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.
Способы отопления склада
Отопление складских помещений, ангаров, хранилищ и других аналогичных им строений значительно отличается от отопления, скажем, жилых домов – важную роль играют как габаритные размеры помещения, так и особые требования, предъявляемые к условиям внутреннего микроклимата.
В частности, обычно требуется отапливать не весь склад, а лишь определённые рабочие зоны и места хранения груза, причём, температурно-влажностный уровень в таких зонах может быть совершенно разным. В связи с этим к вопросу отопления склада необходимо подойти с максимальной ответственностью – чтобы иметь возможность в полной мере использовать функциональные возможности помещения.
Стандартное водяное отопление, с которым хорошо знаком любой из нас, малопригодно для нагрева воздуха в таком просторном помещении – нагретые воздушные массы просто будут подниматься вверх, в никоим образом не используемые зоны. Соответственно, значительно вырастут расходы – при минимальной полезной отдаче. Итак, какую же систему отопления склада использовать? Попробуем разобраться.
Способы отопления склада
Для нагревания воздуха в складском помещении используются следующие отопительные системы:
централизованные водяные;
воздушные;
лучистые.
В первом случае обогрев происходит за счёт горячей воды, движущейся по системе водопроводных труб и нагревающей радиаторы. Вода поступает из центральной отопительной системы; в зависимости от условий хранения возможен нагрев в котельной, если таковая есть, а также при использовании специальных электрических приборов.
Применяется только в малых складах с невысокими потолками из-за причин, уже описанных выше; также данная система не слишком популярна из-за сложности монтажа, а также большого количества занимаемого пространства, что не позволяет использовать площадь склада с максимальной эффективностью (главным образом это касается торговых складов и баз, на которых используются стеллажные конструкции).
Воздушные системы отопления
Значительно более популярным является воздушное отопление склада, которое впервые начало применяться ещё в семидесятые годы прошлого века и эффективно совершенствуется по сей день. Данные системы не взаимодействуют с какими-то внешними источниками, а нагрев воздуха в помещении обеспечивается работой тепловых генераторов и калориферов – водных и паровых.
Нагретый воздух поступает по коллекторам коробчатой конструкции в те помещения, где необходимо поддерживать определённый температурный режим. Для уменьшения или увеличения воздушного потока используются специальные регулируемые створки или жалюзи.
Такой способ также имеет некоторые недостатки, хотя их и меньше, чем у предыдущей системы. Тем не менее, воздушная система является одной из наиболее часто используемых при отоплении складов благодаря простоте установки и сравнительно низкой стоимости оборудования.
Лучистые системы отопления
Лучистое отопление ещё более экономично и просто в установке и применении, чем воздушное. Работа инфракрасных нагревателей не способствует возникновению пыли, а также не сушат воздух. Принцип действия такой системы крайне прост – как и лучи солнца, элементы данной системы нагревают не воздух, а объекты, на которых они направлены – пол, стены, предметы – а те, в свою очередь, отдают часть полученного тепла окружающей среде.
Это наиболее удобно в тех случаях, когда требуется нагрев определённой зоны небольших размеров; сами светильники легко монтируются на высоте 1,5-2 метра от пола, а концентрация выделяемых тепловых частиц может регулироваться.
В зависимости от микроклимата, поддерживаемого внутри складского помещения, используются «светлые» и «тёмные» инфракрасные нагреватели. Выделению тепла в них способствует природный либо сжиженный газ. Обогреватели могут как монтироваться непосредственно в стены или стенные ниши, так и входить в состав целых излучающих панелей, располагающихся вдоль всей длины здания. Также выпускаются переносные модели, использующиеся в условиях невозможности монтажа отопительной системы. В зависимости от габаритов они могут быть как ручными, так и размещаться на специальных колёсных установках.
«Светлые» инфракрасные нагреватели отличаются крайне высокой температурой – поверхность горелки может нагреваться до 900 градусов. «Тёмные» обеспечивают меньший нагрев – только до 500 градусов – но при этом оснащаются специальными отражателями, которые позволяют рассеивать тепловые частицы и, тем самым, обеспечивать нагрев значительно больших площадей. Различаются они и по конструкции – первые представляют из себя цельную керамическую плитку (её нагрев и производит инфракрасное излучение), вторые же представляют из себя трубную конструкцию с внешним термостойким покрытием, внутри которой и происходит процесс горения газа.
Наиболее универсальным типом инфракрасных обогревателей являются излучающие панели, широко распространённые в большинстве складов типового хранения и стандартными нормами пожаробезопасности. Также их удобно использовать для кондиционирования воздуха – при подключении парогенератора. Пар при этом может нагреваться почти до 200 градусов, что способствует значительному увеличению кратности воздухообмена внутри помещения.
Таким образом, можно сказать, что на сегодняшний день лучистые обогреватели обоих типов представляют из себя наилучшие варианты отопительных систем – производительные, экономичные и удобные. Тем не менее, нужно упомянуть о следующих ограничениях использования данных агрегатов:
