Основные требования к системам отопления

Отопление высотных зданий

Ранее мы говорили, что потери теплоты наружными ограждающими конструкциями следует рассчитывать с учетом изменения скорости и температуры наружного воздуха по высоте зданий. Расчетную температуру внутреннего воздуха для расчета теплотехнических характеристик ограждающих конструкций следует принимать в соответствии с требуемыми параметрами температурного режима, а при их отсутствии, равной 18 °С или по технологическим требованиям.

Основные требования к системам отопления

Отопление – это искусственный обогрев помещений для поддержания в них температуры на уровне, определяемом допустимыми условиями теплового комфорта для находящихся в этих помещениях людей и требованиями технологического процесса.

Решение поставленной задачи выполняет система отопления, представляющая собой техническую установку, состоящую из связанных между собой конструктивных элементов, предназначенных для отопления с получением, переносом и передачей определенного количества теплоты в обогреваемые помещения.

Основными элементами системы отопления являются: источник теплоты (котел, теплообменник при централизованном теплоснабжении), теплопроводы системы отопления, по которым перемещается теплоноситель, отопительные приборы и запорно-регулирующая арматура.

При оснащении многоэтажных зданий системами отопления к ним предъявляются по ряду показателей более жесткие требования, чем для систем отопления зданий высотой до 75 м и индивидуальных зданий.

Системы отопления должны удовлетворять следующим основным требованиям:

· поддерживать расчетную температуру воздуха в обслуживаемых помещениях на протяжении всего отопительного периода;

· быть безопасными для жизни и здоровья обитателей и обслуживающего персонала;

· обеспечивать сохранность здания и имущества;

· обладать надежностью, долговечностью, ремонтопригодностью;

· обеспечивать возможность регулирования воздушно-теплового режима помещений;

· соответствовать требованиям энергоэффективности.

В соответствии с СП 253.1325800.2016 «Инженерные системы высотных зданий» (п.7.2) в высотных зданиях можно применять следующие системы отопления:

· водяные двухтрубные с горизонтальной разводкой по этажам;

· воздушные, с отопительными воздушными агрегатами в пределах одного помещения;

· воздушные, совмещенные с системой механической приточной вентиляции;

· электрические по заданию на проектирование при условии получения ТУ от энергоснабжающей организации;

· водяные напольные.

Допускается применять напольное электрическое отопление для подогрева пола ванных комнат, раздевалок, и т.п. помещений.

Следует обратить внимание на то, что вертикальной (стояковой) системы нет. Не может быть стояковой системы отопления в высотных зданиях. Какая бы система ни была, мы натыкаемся на проблемы, связанные с работой этой системы, с влиянием гравитационной составляющей, которая зависит от наружной температуры и от графика подачи тепла в систему, а также с многими другими факторами.

Система отопления здания подразделяется на подсистемы для конструктивных и функциональных зон.

Деление систем по конструктивным зонам осуществляется с учетом:

а) ограничения гидравлического давления в подсистемах по высоте из условия соответствия рабочему давлению элементов подсистем;

б) протяженности и размеров теплопроводов, схемных решений систем отопления, тепловой и гидравлической устойчивости;

в) пофасадной ориентации.

Если говорить о зонировании по высоте здания, то в СП 253.1325800.2016 «Инженерные системы высотных зданий» (п.7.3) говорится, что «системы отопления высотных зданий необходимо делить по высоте зданий на зоны (зонировать). Высоту зоны следует определять с учетом допустимого гидростатического давления в элементах системы отопления.

Давление в любой точке каждой зоны при гидродинамическом режиме должно обеспечивать заполнение систем отопления водой и не превышать значения, допустимого по прочности для отопительных приборов, арматуры и трубопроводов, определяемого предприятием-изготовителем».

Конструктивные зоны в зависимости от гидравлического давления — зоны определенной высоты, между которыми размещаются технические этажи. Технические этажи имеют герметические перекрытия и перегородки с герметическими дверями на лестничной клетке, препятствующие перетеканию воздуха из этажей нижележащей зоны в этажи вышерасположенной зоны.

В отоплении, вентиляции и водоснабжении высота зоны определяется величиной допустимого давления воды в нижних приборах или кранах и возможностью размещения оборудования, воздуховодов, труб и других коммуникаций на техническом этаже, в частности, подающих и обратных магистралей системы отопления, расширительных баков и другого оборудования.

Основное ограничение по давлению – это, естественно, трубопроводы горизонтальной разводки и термостатические клапаны на приборах и на балансировке. Они имеют заявленное рабочее давление 10 бар – соответственно, мы теоретически ограничены высотой 100 м. Но в СП

есть запись о том, что в соответствии с СП 73.13330.2012 «Внутренние санитарно-технические системы зданий: «…рабочее давление в системах следует принимать на 10 % ниже допустимого рабочего давления для

всех элементов систем». Получается уже 90 м. Но разработчики СП рекомендуют высоту зоны 75–80 м. Естьопыт, и при такой высоте зоны проблем с эксплуатацией не возникает.

5.8 Подачу теплоносителя в каждую зону высотного здания следует

осуществлять по последовательной (каскадной) или параллельной схеме через теплообменники с автоматическим регулированием температуры теплоносителя (рисунок).

Схема теплоснабжения высотного здания от централизованного источника

В соответствии с СП 253.1325800.2016 (п.7.4) «температура теплоносителя в системах отопления каждой зоны высотного здания должна соответствовать требованиям СП 60.13330:

- не более 95°С - в системах с трубопроводами из стальных или медных труб;

- не более 90°С - в системах с трубопроводами из полимерных труб,

разрешенных к применению в строительстве в системах отопления с соответствующим сертификатом».

Большие проблемы связаны с перекачкой теплоносителя по высоте здания, когда на промежуточных технических этажах находятся промежуточные тепловые пункты, так называемые зональные ИТП. Это связано с допустимыми давлениями в системах внутреннего теплоснабжения. При проектировании получаются очень большие диаметры труб ( может быть 300 мм, и 350 мм (рисунок).

Рисунок - Магистральные трубопроводы большого диаметра

Поэтому СП 253.1325800.2016 допускает (п. 5.2) «температуру теплоносителя во внутренних системах теплоснабжения с трубопроводами из стальных труб более 95 °С, но не более 110 °С. При этом должны быть предусмотрены мероприятия, обеспечивающие не вскипание перемещаемой воды по высоте здания. Чтобы в случае аварийной ситуации – свищи, парение, не был нанесен вред, «трубопроводы из стальных труб с теплоносителем температурой более 95 °С следует прокладывать в самостоятельных шахтах либо в общих с другими трубопроводами выгороженных шахтах».

В пределах одной зоны система водяного отопления при водяном теплоснабжении устраивается по независимой схеме, т. е. гидравлически изолированной от наружной тепловой сети и от других систем отопления. Такая система имеет собственные водо-водяной теплообменник, циркуляционной и подпиточный насосы, расширительный бак.

Такое присоединение вызывается необходимостью предотвращения передачи статического давления местных систем в наружные сети. Узлы присоединения располагают обычно в подвалах здания, откуда горячая вода насосами подается в каждую из позонных систем отопления. Для надежности в узлах присоединения каждой зоны устанавливают по два теплообменника.

Число зон по высоте здания, как и высота отдельной зоны, определяется допустимым гидростатическим давлением, но не для отопительных приборов, а для оборудования в тепловом пункте, расположенном обычно в подвальном этаже.

Водо-водяные теплообменники и насосы, изготовленные по специальному заказу, выдерживают рабочее давление 1,6 МПа (16 кгс/см2). Это значит, что высота здания при водо-водяном отоплении гидравлически изолированными системами ограничивается пределом в 150—160 м. В таком здании могут быть устроены две (высотой по 75—80) или три (высотой по 50—55 м) зональные системы отопления, причем гидростатическое давление в оборудовании системы отопления верхней зоны, находящемся в подвальном этаже, достигнет расчетного предела.

В зданиях высотой 160—250 м применяется комбинированное отопление: помимо водо-водяного отопления в нижних 160 м, в зоне сверх 160 м устраивается пароводяное отопление (рисунок)

Рисунок – Схема водяного отопления высотного здания:

1и П - зоны здания с водо-водяным отоплением; Ш – зона с пароводяным отоплением;

1 – расширительный бак; 2 – циркуляционный насос; 3 – пароводяной теплообменник; 4 – водо-водяной теплообменник.

Теплоноситель пар, отличающийся незначительным гидростатическим давлением, подается на технический этаж под верхней зоной, где оборудуется еще один тепловой пункт. В нем устанавливают пароводяной теплообменник 2 и циркуляционный насос 3, приборы для качественно-количественного регулирования. В зданиях высотой более 250 м предусматривают новые зоны- пароводяного отопления.

В каждой зональной системе отопления имеется свой расширительный бак 4, оборудованный системой электрической сигнализации и управления подпиткой системы.

Описанный комплекс комбинированного отопления действует в центральной части главного корпуса МГУ: в нижних трех зонах устроено водо-водяное, в верхней зоне IV— пароводяное отопление.

Обогрев отдельных зон высотных зданий осуществляется обычно не одной, а двумя или четырьмя системами, располагаемыми вдоль ограждений, имеющих одинаковую ориентацию по сторонам света (по фасадам). Это делается для возможности централизованного регулирования подачи тепла в помещения в зависимости от воздействия солнечной радиации, направления и скорости ветра. Каждая из отдельных систем зоны имеет главный горячий и обратный стояки, идущие непосредственно от узла управления. Для прокладки главных стояков отдельных систем предусматривают специальные шахты, располагаемые обычно рядом с лифтами.

Деление подсистем по функциональным зонам осуществляется с учетом:

а) различия расчетной температуры в обслуживаемых зонах;

б) режимов эксплуатации зон;

в) требований к теплоносителю;

г) балансовой принадлежности зон.

Каждая из подсистем должна быть оборудована отдельным узлом управленияс запорной и регулирующей арматурой, фильтрами и узлом учета тепловой энергии (при необходимости).

Поквартирные системы отопления должны быть оборудованы узлом ввода с запорной, регулирующей и спускной арматурой, фильтрами и приборами учета тепловой энергии. Узел ввода должен располагаться вне квартиры.

Во избежание разбалансировки действующей системы отопления применение отопительных приборов, оснащенных автоматическими терморегуляторами, допускается при наличии запаса тепловой мощности не менее 15%.

Срок службы системы должен быть не менее 40 лет. При отказе системы отопления должны быть предусмотрены резервные способы отопления из условия обеспечения температуры воздуха не менее 10 ⁰С на период восстановления или ремонта. Ремонтопригодность системы отопления должна обеспечивать ее восстановление не более 3 суток

Виды систем для функциональных зон

Виды систем отопления, рекомендуемые для применения функциональных зон, приведены в таблице.

Таблица (из книги Инженерное оборудование высотных зданий / Под общ.ред.

М.М.Бородач. – М.: АВОК-ПРЕСС, 2007. – 320 с.)