Отопление высотных жилых зданий

Сложность этой задачи состоит в  том, что на самой ранней стадии проектирования необходимо все основные характеристики мини-ТЭЦ гармонизировать с режимами работы систем энергопотребления.

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.

5. Автономные источники теплоснабжения

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 многофункциональных  высотных зданий в г. Москве» и  в проектах самых высоких зданий, сооружаемых в районе Москва-Сити.

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.

6. 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.

7. Особенности применения труб из термостойких полимерных материалов.

К системам отопления с трубами  из полимерных материалов действующими нормами предъявляются следующие  требования:

• 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.

8. 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 балансировочные  клапаны разделяют систему отопления  на несколько независимых подсистем. Подсистемами могут быть поэтажные, квартирные ветки или стояки. В  подсистеме образуется свойственный только ей гидравлический режим, в пределах которого следует обеспечивать гидравлическую устойчивость. Количество ступеней увязывания циркуляционных колец в этом случае зависит от места установки автоматического  регулятора перепада давления и разветвленности  регулируемого им участка системы. Чем ближе автоматический балансировочный  клапан к отопительным приборам, тем  проще гидравлическая увязка системы. Отсутствие большого количества ручных балансировочных клапанов снижает  гидравлическое сопротивление системы  и экономит стоимость энергии  на перекачивание теплоносителя  и улучшает тепловой комфорт в  помещении. При наличии автоматических регуляторов перепада давления на неразветвленных  ветках увязывание циркуляционных колец  сводится к одноступенчатой процедуре. Количество циркуляционных колец в  такой подсистеме равно количеству отопительных приборов.

9. Вентиляции и кондиционирования воздуха

В жилой и общественной частях высотных многофункциональных жилых комплексов обычно применяется механическая приточно-вытяжная вентиляция. Системы кондиционирования воздуха используются и в жилой, и в общественной частях, но варианты систем варьируются в зависимости от назначения помещений. Для общественных зон обычно применяют системы центрального кондиционирования; в жилой зоне – местные (поквартирные) установки (такие как сплит- и мульти-сплит-системы).

Для правильной работы системы вентиляции вытяжка, естественная или механическая, компенсируется притоком. Если используется приточная механическая вентиляция, никаких проблем не возникает. В  случае естественного притока использование  герметичных окон нарушает работу системы  вентиляции. Самым простым способом организации притока в этом случае является установка приточных клапанов на окна или в наружную стену или  использование режима «щелевого  проветривания». Могут использоваться и другие решения. Например, в отдельных  квартирах для обеспечения притока  можно устанавливать небольшие  канальные приточные установки  с электрокалориферами мощностью 3–6 кВт, однако такое решение возможно лишь в том случае, если данная электрическая мощность может быть предоставлена. 

Приточные устройства в качестве одного из возможных вариантов рекомендуется  выполнять в виде горизонтальной щели шириной 15 мм в верхней части  оконной коробки с клапаном на нижнем подвесе (рис. 1). При этом поток  наружного воздуха с помощью  клапана и под действием конвективного  потока от отопительного прибора  под окном отклоняется на потолок  помещения, опускаясь в зону обитания, как правило, на некотором расстоянии от окна, с параметрами, близкими к  параметрам внутреннего воздуха. Длина  приточного устройства на 200 мм меньше длины оконного блока (по 100 мм с каждой стороны). Посередине в щели (при  ее длине более 1000 мм) выполняется  проставка шириной 40 мм.

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 положения  и запирание.

Описанные приточные устройства проверены в экспериментальном  строительстве в I, II и III климатических  районах и получили одобрение  гигиенистов (ИОКГ им. А. Н. Сысина).