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.
Особенности воздушного отопление склада
Отопление складских помещений может быть реализовано несколькими способами, в зависимости от целевого предназначения склада и его размеров. Первый заключается в применении крупных промышленных агрегатов, устанавливаемых на крыше помещения либо у стены.
Подвесные автономные теплогенераторы могут быть использованы для отопления помещений промышленного и коммерческого типа различной площади. Принцип их действия базируется на технологии прямого теплообмена, что позволяет достигать наиболее эффективного обогрева без применения промежуточных теплоносителей. Подобные теплогенераторы включают в себя газогорелочный блок, горелку, специальную камеру, в которой происходит сгорание топлива, а также систему непрерывного контроля давления, необходимую для обеспечения безопасного функционирования отопительной системы.
Устанавливаться они могут как внутри помещения, так и снаружи, причем второй вариант является приоритетным, так как позволяет экономить драгоценную площадь, избавляет от производимого работающими генераторами шума, а также является более правильным с позиции обеспечения пожарной безопасности. Те части воздуховодов, которые располагаются с наружной стороны складских конструкций, следует качественно теплоизолировать, чтобы свести к минимуму потери тепла.
Стоит отметить, что наиболее целесообразно воздушное отопление склада выполнять из нескольких теплогенераторов, имеющих среднюю мощность, а не одного большой мощности. Такой подход позволяет сохранять температуру в складе на заданном уровне даже в случае выхода из строя одного из них.
Монтируемые у стены стационарные теплогенераторы также работают на базе технологии прямого теплообмена, обеспечивающей максимально эффектиное отопление. Один либо несколько вентиляторов создают воздушный поток, обдувающий герметичную камеру сгорания, которая имеет максимальную поверхность теплообмена, и переносящий тепло в помещение, за счет чего минимизируется тепловая инерция. Такое оборудование для воздушного отопления складов чрезвычайно легко устанавливать, оно отличается простотой и безопасностью эксплуатации. Работают стационарные теплогенераторы за счет сжигания газа либо дизельного топлива, они пригодны для монтажа как внутри помещения, так и снаружи, причем они способны выдержать чрезвычайно низкие температуры – до минус 55 градусов.
Удобство использования обусловливается модульной концепцией теплогенераторов, благодаря чему они могут задействоваться для обогрева отдельных зон в помещениях, независимо от их площади. Неоспоримыми преимуществами теплогенераторов по сравнению с традиционными отопительными системами являются существенно более низкие затраты на эксплуатацию, а также более высокий уровень энергосбережения.
При использовании теплогенераторов для отопления складов воздух от них распределяется посредством специальных систем воздуховодов. Данный способ имеет особую целесообразность в том случае, когда воздушное отопление склада планируется применять наряду с системами вентиляции и кондиционирования. Тогда можно произвести объединение всех трех систем в одну, что позволит в итоге добиться значительного снижения материальных затрат. Одни и те же воздуховоды будут использоваться, в зависимости от температурных условий, для подачи теплого воздуха с целью отопления складского помещения либо холодного с одновременным осуществлением вентиляции склада.
Подобные системы дают возможность осуществлять контроль как температурного режима, так и качества воздуха, а при подключении дополнительного оборудования (электронных фильтров, увлажнителей, антибактериальных ламп) – создавать и поддерживать в помещении необходимый микроклимат. Такой способ объединения нескольких коммуникаций обладает большей функциональностью при меньших затратах по сравнению с раздельным оборудованием всех трех систем (отопления, вентиляции и кондиционирования).
Второй способ реализации системы отопления складских помещений заключается в применении индивидуальных нагревателей, функционирующих по принципу тепловых пушек. Они используются в тех случаях, когда существует необходимость в поддержании оптимальной температуры на складе в холодное время года, когда она опускается ниже нормативов.
Подобные индивидуальные нагреватели размещаются через определенное расстояние по периметру помещения и включаются при срабатывании датчика термостата, когда температура падает ниже заданного значения. Такой подход позволяет избежать создания сложных систем, и при этом иметь возможность в любой момент буквально за считанные минуты прогреть склад.
Основные преимущества систем воздушного отопления по сравнению с водяным
Оборудование для воздушного отопления складов, как правило, обходится дешевле, чем оборудование водяного отопления, равно как и последующая эксплуатация установленных систем. Объясняется это в первую очередь отсутствием необходимости использования агрегатов, применяемых для подготовки и циркуляции теплоносителя, сложных систем теплопроводов и приборов отопления, а также непосредственно теплоносителя, которым в зимнее время обычно служит недешевый антифриз.
Возможность использования системы воздушного отопления в летний период, когда водяное отопление попросту простаивает, в качестве вентиляционной системы.
Более высокий коэффициент полезного действия воздушной отопительной системы, обуславливающийся отсутствием промежуточного теплоносителя, а также более низкая инерционность. Благодаря этому даже после длительного простоя подобные системы позволяют чрезвычайно быстро прогревать помещение, обеспечивая рабочую температуру. Кроме того, в случае бездействия в холодное время года воздушным системам отопления не угрожает риск размораживания, что неизбежно случается с системами водяного отопления.
Широкие возможности для функционирования в «волновом» режиме, когда температура в определенные отрезки времени существенно различается. Системы же водяного отопления имеют крайне замедленную реакцию, и быстро повысить или снизить температуру в помещении чрезвычайно сложно. Кроме того, перепады температуры негативно сказываются на состоянии системы водяного отопления и ее ресурсе.
Системы, обеспечивающие воздушное отопление склада, отличаются большей простотой и меньшей трудоемкостью монтажа, что дает возможность значительно сократить время установочных работ, а, следовательно, и их стоимости, даже при оборудовании централизованной системы на базе канальных воздухонагревателей. Практика показывает, что на монтаж систем воздушного отопления уходит в среднем в два-три раза меньше времени по сравнению с системами водяного отопления. А установка систем на базе воздухонагревателей свободнорассеивающего типа требует еще меньше времени (как правило, это два-три дня).
Ради сохранения объективности стоит отметить и некоторые недостатки, присущие системам воздушного отопления, заключающиеся в первую очередь в значительных габаритах этих самых систем. Необходимость установки воздуховодов большого диаметра уменьшает полезный объем помещения склада, а также вынуждает делать крупные технологические отверстия в стенах и прочих ограждающих конструкций, что подчас делает невозможным применение подобных систем в уже построенных зданиях.
В этой связи использование систем воздушного отопления наиболее целесообразно и рекомендовано в однообъемных помещениях, а также в находящихся на стадии строительства зданиях, в проекте которых можно предусмотреть установку труб большго диаметра.
