Продолжаем беречь тепло
Заведующий отделом экономии топливно-энергетических ресурсов НИЭПГП "Институт БелНИИС" Владимир Змушко ознакомил участников научно-технической конференции "Проблемы энерго- и ресурсосбережения при строительстве и эксплуатации зданий" с новыми подходами к системам отопления, вентиляции и теплозащиты зданий с энергосберегающих позиций.
Энергетические кризисы всегда стимулируют разработку и внедрение различных мероприятий по экономии тепловой энергии. В этой ситуации снижение зависимости страны от импортируемых энергоносителей становится целью энергетической политики государства. Жилой комплекс является одним из основных потребителей тепловой энергии, поэтому сокращение расхода топлива на отопление зданий приводит к существенной экономии топлива.
Во многих странах накоплен значительный опыт создания энергетически эффективных зданий, которые без снижения комфортности микроклимата расходуют энергии в два-три раза меньше, чем обычные здания. Разработаны новые эффективные решения стен, окон, систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. Разработки в данной области на протяжении ряда лет ведутся отделом экономии топливно-энергетических ресурсов "БелНИИС".
Системы вентиляции герметичных зданий
Наиболее эффективными мероприятиями по энергосбережению являются повышение уровня теплозащиты ограждающих конструкций (в том числе окон) и повышение их герметичности, то есть уменьшение количества воздуха, поступающего в помещение за счет инфильтрации, с обеспечением воздухообмена за счет регулируемой подачи воздуха в необходимом объеме.
В соответствии с требованиями строительных норм и правил по отоплению и вентиляции, действующими на территории Республики Беларусь, в массовом жилищном строительстве принята следующая схема вентилирования квартир: отработанный воздух удаляется непосредственно из зоны его наибольшего загрязнения, то есть из кухни и санитарных помещений, посредством естественной вытяжной канальной вентиляции. Его замещение происходит за счет наружного воздуха, поступающего через неплотности наружных ограждений (главным образом оконного заполнения) всех помещений квартиры и нагреваемого системой отопления. Таким образом обеспечивается воздухообмен во всем объеме квартиры. Применение герметичных окон создало проблему при использовании традиционной системы вентиляции с естественным побуждением. В энергоэффективных зданиях с повышенной герметичностью обнаружено отрицательное влияние на здоровье человека таких факторов, как радон, формальдегид, повышенная влажность воздуха в комнатах.
Повышенная влажность воздуха в помещениях значительно влияет на здоровье проживающих в них людей, что связано не только с нарушением установленных санитарно-гигиенических норм, но и с косвенным влиянием влажности на здоровье людей через микрофлору помещений. Особенно это важно для людей с ослабленным здоровьем: микрофлора, развивающаяся в помещениях с повышенной влажностью, вызывает такие заболевания, как экзема, астма, аллергия.
В странах Западной Европы, США и Канаде существует аналогичная проблема. Герметичность зданий в этих странах с точки зрения теплозащиты является максимально допустимой (существует специальное оборудование для проверки уровня воздухопроницаемости как комнаты, квартиры, так и всего здания) и нормируется государственными стандартами. При этом воздухообмен при этом является регулируемой величиной и осуществляется различными способами - путем периодического залпового проветривания, применением оконных профилей специальной конструкции с вентканалами, специальных клапанов для покомнатной вентиляции, устройством принудительной приточно-вытяжной вентиляции, в том числе с утилизацией теплоты выбросного воздуха. Залповое проветривание (аналогичное открыванию форточек в отечественной практике), которое является наиболее энергозатратным, рекомендуется при низкой плотности заселения квартир, когда эпизодическое проветривание не приводит к значительному расходу тепловой энергии на возмещение теплопотерь с вентиляционным воздухом.
Этой же цели служат и окна из ПВХ со специальным профилем, обеспечивающим постоянное поступление свежего воздуха в помещение через систему каналов.
Широко применяются различного рода регулируемые клапаны и приточно-вытяжные устройства, оборудованные теплообменными аппаратами.
Системы принудительной приточно-вытяжной вентиляции с утилизацией теплоты выбросного воздуха также получили распространение в зарубежной практике.
