Самара 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 [1-6].
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.
|
№ п/п |
Характеристика |
Сооружение |
|
|
|
|
каркасно-тентовое |
надувное |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
1 |
Теплотехнические характеристики материала покрытия и ограждающих конструкций сооружений: |
|
|
|
- коэффициент теплопередачи ограждающих конструкций, Вт/м2·град. |
2,14 |
2,33 |
|
|
- коэффициенты проникновения солнечной радиации материала покрытия (первого и второго слоя). |
0,06; 0,09 |
0,06 |
|
|
- коэффициент отражения солнечной радиации материала покрытия (первого и второго слоя). |
0,76; 0,79 |
0,76 |
|
|
- коэффициент поглощения солнечной радиации материала покрытия (первого и второго слоя). |
0,18; 0,12 |
0,18 |
|
|
2 |
Характеристика неплотностей покрытий и входов сооружений: |
|
|
|
а. Суммарная площадь щелей в местах крепления: - полотен покрытия к каркасу, м2 - покрытия к фундаменту, м2 |
0,754 0,22 |
- 0,154 |
|
|
б. Коэффициенты расхода для неплотностей входов: - с двойными остекленными дверьми - с двойными глухими дверьми - с вращающейся дверью |
0,65 0,65 - |
- - 0,1 |
|
|
3 |
Расчетные значения подпора в сооружении с учетом гравитационного и ветрового напора, плотности покрытия и снегового покрова), Па: - в холодный период года - в тёплый период года |
17,0 2,0 |
66,5 10,5 |
|
4 |
Удельные расчётные утечки воздуха в сооружении, м3/ч·м3: - в холодный период года - в тёплый период года |
0,3 0,105 |
0,34 0,135 |
Таблица 2
Значения удельных затрат тепла, холода, электрической энергии на отопление, вентиляцию и кондиционирование воздуха каркасно-тентовых и надувных сооружений (затраты на 1 м3 сооружения).
|
Наименование удельных затрат |
Сооружение |
|
|
каркасно-тентовое |
надувное |
|
|
1. Удельные затраты тепла на отопление и вентиляцию в сооружении, ккал/ч·м3 (Вт/м3) 2. Удельные затраты холода для ассимиляции теплопоступлений в сооружение, ккал/ ч·м3 (Вт/м3) 3. Удельные значения электрической мощности, установленного в сооружении вентиляционного, холодильного оборудования и оборудования кондиционирования воздуха, кВт/м3 |
27,2 (31,6)
4,0 (4,65)
0,0021 |
41,7 (48,5)
8,25 (9,59)
0,0043 |
Представляется, что полученные удельные энергетические показатели будут полезны для Заказчиков и Исполнителей в предпроектный период при принятии решений на проектирование систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха каркасно-тентовых и надувных сооружений, используемых для крытых спортивных площадок.
Литература.
СНиП 2.04.05-91*. Отопление, вентиляция и кондиционирование.
СНиП 2.08.02-89*. Общественные здания и сооружения.
СНиП 3.05.01-85. Внутренние санитарно-технические системы.
СНиП 21.01-97*. Пожарная безопасность зданий и сооружений. СНиП II-12-77. Защита от шума. СНиП II-3-79*. Строительная теплотехника.
