Отопление храмов

Особенности проектирования систем отопления храмов на примере Спасо-Преображенского собора в Одессе

А. А. Котенко, инженер-проектировщик компании ЭК «Трансэнерго»

В последнее время наблюдается тенденция роста объемов реконструкции и нового строительства храмов. Важное место при этом занимает обеспечение требуемого микроклимата этих сооружений. В процессе проектирования систем климатизации проектировщику приходится сталкиваться с рядом особенностей, которые необходимо учитывать для достижения необходимых параметров микроклимата.

Факторы, влияющие на проектирование систем отопления храмов

Особенности проектирования систем отопления храмов зависят от следующих факторов:

— архитектурных и конструктивных решений здания;

— режима и особенностей эксплуатации храма;

— необходимости сохранения интерьера здания.

Архитектурной особенностью зданий храмов является большое отношение объема к площади, то есть имеет место высокое внутреннее пространство.

В то же время объем рабочей зоны, где требуется поддержание заданных параметров микроклимата, составляет незначительную часть от общего объема.

Режим регулирования системы отопления зависит от расписания богослужений и особенностей эксплуатации храма, что требует от системы очень малой тепловой инерции.

Сохранение интерьера имеет также немаловажную роль: элементы системы отопления должны быть как можно более незаметными и не привлекающими внимания.

Учитывая эти три фактора, мы пришли к выводу о целесообразности использования комбинированных систем отопления храмов — теплопередача должна осуществляться как путем конвекции, так и путем радиационного теплообмена.

Этот принцип был принят при проектировании системы отопления Спасо-Преображенского собора в Одессе.

Архитектурно-планировочные особенности храма

Теплоснабжение собора предусмотрено от местной крышной котельной, работающей на природном газе и расположенной на крыше административно-хозяйственного корпуса, примыкающего к зданию собора.

Помещения собора расположены в трех уровнях — на отметках 0,000, –3,000, –6,000.

Ниже отметки 0,000 (нижний храм) расположены два этажа высотой по 3 м.

Эта часть здания, кроме двухсветного зала (514,0 м 2 ), хоров (34,6 м 2 ) и алтаря (145,0 м 2 ), включает в себя следующие группы помещений:

1. Помещения воскресной школы.

2. Административные помещения.

3. Помещения для священнослужителей.

4. Крестильные помещения.

5. Помещения для персонала.

6. Технические и производственные помещения.

7. Помещения при трапезной.

8. Складские помещения.

Система отопления собора состоит из двух подсистем:

1. Центральная система отопления — двухтрубная, радиально-тупиковая с верхней разводкой. Магистральные и распределительные трубопроводы проложены в полу.

2. Система отопления — «теплый пол».

Особенности отопления на отметке 0,000

На отметке 0,000 расположены помещения главного зала и алтаря (рис. 1). В них предусмотрено отопление при помощи конвекторов с принудительной циркуляцией воздуха. Это обеспечивает поддержание требуемого микроклимата непосредственно в рабочей зоне, т. е. там, где находятся прихожане и священники. Конвекторы расположены у стен и вмонтированы в пол так, что видны только воздухораспределительные решетки. Такое их местоположение, кроме сохранения интерьера, удовлетворяет двум условиям комфортности. Во-первых, обеспечивается комфортная обстановка в рабочей зоне помещения. Во-вторых, потоки нагретого воздуха у стен обеспечивают комфортную температуру внутренних нагретых поверхностей наружных ограждений. Еще одна немаловажная функция конвекторов — нагрев приточного воздуха до заданной температуры и его рециркуляция. За счет этого уменьшена тепловая нагрузка калориферов приточных камер и их производительность по воздуху.

План системы отопления собора на отметке 0,000

Особенности отопления на отметке –6,000

В зале на отметке –6,000 отопление осуществляется при помощи «теплого пола», который разбит на 8 участков (рис. 2). Трубопроводы укладываются с шагом 0,15 м. Длина труб отдельных участков не превышает 90 м.

В данном зале происходят богослужения, во время которых прихожане молятся, становясь на колени. Поэтому, независимо от температуры внутреннего воздуха, большое воздействие на них оказывает температура пола. В зале на отметке –6,000 так же, как и в зале на отметке 0,000, большое значение имеет обеспечение второго условия комфортности. Однако, в отличие от «верхнего» зала, в «нижнем» люди имеют непосредственный контакт с ограждающей конструкцией. Поэтому наиболее эффективным является применение здесь системы отопления «теплый пол».

План системы отопления собора на отметке –6,000

Гидравлический режим контуров «теплого пола» независим от центральной системы отопления. Теплоноситель от распределительной гребенки теплового узла подается на распределитель контуров нагрева, который обеспечивает гидравлический режим каждого контура системы отопления «теплый пол». Распределитель контуров нагрева включает в себя:

— клапан точной регулировки;

Температура теплоносителя в подающем трубопроводе не превышает 50 °С. Это достигается работой циркуляционного насоса, встроенного в распределитель контуров нагрева путем подмешивания теплоносителя из «обратного» трубопровода.