Следует отметить, что эта проблема находится в центре внимания зарубежных производителей и потребителей. Вентиляционные системы и оборудование постоянно совершенствуются. Минстройархитектуры поставило перед "БелНИИС" задачу разработки оборудования для систем вентиляции зданий с повышенной герметичностью.
Для регулируемой подачи приточного воздуха в квартиры с окнами повышенной герметичности "БелНИИС" разработал ряд конструктивных решений приточных устройств, обеспечивающих регулируемую подачу свежего воздуха в помещение.
В приточном устройстве, выполненном в виде канальной прокладки, устанавливаемой в верхней части окна, и заменяющем собою часть уплотнительной прокладки, регулирование подачи воздуха осуществляется путем перемещения канальной прокладки в вертикальной плоскости "вверх-вниз". Перемещение "вверх" открывает каналы, и воздух поступает в помещение; перемещение "вниз" закрывает каналы, и доступ воздуха в помещение прекращается.
Приточные клапаны КП-1 и КП-2 представляют собою варианты приточного устройства, устанавливаемого в верхней части оконной коробки. Регулирование подачи воздуха осуществляется путем перемещения накладки в горизонтальной плоскости (КП-1) либо перемещением самого клапана в теле оконной коробки (КП-2).
Приточные клапаны ПК-1 и ПК-2, предназначенные для установки в стене здания, отличаются диаметром проходного сечения соответственно 100 и 160 мм. Для нового строительства "БелНИИС" разработал конструкцию вентиляционной перемычки, которая позволяет осуществлять контролируемый воздухообмен без нарушения целостности окна.
В соответствии с вариантом вентиляционной перемычки с использованием V-образных блоков из ячеистого бетона воздух в помещение поступает через канал в перемычке, выполненный из гофрированной полимерной трубы. Регулирование воздухообмена осуществляется при помощи тросика, на котором размещены подвижный и неподвижный клапаны, а также фиксирующее устройство.
В многокомнатных квартирах, в которых предусматривается дополнительная вытяжка непосредственно из комнат (за исключением двух ближайших к кухне), для использования теплоты вытяжного воздуха вентиляционная перемычка может быть оборудована теплообменником. С этой целью "БелНИИС" разработал ряд конструкций плоского теплообменника с воздухопроизводительностью от 20 до 120 м 3/ч и потребляемой мощностью от 8 до 40 Вт, который может быть установлен также в любой части ограждающей конструкции - под окном, в кровле.
Преимуществом плоского рекуператора является отсутствие громоздких воздуховодов и сокращение энергозатрат на прокачку воздуха.
В "БелНИИС" разработана конструкция вентиляционной установки с рекуперацией тепловой энергии для автономной системы вентиляции квартир и коттеджей.
Установка содержит корпус с патрубками, элементы крепления, фильтры, теплообменник-утилизатор с каналами вытяжного и приточного воздуха, блок вентиляторов.
Пластины теплообменника выполнены из многоканальной однорядной плиты. Прокладки закреплены по одну сторону пластин и расположены перпендикулярно каналам.
В рабочем режиме приточный воздух подается вентилятором в каналы пластин, а вытяжной - в полости, образованные внешними поверхностями многоканальной плиты и прокладками.
Конструкция установки позволяет легко производить очистку теплообменных поверхностей и контролировать уплотнение каналов для исключения перетоков воздуха.
Применение многоканальных плит в конструкции теплообменника позволяет упростить процесс изготовления теплообменника.
При разработке перечисленных устройств было принято во внимание, что элементы системы вентиляции должны обеспечить отсутствие дискомфорта по температуре и подвижности воздуха в зоне обитания, герметичность устройства в закрытом положении, возможность плавного регулирования во всем диапазоне (от полностью открытого до полностью закрытого положения). Кроме того, они не должны нарушать эстетической целостности окна. Разработанные устройства отвечают перечисленным требованиям. Они просты и технологичны в изготовлении. В "БелНИИС" разработаны рекомендации по вентиляции герметичных зданий.
Системы поквартирного воздушного отопления
Под поквартирным воздушным отоплением следует понимать отопительную систему отдельной квартиры с самостоятельным генератором тепла, обслуживаемую жильцами. Таких систем в одном доме может быть несколько, если дом многоквартирный, и одна, если дом является одноквартирным. В Беларуси системы поквартирного воздушного отопления не получили широкого распространения из-за отсутствия серийного выпуска опробованных конструкций воздухоподогревателей.
В настоящее время на строительном рынке появился целый ряд как зарубежных, так и отечественных воздухоподогревателей, предназначенных для применения в поквартирных системах отопления.
Данное решение позволяет более широко применять системы воздушного отопления, в которых теплоносителем является воздух, нагретый в воздухоподогревателе до температуры, превышающей температуру помещения, и определяемой расчетом.
От воздухоподогревателя подогретый воздух каналами разводится по отапливаемым помещениям. Здесь, охлаждаясь до температуры помещения, воздух отдает свою теплоту для возмещения теплопотерь, после чего поступает обратно к воздухоподогревателю. Воздух в системах перемещается за счет естественного (теплового) или искусственного (вентиляторного) побуждения. Радиус действия систем воздушного отопления с естественным побуждением не превышает 10 м.
Воздухонагреватели могут работать на твердом, жидком, газообразном, а также комбинированных видах топлива.
Воздухоподогреватели бывают трех типов - с нагревом воздуха горячими газами через металлическую стенку (огневоздушные), с нагревом воздуха горячими газами через воду (водовоздушные) и воздухоподогреватели, подключенные к тепловым и электрическим сетям. Огневоздушные воздухоподогреватели проще в эксплуатации и по конструктивному исполнению. Нагреваемый воздух имеет более высокие температуры, что увеличивает действующий циркуляционный напор воздушной системы отопления и уменьшает количество циркулирующего в ней воздуха. При этом исключается возможность замерзания теплоносителя при отключении воздухонагревателя. Однако эти системы хуже по санитарно-гигиеническим качествам, так как в них подогреваемый воздух соприкасается с поверхностью, температура которой выше 100°С. При нарушении герметичности или прогорании поверхностей нагрева теплообменника возможно попадание дымовых газов в отапливаемые помещения вместе с циркуляционным воздухом.
Водовоздушные воздухоподогреватели лучше по своим санитарно-гигиеническим показателям, так как нагреваемый воздух соприкасается с поверхностью, температура которой не превышает 95°С. Практически исключено попадание дымовых газов в отапливаемые помещения. Но эти системы более сложны в конструктивном исполнении. Более низкая температура подогрева воздуха уменьшает действующий циркуляционный напор и увеличивает количество циркулирующего в системе воздуха.
К преимуществам водовоздушных нагревателей следует отнести также возможность выполнять функцию горячего водоснабжения.
Все воздухоподогреватели могут работать на вентиляционном наружном воздухе, на рециркуляционном воздухе, а также на смеси наружного и рециркуляционного воздуха. Воздухоподогреватели, подключенные к тепловым и электрическим сетям, как правило, оборудуются дополнительным теплообменником-рекуператором для использования теплоты вытяжного воздуха.
В поквартирных системах при небольшой протяженности воздуховодов преимущественно используется естественное (гравитационное) побуждение движения греющего воздуха как более простое и бесшумное в эксплуатации.
При большой протяженности распределительных воздуховодов используются системы воздушного отопления с механическим перемещением греющего воздуха.
В "БелНИИС" разработан ряд конструкций воздухоподогревателей. Это огневоздушная отопительная установка УО1 теплопроизводительностью 10 кВт с теплоаккумулирующими насадками, огневоздушные установки УО2 и УО3 теплопроизводительностью 10 и 17 кВт без аккумулирующей насадки, водовоздушные навесные отопительные установки ВО1, ВО2, ВОЗ теплопроизводительностью соответственно 12,5 кВт, 20 кВт, 25 кВт. Установки типа ВО предназначены для использования в качестве приставки к водогрейным котлам, работающим на разных видах топлива. Для подсоединенных к тепловым сетям квартир разработана установка воздушного отопления с рекуперацией теплоты вытяжного воздуха УТ-33 теплопроизводительностью 34 кВт и воздухопроизводительностью 1500м 3/час.Установка отопительная теплоаккумулирующая УО-1. Вид сжигаемого топлива — твердое. Номинальная теплопроводность — 10 кВт. 1 — поддувальная дверца; 2 — загрузочная дверца; 3 — патрубок для подвода нагреваемого воздуха; 4 — патрубок для удаления дымовых газов; 5 — патрубок для отвода нагретого воздуха; 6 — воздушный канал; 7 — дымовой канал; 8 — газовоздушный теплообменник; 9 — канал для подачи вторичного воздуха для горения; 10 — топка; 11 — теплоаккумулирующая изоляция; 12 — колосниковая решетка; 13 — вентилятор.
Конструирование систем воздушного отопления должно производиться одновременно с выполнением архитектурно-строительного проекта.
Основными задачами конструирования систем воздушного отопления являются компоновка, размещение воздухонагревателя и воздуховодов, регулирующих решеток и клапанов с учетом конструктивных особенностей отапливаемых помещений.
В БелНИИС разработаны рекомендации по применению поквартирного воздушного отопления.
Напольное отопление
Напольные системы отопления получили распространение в странах Западной Европы и США, начиная с 50-х гг. Особенно широкое распространение напольные системы отопления получили благодаря появлению полимерных труб, выдерживающих температуру до 100°С, а также в связи с повышением стоимости стальных труб. Начиная с 1972 г., ежегодный прирост числа зданий, оборудованных напольной системой отопления, в странах Западной Европы составляет 30%.
Обычно полимерные трубы укладывают на металлическую решетку или специальную конструкцию в виде спирали или синусоиды. Трубы крепят к решетке специальными хомутами. Общая толщина пола с учетом слоя теплоизоляции составляет 88-100 мм.
Монтаж напольной системы отопления занимает меньше времени, чем монтаж традиционных систем. Обычно площадь пола разбивается на несколько зон, в которых трубы укладывают с различной плотностью. В зонах, примыкающих к стенам, плотность укладки труб обычно выше, чем в центральных зонах.
Низкотемпературная напольная система водяного отопления позволяет более рационально использовать и экономить тепловую энергию.
Напольное отопление стало очень популярной отопительной системой для жилых домов, коттеджей, офисов, производственных помещений благодаря функциональным особенностям, позволяющим исключить из интерьера отопительные приборы, что повышает эстетичность помещения и одновременно обеспечивает равномерное распределение тепла по высоте и объему помещения. Как уже было сказано, напольная система отопления является низкотемпературной системой. Низкотемпературное отопление функционирует при средней температуре теплоносителя ниже 45-55 °С.
При использовании низкотемпературных систем отопления в помещении поддерживается наиболее благоприятный для человека температурно-влажностный режим.
Для сравнения: комфортное ощущение в комнате с напольным отоплением достигается при температуре в помещении на 2-3°С ниже, чем в таком же помещении, но отапливаемом традиционным способом.
Низкотемпературные системы отопления могут выполняться как из полимерных, так и из металлических труб.
В случае использования металлических труб долговечность их повышается благодаря уменьшению термических напряжений, что снижает опасность так называемого коррозионного расшатывания металла.
Немаловажное значение имеет также уравнивание температур воздуха помещения и ограждающих конструкций. В результате уменьшается градиент температур между внутренним и наружным воздухом и, как следствие, уменьшается тепловой поток из помещения, что снижает теплопотери через ограждающие конструкции на 10-15%. Снижение потенциала теплоносителя в системе отопления ведет к уменьшению транспортных теплопотерь на 30-40%. Применение низкотемпературной системы отопления, которой является напольная, дает возможность использовать нетрадиционные источники тепловой энергии: солнечные коллекторы, тепловые насосы и конденсационные котлы.
