Некоммерческое
партнерство
инженеров
Инженеры по отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха, теплоснабжению и строительной теплофизике
(495) 984-99-72 НП "АВОК"

(495) 621-80-48 Секретарь (тел./факс) ООО ИИП "АВОК-ПРЕСС"
(495) 107-91-50

АВОК ассоциированный
член

Комфорт и экономия энергоресурсов

При проектировании систем кондиционирования и отопления для объекта, где планировалось разместить и административную часть, и промышленное производство, была поставлена задача обеспечить общую оптимизацию и в отношении теплового комфорта, и в части сбережения энергоресурсов. Оптимальное решение – излучающие панели и охлаждающие балки.

Территория нового производства компании Knorr-Bremse в г. Аркоре четко поделена на две отдельные, хотя и напрямую связанные между собой зоны: административное здание и производственный корпус. Административное здание трех-этажное, общей площадью 2 500 м2, внутренняя планировка с преобладанием открытого пространства. Фасад здания имеет сплошное остекление и ориентирован в большей степени на север. У стеклопакета шириной 12 мм наружное остекление с мягким селективным покрытием с низким коэффициентом теплопроводности окна 1,8 Вт/(м2 • °C), пропускание солнечной энергии составляет 0,62. С целью снижения нагрузки, обусловленной солнечным излучением, предусмотрены защитные внутренние экраны со свертывающимися жалюзи. На последнем третьем этаже, где размещается дирекция, имеются световые колодцы, покрытые поликарбонат-ными фонарями.

Площадь производственного корпуса – 5 500 м2, высота до балок перекрытия – 7,5 м, перекрытия ангарного типа. Для административного и производственного корпусов предусмотрены различные системы, которые имеют одну объединяющую черту – высокий функциональный комфорт и низкое энергопотребление. В производственном корпусе решено было устроить напольное лучистое отопление, для административного корпуса предпочтение отдано системе кондиционирования посредством охлаждающих балок.

Главный фасад административного корпуса со сплошным остеклением

Рисунок 1.

Главный фасад административного корпуса со сплошным остеклением

Напольное отопление чрезвычайно привлекательно для помещений с очень высокими потолками, именно такими, как в рассматриваемом примере. Отопление в этом случае осуществляется не путем нагрева всей воздушной массы (что в силу разницы плотностей нагретого и охлажденного воздуха дает существенную стратификацию с образованием нагретой тепловой подушки в верхней части), а методом излучения. В целом это позволяет значительно снизить энергозатраты, которые в противном случае требовались бы для нагрева всего объема здания, и предотвратить образование непроизводительных масс нагретого воздуха на неиспользуемых уровнях объекта. Поскольку температура панелей практически постоянна, распределение теплоты и комфорт здесь также постоянны в любой точке производственного корпуса. Кроме того, в здании нет перемещающихся воздушных потоков и пыли, столь характерных для систем механической вентиляции. Существенно короче время ввода системы в рабочий режим из-за того, что субъективно пользователи начинают ощущать тепловой комфорт много раньше, чем он фактически наступает в масштабах всего здания, поскольку излучение ощущается сразу, как только нагревается панель.

В настоящее время данная система используется для обеспечения теплового комфорта только в зимний период. Очевидно, однако, что если перевести систему на питание охлажденной водой, то ее вполне можно использовать и для летнего кондиционирования.

Что же касается охлаждающих балок, используемых в административном корпусе, следует отметить, что такой выбор в немалой степени был обусловлен высоким уровнем теплового комфорта, который обеспечивают такие системы, и который выражается, в том числе, в росте производительности персонала. Кроме того, с точки зрения конечного потребителя неоспоримые преимущества заключаются в том, что, во-первых, можно полностью использовать всю напольную площадь, и, во-вторых, отпадает необходимость обслуживать воздухораспределительное оборудование. За исключением отопительных котлов все остальное оборудование физически вынесено наружу и установлено на плоской крыше административного корпуса.

Тепловая станция

Обе сети административного и производственного корпусов обслуживаются одной теплостанцией, которая располагается в отдельном машинном зале производственного корпуса с отдельным входом.

Здесь установлены два стальных отопительных котла конденсационного типа с горизонтальной цилиндрической камерой сгорания из нержавеющей стали мощностью 419 кВт в топке с рабочим давлением 5 бар. Котлы оборудованы полным комплектом контрольно-измерительных и регулирующих устройств, выведенных на пульт управления с электронной терморегуляцией посредством внешних температурных датчиков компенсационного типа.

Производительность котла с полной нагрузкой составляет 106 %. Горелка, предназначенная для сжигания метана, обеспечивает работу с постоянной модуляцией факела. Котлы обеспечивают возможность регулирования тепловой мощности (частичная нагрузка) в диапазоне от 100 до 12 % и гарантируют оптимальное функционирование в режиме конденсации, в том числе в режиме частичной нагрузки. Дымоходы выполнены из нержавеющей стали с двойными стенками.

Сеть распределения горячей воды (45 °С) начинается от коллектора и расходится по вторичным распределительным контурам к потребителям:

• калориферам первого подогрева приточных систем;

• балкам;

• напольным панелям (2 контура);

• радиаторам.

Все контуры за исключением контуров напольных панелей обслуживаются парными электронасосами с регулируемой скоростью и инвертером.

Для обслуживания административного корпуса предусмотрена вентиляционная установка секционного типа с расположением вытяжного оборудования над приточным и с перекрестноточным рекуператором

Рисунок 2.

Для обслуживания административного корпуса предусмотрена вентиляционная установка секционного типа с расположением вытяжного оборудования над приточным и с перекрестноточным рекуператором

Панели напольного лучистого отопления в производственном корпусе

Производственные помещения отапливаются системой напольного лучистого отопления, питающейся водой, имеющей температуру 45 °С.

Поверх первого слоя стяжки перекрытия уложена электросварная металлическая сетка, на которой посредством специальных зажимов закрепляется трубопровод из армированного полиэтилена 18/14 (с защитной оболочкой, препятствующей всасыванию кислорода). После укла-дки трубопровода заливается второй слой бетонной стяжки, сверху укладывается вторая электросварная металлическая сетка для уменьшения вероятности трещинообразования в стяжке из-за усадочной деформации. В определенных местах оставляются специальные компенсационные швы, цель которых – компенсация излишков теплового расширения, чреватого разрушением цементной стяжки. Вдоль стен по периметру, а также вдоль внутренних стеновых перегородок расположены 37 распределительных коллекторов, куда выведены все излучающие напольные контуры. Отопительная сеть производственного контура поделена на две рабочие зоны, каждая из которых обслуживается своим циркуляционным насосом, который находится в машинном зале тепловой станции. Такое решение дает возможность каждой из двух рабочих зон работать по собственному графику и обеспечивать различные параметры микроклимата.

На установку сети ушло 20 дней, включая укладку трубопровода и установку электросварной металлической сетки.

Система, обслуживающая административный корпус, выполнена на основе охлаждающих балок индукционного типа, встроенных в подвесные потолки

Рисунок 3.

Система, обслуживающая административный корпус, выполнена на основе охлаждающих балок индукционного типа, встроенных в подвесные потолки

Проектные данные

• Местонахождение – г. Аркоре

• Географическая широта – 45° 37'

• Географическая долгота – 9° 19'

• Высота над уровнем моря – 193 м

• Градусодней – 2 470

• Климатическая зона – Е

• Типовая продолжительность отопительного периода – 183 дня

Наружные тепловлажностные условия

Летний период

Температура по сухому термометру 32 °С

Температура по мокрому термометру 23,3 °С

Дневной перепад температур 9 °С

Зимний период

Температура по сухому термометру –5 °С

Внутренние тепловлажностные условия

Летний период

Административные помещения и столовая

Температура по сухому термометру 26 °С

Относительная влажность 50 %

Производственный корпус

Температура и относительная влажность не регулируются

Зимний период

Административные помещения и столовая

Температура по сухому термометру 20 °С

Относительная влажность 45 %

Производственный корпус

Температура по сухому термометру 18 °С

Относительная влажность не регулируется

Коэффициенты теплопередачи ограждений

Наружная стена производственного корпуса 1,28 Вт/(м2 • °C)

Наружная стена административного корпуса 0,74 Вт/(м2 • °C)

Перегородка между производственным и административным корпусами 1,90 Вт/(м2 • °C)

Покрытие 0,87 Вт/(м2 • °C)

Пол по грунту 1,00 Вт/(м2 • °C)

Междуэтажное перекрытие административного корпуса 1,34 Вт/(м2 • °C)

Окна и витражи из однокамерного стеклопакета (6 × 12 × 6) 1,80 Вт/(м2 • °C)

Охлаждающие балки административного здания

Административное здание обслуживается системой смешанного типа с использованием первичного воздуха и 4-трубных охлаждающих балок, которые обеспечивают регулирование температуры воздуха в помещении, поскольку в летний период питаются водой 15 °С, а в зимний период – горячей водой 45 °С. Балки индукционного типа питаются первичным воздухом и обеспечивают воздухообмен в объеме санитарной нормы и регулирование относительной влажности. Балки встроены в подвесной потолок. Имеют ширину 60 см, длину – 1,2; 1,8; 2,4 и 3,0 м. В целом в состав системы входят 118 балок, каждая из которых оснащена калиброванной заслонкой для регулирования объемного расхода воздуха.

Вентиляционная установка секционного типа с расположением вытяжного оборудования над приточным оснащена рекуператором с перекрестными потоками и предусматривает, помимо приточного, вытяжной вентилятор. В блоке фильтрации используются плоские фильтры EU 4 и карманный фильтр EU 8, увлажнение воздуха обеспечивается при помощи пароувлажнителя с погружными электродами. Для калориферов второго подогрева используется горячая вода, нагреваемая за счет утилизации теплоты от конденсаторов холодильного агрегата. На притоке предусмотрен шумоглушитель.

Приточный воздух подается на этажи по каналам, проложенным в вертикальных шахтах, горизонтальное поэтажное распределение осуществляется за подвесными потолками.

Вытяжной воздух в административном корпусе проходит через дверные переточные решетки и удаляется потолочными квадратными плафонами в коридорах, откуда далее отводится по вытяжным каналам. Такими же воздуховодами отводится воздух, забираемый из сан-узлов. В санузлах и гардеробных предусмотрены чугунные радиаторы с термостатическим клапаном.

Распределение прямой и обратной воды осуществляется посредством независимых трубопроводных сетей, выполненных из меди с теплоизоляцией, проложенных за подвесными потолками и соединенных между собой муфтами прессовой посадки.

Горячая вода для отопления административного корпуса приготавливается теми же отопительными котлами, которые установлены для отопления производственного корпуса в помещении тепловой станции. Вода для охлаждения готовится холодильным агрегатом компрессионного типа мощностью 319 кВт с воздушным охлаждением конденсаторов в бесшумном исполнении (69 дБ на 1 м). Агрегат оснащен четырьмя компрессорами спирального типа. В холодильную машину залит хладагент R407. Кроме того, агрегат комплектуется гидравлическим блоком, в состав которого входят циркуляционный насос, манометры и устройства безопасности. В контуре подачи воды предусмотрен накопительный резервуар.

Вода для охлаждения имеет температуру 7 °С и подается непосредственно (в обратном контуре 12 °С) к воздухоохладителям вентиляционной установки. Вода, поступающая на охлаждающие балки, имеет температуру 15 °С, которая обеспечивается с помощью трехходового смесительного клапана, установленного на обратной трубе балочного контура.

Агрегат оснащен также системой утилизации теплоты от охлаждения конденсаторов, направляемой на подогрев воды до температуры 40 °С для использования в калориферах второго подогрева в летний период.

Крышной кондиционер обслуживает зону столовой. Специально разработан для объектов с большим скоплением людей и рассчитан на обработку значительных объемов воздуха

Рисунок 4.

Крышной кондиционер обслуживает зону столовой. Специально разработан для объектов с большим скоплением людей и рассчитан на обработку значительных объемов воздуха

Контрольно-измерительная и регулирующая система

Для управления работой станций приготовления тепло- и хладоносителей приточными установками и охлаждающими балками предусмотрены отдельно стоящие цифровые регуляторы на основе микропроцессоров. На тепловой станции цифровые регуляторы осуществляют управление каскадной работой теплогенераторов конденсационного типа. Кроме того, в состав оборудования входит цифровое устройство управления и регулирования теплоносителями различных контуров подающего коллектора. Регулирование температуры прямой воды осуществляется посредством трехходовых клапанов.

