Отопление высотных жилых зданий
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
КАФЕДРА ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ
ПРОЦЕССОВ И УСТАНОВОК
РЕФЕРАТ
По дисциплине
«Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях»
«Отопление высотных жилых зданий»
Москва 2013
Содержание:
- Введение…………………………………………………………
…………3 - Расчетные параметры наружного климата…………………………...7
Теплоэнергоснабжение систем отопления, горячее водоснабжение, вентиляция и кондиционирование воздуха…………………………...8
- Использование мини-ТЭЦ……………………………………………….9
- Автономные источники теплоснабжения……………………………11
- Проблемы устройства систем отопления высотных зданий……...13
- Особенности применения труб из термостойких полимерных материалов……………………………………………………
………….14 - Надежность и регулируемость……………………………………….
.15
Вентиляции и кондиционирования
воздуха…………………………16
- Системы автоматизации и диспетчеризаци
и………………………..21 - Электроснабжение……………………………………
…………………21
Некоторые проблемы…………………………………………………..
22
- Заключение……………………………………………………
………….22 - Библиографический список……………………………………………26
- Введение
Понятие "многоэтажное здание"
широко распространено, но не имеет четкого
определения, как и другие понятия, характеризующие
этажность зданий: "малоэтажное",
"повышенной этажности", "высотное.
В монографии подразумевается, что все
жилые здания выше 4-5 этажей, имеющие лифты,
являются многоэтажными. Здания данного
типа имеют особенности. В частности, по
мере увеличения этажности и разности
температур наружного и внутреннего воздуха
увеличивается естественный воздухообмен.
Это приводит к необходимости герметизировать
квартирные двери, выходящие на лестничную
клетку, или делать их двойными; к необходимости
уменьшения воздухопроницаемости окон;
к необходимости устройства отдельных
по высоте здания зон, разделяемых, как
правило, техническими этажами с соблюдением
возможно большей герметичности для уменьшения
перетекания воздуха из одной зоны в другую.
Указанные особенности влияют на вентиляцию
зданий и должны учитываться при ее проектировании
и эксплуатации.
В последние годы в вопросе вентиляции
произошли существенные изменения: возросли
концентрации вредных веществ в воздухе
квартир и атмосферном воздухе; возникла
необходимость в сокращении расхода тепловой
энергии, особенно это актуально для России;
появились возможности этого сокращения
за счет утилизации удаляемого из зданий
воздуха. Однако на практике значительного
изменения в организации и эксплуатации
вентиляции жилых зданий за последние
50 лет не произошло.
Распространенная в настоящее время вытяжная
система вентиляции с естественным побуждением
при отсутствии организованного притока
создает ограниченный, часто недостаточный
воздухообмен в квартире, работает неравномерно
и зависит от погоды и архитектурно-планировочных
и конструктивных особенностей каждого
здания. Поэтому еще в 1940-х годах появились
предложения о необходимости организации
в многоэтажных жилых зданиях, в том числе
в московских высотных зданиях строительства
конца 1940-х - начала 1950-х годов, приточно-вытяжной
системы вентиляции с механическим побуждением.
Такая система позволяет использовать
тепло удаляемого из здания воздуха для
подогрева приточного, а также производить
его очистку.
В соответствии с написанным выше, а также
разработанными НП "АВОК" и выпущенными
в 2004 году "Техническими рекомендациями
по организации воздухообмена в квартирах
многоэтажного жилого дома" допускается
применение этих систем. Они могут быть
центральными, на все или отдельные части
здания, и квартирными. Последние, допускающие
регулировку в соответствии с режимом
выделяющихся в квартирах вредных веществ,
могут дать большее сокращение расхода
теплоты. В 2003-2004 годах было закончено
строительство и начаты исследования
экспериментального здания
(264 квартиры) с такой системой.
Вопросы вентиляции жилых зданий не могут
рассматриваться изолированно от их отопления.
Совместное действие этих устройств обеспечивает
комфортное пребывание в здании; наличие
в квартире только воздухообмена недостаточно,
т. к. без отопления здание не может эксплуатироваться.
Проведенные исследования (1958-1980) экспериментальных
зданий с системой (центральной и квартирной),
сочетающей в одном устройстве отопление
и вентиляцию квартир, дали положительные
результаты. Отсутствие необходимости
установки отопительных приборов в жилых
комнатах дает основание для применения
указанных систем с использованием теплоты
удаляемого воздуха.