Особенности отопления на отметке -3,000

На отметке -3,000 находятся служебные помещения, которые отапливаются посредством центральной системы отопления (рис. 3). Расчетные температуры помещений Спасо-Преображенского собора были приняты согласно стандарту АВОК «Отопление, вентиляция и кондиционирования воздуха православных храмов и культовых сооружений».

План системы отопления собора на отметке -3,000

Выводы

При проектировании систем отопления храмов целесообразно использовать подсистемы с передачей тепловой энергии как путем конвекции, так и путем радиационного теплообмена.

В служебных помещениях храмов источниками теплоты являются отопительные приборы с преобладающей конвективной составляющей.

В помещениях с большими объемами необходимо применять или воздушное отопление, или системы отопления «теплый пол». Однако предложить универсальный способ отопления культовых сооружений невозможно.

При проектировании необходим индивидуальный подход, т. к. учитываются не только теплотехнические факторы, но и архитектурные.

Мы надеемся, что наш опыт проектирования системы отопления Спасо-Преображенского собора в Одессе будет полезен при строительстве новых культовых сооружений и реконструкции старых.

Отопление Храмов

Отопление Храмов дровяными печами (Печи для отопления зданий и помещений большого объема)

В статье речь пойдёт об отоплении Храмов печами, построенными на «принципе свободного движения газов», которые обладают многими замечательными свойствами и спроектированными с учётом основ конструирования печей, сформулированных мной (статья «Основы конструирования печей»).

Напомним эти замечательные свойства:

1. Колпак может иметь любую форму и объём;
2. Тепловая энергия переносится за счёт естественных сил природы;
3. Внутри колпака происходит турбулентное движение газов;
4. В верхней зоне колпака, собираются самые горячие газы;
5. В верхний колпак переливаются наиболее холодные, тяжелые газы;
6. В нутри колпака, с повышением температуры возникает избыточное (повышенное) давление;
7. Н агрев стенок колпака в каждом горизонтальном сечении одинаков и возрастает в каждом, выше лежащем сечении;
8. И сточник тепловой энергии может размещаться в любом месте нижней зоны колпака, при этом характер нагрева сохраняется;
9. Может быть несколько источников тепла;
10. Размещение последовательных колпаков один над другим обеспечивает равномерный прогрев в каждом горизонтальном сечении системы, а так же, нижний колпак воспринимает больше энергии горячих газов, чем верхний;
11. При горизонтальном размещении последовательных колпаков прогрев в каждом горизонтальном сечении системы неравномерен, а так же, левый, первый колпак воспринимает больше энергии горячих газов, чем последующий.
12. Не своевременное закрытие задвижки в печах с принудительным движением газов, ведёт к значительной потере тепла. В наших печах в этом случае, потери тепла не значительны;
13. При увеличении времени топки печи, повышается температура стенок дымоходов, и они воспринимают меньше тепла от дымовых газов, из-за уменьшения разности температур дымовых газов и стенок дымоходов. В этом случае повышается температура выходящих газов, то есть понижается КПД печей. В практической эксплуатации, время протапливания печей не регламентируется, поэтому в печах с принудительным движением газов (в том числе, с системой противотока), неизбежно снижение КПД. В печах «двухъярусный колпак», при увеличении времени топки не происходит заметного снижения КПД, так как воспринимать избыток тепла будет верхний колпак;
14. Может работать на электричестве.

В зависимости от размеров и объёмно-планировочного решения, Храм можно отопить различными способами:

1.Одноэтажными печами периодического действия, которые могут иметь различную форму и объём.

Как правило, эти печи отапливают 1-4 помещения. Теплоотдача таких печей складывается из теплового излучения и конвективного тепла от большой поверхности, передаётся слабыми тепловыми потоками и благоприятно для здоровья. Такими печами выполнено отопление нескольких Храмов в «Монастыре в честь Святых Царственных Страстотерпцев», г. Екатеринбург, Ганина Яма и Храма в Хорёнках. Например, Храм Державный отапливается двумя печами объёмом около 10 куб. м. каждая. Активная теплоотдающая поверхность такой печи составляет 23,4 кв. м, а средняя часовая теплоотдача печи примерно 12,9 кВт, при двух топках в сутки. Печи, построенные на «принципе свободного движения газов», могут иметь значительно больший объём.

2. Многоэтажными печами периодического действия с раздельной топкой на каждом этаже или одной на всю печь.

Этими печами можно так же отопить 1-4 помещения, и они так же могут иметь очень большой объём и мощность.

Храм Сергия Радонежского в выше указанном монастыре, отапливается двумя трёх этажными печами.

3. Одноэтажной печью со встроенным котлом водяного отопления; Как пример, привожу фотографии Храмов в женском монастыре и селе Шурала, отопление которых выполнено печами с водяным котлом, а так же котлы этих и других объектов.