В контуре охлаждающих балок в зимнем режиме температура подаваемой воды регулируется в зависимости от температуры наружного воздуха по кривой, имеющей следующие предельные значения: 45 °С при наружной температуре –5 °С, 35 °С при наружной температуре 20 °С. При этом можно установить одну и ту же температуру, зафиксировав таким образом температуру подачи на одном значении. В летнем режиме фиксированная температура подачи составит 15 °С, но в этом случае также имеется возможность осуществлять компенсирующее регулирование температуры подачи в зависимости от температуры наружного воздуха, повышая ее значение, когда наружная температура понизится, например, ниже 26 °С.

Управление блоком осуществляется при помощи датчиков температуры и влажности, которые действуют посредством цифровых регуляторов на основе двухходовых клапанов, установленных на отопительных радиаторах, воздухонагревателях и увлажнителях.

Температура приточного воздуха изменяется в зависимости от наружной температуры воздуха по кривой, имеющей следующие предельные значения: 21 °С при наружной температуре ниже 23 °С, 15 °С при наружной температуре 35 °С. Регулирование температуры приточного воздуха осуществляется при помощи клапана у калорифера второго подогрева.

Что касается регулирования температуры воздуха в рабочих помещениях, каждая балка здесь оснащена двухходовым регулирующим клапаном на трубопроводах горячей и холодной воды. В каждом помещении имеется собственная система автономного регулирования микроклимата со своим термостатом, а датчиком температуры воздуха и регулятором микропроцессоров, которым регулируется работа до четырех балок. В каждом помещении административного корпуса предусмотрена система индивидуального регулирования температуры воздуха, которая обеспечивает коррекцию микроклимата с точностью ±3 °С относительно заданной централизованной контрольной точки.

Система регулирования подключена к централизованной системе управления объекта на основе компьютерного поста, который обеспечивает дистанционное управление цифровыми регуляторами сетевых узлов и агрегатов с отображением функционального состояния и аварийных сигналов и возможностью программирования операций текущего технического обслуживания.

Для зоны раздачи блюд в столовой предусмотрены квадратные двухоконные плафоны

Рисунок 5.

Для зоны раздачи блюд в столовой предусмотрены квадратные двухоконные плафоны

Столовая

Для кондиционирования столовой заказчик предпочел собственную центральную систему кондиционирования от крышного кондиционера. Данный кондиционер особый и предназначен для кондиционирования помещений с большим скоплением людей, обеспечивающий большие кратности воздухообмена.

Общий объемный расход приточного воздуха составляет здесь 9 000 м3/ч при объемном расходе наружного воздуха до 6 000 м3/ч.

В состав вентиляционной установки входят приточный вентилятор, рекуператор и вытяжной вентилятор. В обычных условиях установка работает с рециркуляцией, при этом расходы наружного воздуха могут регулироваться вручную либо автоматически (к примеру, по сигналам датчика уровня содержания СО2, который следит за заполняемостью помещения).

В межсезонный период станция работает в режиме свободного охлаждения, а для быстрого проветривания помещения переключается в режим «только наружный воздух». Для быстрого нагрева помещения перед приходом посетителей включается режим «только рециркуляция». Приточные и вытяжные воздуховоды имеют заводскую теплоизоляцию. Для распределения в обслуживаемой зоне применяются квадратные двухоконные плафоны, имеющие отделку и габариты, идентичные панелям подвесного потолка.

В состав системы кондиционирования столовой входят также приточный и вытяжной вентиляторы и оборудование утилизации теплоты от вытяжного зонта в зоне подогрева блюд, а также вытяжные вентиляторы на раздаче и в мойке.

План третьего этажа административного здания, указано расположение охлаждающих балок и двух парников, выполняющих функцию световых колодцев, закрытых фонарями

Рисунок 6.

План третьего этажа административного здания, указано расположение охлаждающих балок и двух парников, выполняющих функцию световых колодцев, закрытых фонарями

Комментарий научного редактора

Здание, состоящее из производственной части с высокими потолками и административной зоны, выполненной по типу открытого пространства, имеет интересные системы отопления и кондиционирования, которые, несомненно, вызовут интерес у многих специалистов и будут применены на некоторых объектах у нас.