Термин "совместно действующие отопление
и вентиляция зданий" в конце XX века
стали заменять более полным - "климатизация
и вентиляция", включающим кондиционирование
воздуха, в том числе и возможное радиационное
охлаждение помещений.
Учитывая изложенные соображения, а также
то, что вытяжная система вентиляции с
естественным побуждением широко используется
в существующих зданиях и переход на применение
новых решений будет происходить не сразу,
в монографии приводятся:
- описание применяемых вентиляционных
систем с естественным побуждением;
- санитарно-гигиеническое и технико-экономические
обоснования перехода на новые решения;
- сведения, необходимые для применения
указанных выше рациональных решений
вентиляции многоэтажных жилых зданий.
Континентальный климат России в летний
период характеризуется хотя и не продолжительными,
но высокими температурами наружного
воздуха, поэтому предлагаются мероприятия
по снижению температуры воздуха в жилых
комнатах. Они сводятся к проветриванию
комнат, защите их от солнечной радиации,
рациональному использованию вентиляционных
и отопительно-вентиляционных устройств,
рассчитанных на отопительный период,
а также советам по устройству и эксплуатации
местных кондиционеров или сплит-систем.
Сейчас ни у кого не возникает
сомнения, что высотное здание должно
разрабатываться как единый архитектурно-инженерный
проект. Создание высотного здания
ведется с учетом интересов заказчика,
архитекторов, конструкторов, инженеров-проектировщиков
инженерных систем, специалистов в
области вертикального
Высотные здания представляют новый
закономерный этап развития городского
строительства и являются экономически
выгодными элементами городского хозяйства.
По мнению современных архитекторов,
большая этажность зданий или
большая плотность городского населения,
при которой жилье, работа и учреждения
социальной сферы и отдыха расположены
близко друг от друга, ведет автоматически
к более высокому качеству жизни.
С момента появления первых высотных
зданий вопрос о целесообразности их
строительства постоянно
Не умаляя важности архитектурных
и конструктивных проблем при
проектировании высотных зданий, отметим
следующие, не менее серьезные проблемы,
которые имеют место при
– проектирование систем отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха высотного здания принципиально отличается от проектирования этих же систем для многоэтажных зданий, т. к. для высотных зданий влияние наружных климатических воздействий и величины градиентов перемещения потоков массы и энергии внутри здания являются по своей значимости экстремальными;
– каждое высотное здание является уникальным
произведением архитектурно-
Архитектурное и инженерное проектирование здания с учетом направленного действия наружного климата позволяет без дополнительных затрат повысить энергетическую эффективность здания, качество микроклимата и решить задачу сохранения природной окружающей среды.
Для снижения стоимости энергии, а также уменьшения вредного воздействия на окружающую среду в высотных зданиях используются автономные источники тепло-, энергоснабжения. «Традиционные» автономные источники тепло-, энергоснабжения отличаются более высоким КПД и уменьшенными выделениями вредных выбросов. К «нетрадиционным» (возобновляемым) источникам тепло-, энергоснабжения относятся топливные элементы, фотоэлектрические панели (солнечные батареи), системы использования низкопотенциального тепла земли.
- Расчетные параметры наружного климата
Принятая в настоящее время в России методика проектирования теплозащиты наружных ограждающих конструкций, отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха основывается главным образом на трех характерных климатических периодах:
• показателях наружного климата наиболее холодной пятидневки;
• показателях наружного климата отопительного периода;
• показателях наружного климата наиболее жаркого месяца.
При расчете теплозащиты и систем
регулирования микроклимата высотных
зданий эти параметры в значительной
степени могут отличаться от тех,
которые принимаются для
Учитывая, что каждое высотное здание
является крупным энергетическим потребителем,
выбор оптимальных в технико-
В холодный и теплый периоды года температура наружного воздуха понижается примерно на 1 °С через каждые 150 м высоты, атмосферное давление понижается примерно на 1 гПа через каждые 8 м высоты, а скорость ветра увеличивается.
Теплоэнергоснабжение систем отопления, горячее водоснабжение, вентиляция и кондиционирование воздуха.
