого объема может предусматриваться естественная циркуляция теплоносителя. В более крупных комплексах обязательно поддерживается принудительная циркуляция при помощи насосов.
Отопление склада подключается к централизованной сети теплоснабжения через индивидуальный тепловой пункт, обеспечивающий оптимальное распределение теплоносителя, контроль его температуры и расхода, учет потребления тепловой энергии. При отсутствии возможности централизованного подключения монтируется автономная система. В этом случае необходимо устройство собственной котельной.
Характерной проблемой радиаторного водяного отопления склада и складских помещений является скопление теплого воздуха в верхней части помещения. При этом недостаточно прогреваются слои воздуха внизу, а также возрастают утечки тепла через крышу. Решением служит установка потолочных вентиляторов, которые обеспечивают циркуляцию нагретых воздушных масс по всему объему помещения.
Паровые системы
В сетях парового отопления в качестве теплоносителя применяется насыщенный водяной пар температурой до 130 °C. Он циркулирует по сети радиаторов, отдавая теплоту и конденсируется. Образующийся конденсат возвращается в теплообменник самотеком или нагнетается насосным оборудованием.
Плюсы парового отопления склада:
низкий уровень тепловых потерь в теплообменниках;
низкая инерционность отопительной системы за счет быстрого прогрева радиаторов;
сравнительно малый уровень гидростатического давления;
небольшие габариты теплового оборудования.
К минусам паровых систем относится снижение КПД из-за тепловых потерь в паропроводах, шумная работа системы, интенсивные коррозионные процессы на металлических деталях. Также свои ограничения накладывает высокая температура теплоносителя, которая не опускается ниже 100 °C. Не допускается установка паровых систем на складах с выделением в воздух летучих легковоспламеняющихся веществ, с горючей или токсичной пылью.
Воздушно-тепловые системы
Этот способ предусматривает устройство вспомогательных отопительных систем с установкой воздушно-тепловых завес, которые устанавливаются на границе холодной и теплой зоны. Тепловые завесы монтируются в проемах ворот складов, в дверных и оконных проемах. Они предотвращают поступление в помещение охлажденного уличного воздуха и значительно сокращают потери тепла.
Ширина завес разных моделей модели составляет от 600 мм до 2500 мм. При большей ширине проема выполняется монтаж нескольких завес. Температура нагнетаемого завесой воздуха составляет до 50 °C. Скорость потока воздуха поддерживается до 8 м/с во входной зоне и до 25 м/с у ворот и проемов технологического назначения.
Виды систем отопления по источнику энергии
При монтаже автономных систем отопления складских помещений могут использоваться несколько видов энергоносителей. Наиболее распространены газовые и электрические системы.
Газовое отопление складских помещений
Существующее сегодня оборудование позволяет реализовывать воздушное и водяное отопление склада газом. В первом случае применяются воздухонагреватели на газовых горелках, во втором — котлы.
Газовое отопление складов — наиболее экономичный способ (при возможности подключения объекта к центральному газопроводу). Однако нужно учитывать, что устройство такой системы требует согласования с надзорными органами. Потребуются сравнительно высокие стартовые затраты на оборудование. При монтаже котельной, состоящей из нескольких котлов, к каждому агрегату должна быть подведена отдельная труба. Отвод продуктов сгорания также должен осуществляться по отдельному дымоходу для каждого котла.
Электрическое отопление складских помещений
Для электрического отопления склада применяются инфракрасные тепловые излучатели. Это нагревательные панели, которые монтируются на потолке. Они генерируют излучение в инфракрасном спектре, передающее тепловую энергию. Под действием этого излучения нагреваются предметы, пол, складская мебель и оборудование.
По сравнению с другими видами электронагревателей инфракрасные панели потребляю значительно меньше электроэнергии. Они используют эффективный принцип обогрева, что обеспечивает высокий КПД. С их помощью можно легко организовать отопление складских помещений любой площади. Размещение обогревателей на потолке освобождает полезное пространство.
Отопление склада электричеством при помощи инфракрасных панелей целесообразно использовать, когда нет возможности подключить объект к централизованной сети теплоснабжения или установить автономную систему.
Нормативная документация
При разработке проекта отопления склада и выполнении монтажных работ необходимо придерживаться следующих нормативных документов:
Как правильно подобрать отопление для склада?
Для выбора подходящего типа системы проводится комплексный расчет отопления склада. Он позволяет определить требуемую мощность системы и другие основные технические параметры. После этого необходимо рассчитать экономические показатели использования разных видов систем.
Наиболее экономичным способом обогрева будет использование газового отопления. Однако его можно реализовать только при подключении к централизованной газовой магистрали. Также необходимо обеспечить соблюдение ряда нормативных требований. Если существует возможность подключения к централизованной системе, можно воспользоваться этим способом для организации водяного отопления помещений. Если же к складу не подведены дополнительные коммуникации, то оптимальным вариантом станет использование инфракрасных панелей.
При выборе системы отопления необходимо также руководствоваться нормами безопасности. Так, не допускается использование оборудования со значительным нагревом поверхностей на складах, где хранятся летучие и легковоспламеняющиеся вещества. В таких комплексах не допускается использование электрических вентиляторов и парового отопления.