В производственных помещениях корпуса применено напольное отопление, которое в высоких помещениях может быть достаточно экономично. Во-первых, потому что мы не перегреваем верхнюю зону (как это сказано в статье), во-вторых, потому что при более высокой температуре внутренних поверхностей наружных и внутренних ограждений температура воздуха в помещении может быть ниже, а, значит, температура приточного вентиляционного воздуха тоже может быть ниже, чем при лучисто-конвективных системах отопления. В нашем климате мощности напольного отопления при ограниченной температуре пола, учитывая современную теплозащиту зданий, должно хватить, особенно для глубоких помещений. Однако напольное отопление значительно дороже обычного приборного, которое отнимает не так много места на полу, чтобы ссылаться на серьезную экономию площадей. Кроме того, отопительные приборы под окнами локализуют холодные ниспадающие конвективные потоки воздуха, что при морозной погоде является положительным эффектом. Неприятным свойством напольного отопления является также большая запыленность воздуха в зоне дыхания людей, т. к. конвективные потоки от нагретого пола поднимают с него пыль, неизбежно на нем находящуюся. Снизить запыленность можно только при частом (несколько раз в день) мытье полов, что в производстве тормозных колодок, вероятно, не делается.

В административной части здания запроектирована система отопления и охлаждения при помощи излучающих потолочных охлаждающих балок, подающих санитарную норму приточного воздуха. Обсуждение целесообразности такой системы начнем с того, что у нас продолжительная зима с высокими тепловыми нагрузками. Потолочное лучистое отопление в большинстве случаев не справится с этой нагрузкой. Кроме того, потолочное отопление неэффективно, т. к. вниз попадает только лучистая составляющая теплового потока, а конвективная застревает в верхней зоне помещения. Можно поиграть с уровнем подвеса балок, но как это скажется на интерьере и хватит ли высоты помещения – вопрос. Что касается летней нагрузки охлаждения, то, казалось бы, раз с этим в Италии все в порядке, то и у нас должно быть не хуже. Но, во-первых, объекты с открытым пространством у нас довольно редки, а в мелконарезанных помещениях балки ни по дизайну, ни по эффективности не выигрывают перед традиционными системами кондиционирования. Во-вторых, известен отрицательный опыт попыток применения балок, где не хватило холодильной мощности, т. к. наполняемость рабочими местами офисных помещений в нашей традиции более плотная, чем приемлемая для охлаждения лучистой потолочной системой. Хотя, вероятно, для некоторых объектов с глубокими помещениями, где низкая нагрузка от солнечной радиации и от внутренних источников эта система будет полезной.

Источником теплоснабжения объекта являются конденсационные котлы, в которых утилизируется теплота конденсации водяных паров из продуктов сгорания. Конечно, эти котлы экономят энергию. То, что у котлов коэффициент полезного действия в статье заявлен 106 %, говорит о расчете коэффициента по низшей теплоте сгорания топлива, как это принято для традиционных котлов, а не по высшей теплоте сгорания, как это положено для конденсационных котлов. В российских условиях применение конденсационных котлов сдерживается тем, что в наших системах отопления и вентиляции приняты более высокотемпературные теплоносители, чем в Европе, т. к. при более низких температурах теплоносителя у нас значительно возрастают поверхности нагрева и приходится затрачивать больше энергии на перекачку больших расходов теплоносителя. Хотя в последнее время специалисты склоняются к тому, что температура теплоносителя должна быть немного снижена. Однако сейчас при высоких температурах обратного теплоносителя, поступающего в котел, утилизировать теплоту конденсации можно только на отдельных объектах с соответствующими условиями.

Большое уважение в описанной системе вызывает применение рекуператоров для утилизации теплоты от конденсаторов холодильной станции.

 

Переведено с сокращениями из журнала «RCI».

Перевод с итальянского С. Н. Булекова.

Научное редактирование выполнено Е. Г. Малявиной, профессором кафедры отопления и вентиляции МГСУ.

Поделиться статьей в социальных сетях:

Статья опубликована в журнале “АВОК” за №5'2006

распечатать статью распечатать статью


Реклама
Реклама на нашем сайте
Яндекс цитирования

Подписка на журналы

АВОК
АВОК
Энергосбережение
Энергосбережение
Сантехника
Сантехника
Онлайн-словарь АВОК!


Реклама на нашем сайте