Теплоснабжение систем отопления,
горячего водоснабжения, вентиляции и
кондиционирования (далее – системы
внутреннего теплоснабжения) следует
преимущественно осуществлять от тепловых
сетей систем централизованного
теплоснабжения города. Присоединение
систем внутреннего теплоснабжения
к централизованным системам возможно
при условии обеспечения
Одним из решений по резервированию может быть устройство автономных систем тепло- и электроснабжения высотных зданий на базе газотурбинной или газопоршневой установок, одновременно вырабатывающих обе эти энергии. Современные средства защиты от шума и вибрации позволяют размещать их непосредственно в здании, в том числе и на верхних этажах. Как правило, мощность этих установок не превышает 30–40 % максимальной потребной мощности объекта, и в штатном режиме эти установки работают, дополняя централизованные системы энергоснабжения. При большой мощности когенерационных установок возникают проблемы передачи избытков того или иного энергоносителя в сеть.
Во многих случаях в качестве автономных энергоцентров высотных зданий используются мини-ТЭЦ на базе поршневых мотор-генераторов. Реализация масштабных инвестиционных проектов во многих регионах сдерживается отсутствием свободных мощностей единой энергосистемы страны. Перспективные планы ввода в эксплуатацию новых крупных энергоисточников из-за длительных сроков не удовлетворяют потребности строительства. Период избытка мощности энергоисточников над уровнем энергопотребления заканчивается раньше, чем того ожидали энергетики.
Недавняя политика стимулирования роста энергопотребления (если есть резервы производства товара – надо их реализовать и продать) имеет и свою оборотную сторону. Резко увеличилось нерациональное использование электроэнергии для прямой трансформации в тепловую – электрокотлы, воздушные завесы, электрокалориферы систем вентиляции. Вернуться в русло энергосбережения весьма непросто.
- Использование мини-ТЭЦ
Возможным вариантом решения проблемы энергоснабжения новостроек, включая высотные, является проектирование и строительство мини-ТЭЦ.
Мини-ТЭЦ, обеспечивающие энергоресурсами высотные здания, могут стать разумным дополнением единой энергосистемы и могут работать в параллельном режиме.
Сложность этой задачи состоит в
том, что на самой ранней стадии проектирования
необходимо все основные характеристики
мини-ТЭЦ гармонизировать с
К сожалению, в России отсутствует нормативно-методическая база проектирования мини-ТЭЦ, а практический опыт небольшого числа организаций, проектирующих автономные энергоцентры, явно недостаточен. В итоге из-за неквалифицированного подхода к проблеме наметилась тенденция дискредитации прогрессивного направления малой энергетики. При оптимальной годовой загрузке установки, учитывая ее автономность и минимальную протяженность энергокоммуникаций, себестоимость производства электрической, тепловой энергии и холода по расчету оказывается в 1,5–2 раза ниже действующих тарифов центральной энергосистемы.
Для обеспечения максимальной загрузки машин можно было бы излишнюю электрическую энергию направить на компенсацию недостающего тепла для нагрева воды в системе горячего водоснабжения, установив тэны в баках-аккумуляторах. В этом случае автоматически сократилась бы подача тепла на нагрев горячей воды в той мере, в какой поступит электрическая энергия на эти же цели, вплоть до полного отключения тепла на нужды горячего водоснабжения. Подбор мощности устанавливаемых газопоршневых машин выполняется исходя только из нагрузки на отопление, но не максимально часовой, а средней за двое самых холодных суток из обычно выбираемой расчетной пятидневки. В летнее время избыток тепловой энергии, вырабытываемой попутно с производством электрической энергии, может быть использован в тепловых абсорбционных холодильных машинах для получения холода, необходимого в системах кондиционирования воздуха.
- Автономные источники теплоснаб
жения
При дефиците только тепловой энергии для объекта в качестве источника теплоснабжения может быть принят автономный источник теплоснабжения (АИТ) в виде котельной с водогрейными котлами.
Могут использоваться пристроенные или отдельно стоящие котельные, возможность и место размещения которых следует увязывать со всем комплексом воздействия на окружающую среду, в том числе и на жилое высотное здание. Отдельно стоящие АИТ рекомендуется использовать для двух и более близкорасположенных жилых высотных зданий. Дымовую трубу в пристроенных и отдельно стоящих АИТ следует выполнять выше уровня крыши здания, а ее высоту определяют расчетом на рассеивание продуктов сгорания.