Печь можно использовать только для нагрева теплоносителя, для чего её защищают снаружи теплозащитной оболочкой. Если печь не изолировать, то она отапливает так же помещение, в котором располагается. Это печь периодического действия, обладает, совместно с объёмом воды в системе водяного отопления, большой инерционной массой (аккумулирующей способностью).

Котёл в этих печах вынесен из топки, и процесс сгорания происходит в объёме с высокой температурой, что обеспечивает полное сгорание топлива и как следствие, высокий КПД. Дровяные типовые котлы не обладают инерционностью, не могут аккумулировать тепло и должны постоянно топиться. Кроме того, котёл у них располагается в топливнике (холодное ядро), реакция горения проходит при пониженных температурах, не происходит полного сгорания топлива и снижается КПД.

4. Двух-трёх этажной печью со встроенными котлами в нижних печах; Привожу фотографию такого котла.

Печи со встроенным котлом нижних ярусов, аналогичны печи, описанной в пункте 3, и использоваться могут для отопления помещения, в котором располагаются (за счёт теплоотдачи стенок печи), а так же батареями, выше расположенного помещения.

5. Калориферными печами.

Такие печи обогревают горячим воздухом все помещения здания из одного места (объёма), в котором нагревается воздух и который раздаётся по воздуховодам за счет сил гравитации или вентилятора. Теплопроизводительность печи должна покрывать теплопотери здания. В этом случае должен быть выполнен проект рециркуляции воздуха, который могут выполнить только специалисты. В противном случае, в некоторых помещениях будет холодно, в других жарко. Возможно возникновения шума.

Печи могут быть выполнены в следующих вариантах:

1. С теплообменником внутри печи;
2. С размещением самой печи (нагревательной системы) в вентиляционной камере.
3. С размещением печи, с теплообменником внутри печи, в вентиляционной камере.

Это могут быть печи длительного или периодического горения и иметь большую мощность.

Печи, построенные на «принципе свободного движения газов», могут иметь любую форму и объём. Поэтому, в первом случае, в печь может быть вмонтирован воздухотеплообменник (калорифер) из различных металлов, а так же теплоаккумулирующий массив, например из талькомагнезита. Горячие газы, выходя из топки, попадают в колпак, где обогревают воздухотеплообменник. Это позволяет быстро нагревать помещение, а так же значительно повысить инерционность системы отопления. Такая печь обеспечивает прямой обогрев помещения, в котором располагается, и обогрев воздухом смежных помещений.

Воздухотеплообменник может быть изготовлен из металла и офутерован кирпичом.

Во втором случае, печь устанавливают в вентиляционную камеру, которую размещают в подвале (под полом) или на первом этаже. Печь выполняют с развитой теплоотдающей поверхностью.

При размещении вентиляционной камеры на первом этаже, стенки печи надо выполнять тонкостенными в металлическом футляре, что бы обеспечить повышенный прогрев стенок печи и воздуха в вентиляционной камере. Стенки вентиляционной камеры должны быть съёмными, что бы можно было провести, при необходимости, ремонт печи, а так же обеспечивать передачу тепла. Топливник и задвижки печи необходимо располагать вне вентиляционной камеры. В этом случае печь передаёт тепло непосредственно через стенки вентиляционной камеры и горячий воздух в смежные помещения.

При размещении вентиляционной камеры в подвале, камера калорифера делается такого размера, чтобы дать возможность войти в нее человеку, наблюдающему за печью. Для подачи воздуха в камеру калорифера устраивают приточный канал. Нагретый воздух выходит в специальные каналы или воздухопроводы.

В настоящее время в селе Резанцы, под Москвой, проводится раскопки такой печи, отапливающей Храм. Привожу фотографию печи.

Мной разработан эскизный проект печи, построенную на принципе «свободного движения газов», которую можно использовать как для отопления Храмов, так и зданий значительного объёма. Эта печь периодического действия и может быть выполнена различного объёма и мощности. Печные приборы можно применять от котлов «Универсал», «Энергия», «НР», используемых в поселковых котельных и др. Смотрите чертежи ПКИК1Х . Печь имеет внутри металлический воздушный теплообменник, который обеспечивает быстрый нагрев воздуха в тепловой камере. Регулирование подачи воздуха осуществляется за счёт открытия или закрытия дверок на задней стороне топливника.

Воздух, необходимый для сжигания топлива, предварительно подогревается в тепловой камере, откуда подводится в зольник сбоку. Это благотворно отражается на реакции горения и как следствие, повышение КПД.

Эта печь может быстро нагревать помещение, а так же накапливать тепло и постепенно отдавать его, так как обладает большой массой. Имеется техническая возможность автоматически регулировать необходимые параметры температуры в помещении в зависимости от наружной температуры воздуха. А так же обеспечивать подачу оптимального количества воздуха, необходимого для горения в различных стадиях реакции горения топлива, в зависимости от состава выходящих газов. При применении гранулированного биологического топлива (древесностружечных отходов), возможна полная автоматизация отопления здания.