Тепловую мощность АИТ выбирают по расчетной нагрузке на отопление здания, для теплоснабжения калориферов приточных систем, тепловых завес и среднечасовой нагрузке горячего водоснабжения. В АИТ рекомендуется использовать водогрейные котлы с температурой нагрева воды до 115 °С. В качестве топлива для АИТ используется природный газ. Газопровод следует предусматривать из легированной стали с давлением газа 0,1–0,3 МПа. Тепловую мощность каждого котла АИТ и их количество рекомендуется принимать с учетом обеспечения одним из котлов выполнения условий обеспечения бесперебойной подачи тепла в количестве, не менее требуемого расхода на отопление здания.
Присоединение систем внутреннего теплоснабжения высотного здания выполняется через тепловые пункты (ТП). Учитывая, что высотные комплексы, как правило, являются многофункциональными по назначению с развитой стилобатной и подземной частью, на которой могут находиться несколько зданий, возможны два принципиальных решения. Одно – это устройство центрального теплового пункта (ЦТП), где располагаются все теплообменные аппараты, передающие энергию перегретой воды к низкопотенциальным теплоносителям второго контура с расчетными параметрами 95 °С и ниже для систем отопления, калориферов приточных систем и систем горячего водоснабжения. Из этого ЦТП низкопотенциальные теплоносители по отдельным трубопроводам от общей гребенки поступают к каждой системе теплопотребления. Другое решение – центральный тепловой пункт (ЦТП) – служит для ввода городских тепловых сетей на объект и размещения узла учета тепловой энергии при необходимости установки когенерации и может быть совмещен с одним из индивидуальных, локальных тепловых пунктов (ИТП), служащих для присоединения местных систем теплопотребления, близких по расположению к данному тепловому пункту. Из этого ЦТП перегретая вода по двум трубам, а не по нескольким от гребенки, как в предыдущем случае, подается в локальные ИТП, расположенные в других частях комплекса, в том числе и на верхних этажах, по принципу приближенности в тепловой нагрузке.
При высоте зданий до 200 м возможно
размещение тепловых пунктов внизу
здания, не ниже минус 1-го этажа. При
большей высоте зданий во избежание
повышенных давлений в трубопроводах
следует применять каскадную
схему подключения зональных
теплообменников отопления и
ГВС. В этом случае давление в контурах
циркуляции греющей воды будет определяться
только высотой своей зоны. Подпитка,
как обычно, производится из обратного
трубопровода греющей воды насосом
в обратный трубопровод нагреваемой.
Такая схема нашла свое отражение
в МГСН 4.19–2005 «Проектирование
Все системы высотных многофункциональных комплексов должны иметь 100 %-ное резервирование по теплообменникам и насосам. Это позволяет в случае больших морозов, когда теплоснабжающая организация не соблюдает температурный график и по температуре не хватает площади нагрева, включать в параллельную работу резервные теплообменники и тем самым обеспечивать нормальный температурный график для данной температуры наружного воздуха.
Если невозможно запроектировать 100 %-ное резервирование оборудования ЦТП, необходимо предусмотреть резервный теплообменник только на систему вентиляции или хотя бы один теплообменник по максимальной мощности, который, в первую очередь, напрямую по самой короткой схеме параллельно завязан с теплообменником системы вентиляции.
Проблемы устройства систем отопления высотных зданий
Анализируя прошлый опыт и оценивая данные по эксплуатации, видно преимущество поквартирных (горизонтальных) систем отопления.
Применение горизонтальных двухтрубных поквартирных систем отопления с разводкой в полу позволяет:
– отключать только одну квартиру или помещение, например, в случае аварии или при необходимости ремонта или замены отопительных приборов;
– отрегулировать систему отопления одной квартиры или помещения независимо от других квартир или помещений;
– избежать проблем, возникающих из-за несанкционированного переустройства систем отопления внутри квартир (замена приборов и термостатов);
– осуществлять индивидуальное проектирование системы отопления каждой квартиры в зависимости от пожелания владельца;
– установить поквартирные теплосчетчики и перейти на оплату фактически потребленной тепловой энергии по показаниям данных теплосчетчиков.
Применение поквартирных (горизонтальных) систем отопления, по сравнению с вертикальными, приводит к уменьшению протяженности магистральных труб, которые всегда имеют наибольший диаметр (наиболее дорогие), снижению потерь теплоты в необогреваемых помещениях, где проложены трубопроводы, упрощению поэтажного и посекционного ввода здания в эксплуатацию.
- Особенности применения труб из термостойких полимерных материалов.
К системам отопления с трубами
из полимерных материалов действующими
нормами предъявляются
• Системы поквартирного (горизонтального) отопления в зданиях следует проектировать двухтрубными, предусматривая при этом установку приборов регулирования, контроля и учета расхода теплоты для каждой квартиры.
• Трубопроводы систем отопления следует проектировать из стальных, медных, латунных труб, термостойких труб из полимерных материалов (в том числе металлополимерных и из стеклопластика), разрешенных к применению в строительстве. В комплекте с пластмассовыми трубами следует применять соединительные детали и изделия, соответствующие применяемому типу труб.
• Параметры теплоносителя (температура, давление) в системах отопления с трубами из термостойких полимерных материалов не должны превышать предельно допустимые значения, указанные в нормативной документации на их изготовление, но не более 90 °С и 1,0 МПа.
Срок и сложность монтажа и количество занятых при этом людей гораздо ниже, чем при использовании стальных труб, системы очень просты в работе и для их монтажа не требуются специалисты такой высокой квалификации, как сварщики.
Срок службы PEX-труб зависит от температуры теплоносителя – чем ниже эта температура, тем больше срок службы трубы. Производители указывают срок службы труб в зависимости от температуры от 25 до 50 лет. Это минимальный срок службы.
Внутренняя поверхность труб из сшитого полиэтилена всегда чистая, в отличие от стальных, там не накапливается ржавчина, окалина и т. д. Старение материала таких труб происходит только в результате воздействия ультрафиолетового излучения. Поскольку все трубы защищены от солнечного света – проложены в гофре, стяжке пола, в пространстве подшивного потолка, в штрабах – старения и разрушения этих труб не происходит. Отопительные приборы подключаются либо посредством специальной розетки, установленной в стене, либо посредством металлической стандартизированной подводки снизу.
- Надежность и регулируемость
Современные системы отопления зданий предъявляют повышенные требования к надежности и регулируемости, особенно в высотных и протяженных зданиях. В таких условиях обеспечение гидравлической устойчивости является основной задачей как проектировщиков, так и службы эксплуатации. Системы должны эффективно работать и быть управляемыми во всех режимах. Традиционно такая управляемость достигается повышением сопротивления узлов отопительных приборов (радиатор и терморегулятор) и гидравлической увязкой циркуляционных колец. С этой целью применяются радиаторные терморегуляторы RTD-N с повышенным гидравлическим сопротивлением на обвязке отопительных приборов, а на стояках или приборных ветвях системы – автоматические балансировочные клапаны серии ASV–P (PV и PV Plus) и ASV–M (I).
Автоматические
Вентиляции и кондиционирования
воздуха
В жилой и общественной частях высотных
многофункциональных жилых
Для правильной работы системы вентиляции
вытяжка, естественная или механическая,
компенсируется притоком. Если используется
приточная механическая вентиляция,
никаких проблем не возникает. В
случае естественного притока
Приточные устройства в качестве
одного из возможных вариантов
Рис. 1. Регулируемое приточное устройство
Клапан имеет уплотняющую прокладку толщиной 10 мм из пенополиуретана или пенорезины и перекрывает щель на 15 мм с каждой стороны.
Клапан оснащается простейшим
запорно-регулирующим устройством
с дистанционным управлением, обеспечивающим
плавное регулирование его
Описанные приточные устройства проверены в экспериментальном строительстве в I, II и III климатических районах и получили одобрение гигиенистов (ИОКГ им. А. Н. Сысина).

- Отопление жилого здания (2)
- Отопление и вентиляция в СССР
- Отопление и вентиляция предприятий общественного питания
- Отосклероз. Определение, распространенность
- Отпаянные лазеры
- От перераспределения благ к созданию процветания: выводы из Индекса глобальной конкурентоспособности
- От Пифагора к Платону: становление образа Античного Космоса
- Отопитель на УАЗ
- Отопительная сисиема
- Отопительно-варочная печь № 19
- Отопление
- Отопление
- Отопление
- Отопление