В отечественной практике напольное отопление использовалось в отопительных системах ангаров для самолетов (имеются соответствующие рекомендации по применению), спортивных залов, зданий железнодорожных вокзалов, а также детских садов. Однако сравнительный анализ этих систем с зарубежными позволяет сделать вывод о том, что системы напольного отопления, получившие широкое распространение в странах Западной Европы, отличаются от применяемых в отечественной практике: они максимально теплоизолированы, так как разрабатывались и начинали применяться в годы энергетического кризиса с учетом поквартирного регулирования и поквартирного учета расхода тепловой энергии на отопление. Отечественные системы напольного отопления не только энергозатратны, так как применялись без соответствующей теплоизоляции, но и устарели по технологии изготовления и применяемым материалам. Металлические трубы, которые использовались в таких системах, для Беларуси являются экспортной продукцией. Температурный потенциал теплоносителя в применявшихся ранее напольных системах отопления на входе в систему был равен, как правило, 95°С (для детских учреждений - несколько ниже), поэтому такая система не являлась низкотемпературной. При высоком температурном потенциале теплопотери в системе без соответствующей теплоизоляции составляли значительную величину. "БелНИИС" разработал новые конструкции системы напольного отопления с использованием плит и блоков с фиксаторами из ячеистого бетона для зданий различного назначения.
Плиты и блоки с фиксаторами из ячеистого бетона предназначены для укладки нагревательных труб отопительного контура систем напольного отопления с помощью как сухой, так и мокрой сборки.
При мокрой сборке используется цементная стяжка, слой которой покрывает нагревательные трубы. На цементной стяжке размещается напольное покрытие. Схема пола, изготавливаемого по мокрому способу с использованием профильных плит перекрытия и бетонной стяжки, включает следующие основные элементы: плиты перекрытия из ячеистого бетона, бетонную стяжку, нагревательные трубы и напольное покрытие.
Схема пола с использованием профильных блоков и бетонной стяжки состоит из плиты перекрытия, профилированного блока из ячеистого бетона, бетонной стяжки, нагревательной трубы и напольного покрытия. Профильная плита перекрытия из ячеистого бетона содержит элементы для укладки как прямолинейных, так и криволинейных участков нагревательных труб. Канавка для укладки нагревательных труб имеет корытообразное поперечное сечение.
Профильные блоки из ячеистого бетона предназначены для укладки на плиту перекрытия. Профильный блок для укладки криволинейных участков труб включает канавку для укладки нагревательных труб, которая также имеет корытообразное поперечное сечение.
Крепление нагревательных труб в канавках осуществляется при помощи скоб. При сухой сборке напольное покрытие укладывается непосредственно на плиты и блоки с фиксаторами из ячеистого бетона.
По сухому способу теплый пол изготавливается с использованием профильных плит перекрытия и покрытия. Он включает следующие основные элементы: плиту перекрытия из ячеистого бетона, нагревательные трубы и покрытие.
Схема пола с использованием профильных блоков и покрытия включает плиту перекрытия, профилированный блок из ячеистого бетона, нагревательную трубу и покрытие.
Покрытие из дерева крепится к элементам напольного отопления из ячеистого бетона с помощью дюбелей. Покрытие из керамической плитки укладывается на мастику, наносимую поверх элементов напольного отопления из ячеистого бетона. Профильная плита перекрытия из ячеистого бетона содержит элементы для укладки как прямолинейных, так и криволинейных участков нагревательных труб. Профиль канавки для укладки нагревательных труб имеет прямоугольное сечение.
В этом случае профильные блоки из ячеистого бетона также предназначены для укладки на плиту перекрытия. Крепление нагревательных труб в канавках осуществляется при помощи скоб. При использовании элементов напольного отопления из ячеистого бетона отопительный контур может укладываться по двум схемам: змеевиковой и петлеобразной. Петлеобразный способ укладки нагревательного контура позволяет получить более равномерное распределение температур по поверхности пола. Змеевиковый способ позволяет обеспечить в зонах, расположенных вблизи наружных ограждений, более высокую температуру поверхности пола. Плиты и блоки с фиксаторами из ячеистого бетона обеспечивают крепление нагревательных труб отопительного контура и одновременную теплоизоляцию и звукоизоляцию. Предлагаемая система напольного отопления позволяет экономить металл из-за отсутствия металлических нагревательных приборов и труб, а также тепловую энергию (до 25%). Система напольного отопления с использованием плит и блоков с фиксаторами из ячеистого бетона отличается простотой монтажа, надежностью и длительным сроком эксплуатации.
Использование плит и блоков с фиксаторами из ячеистого бетона позволяет осуществлять монтаж напольного отопления одновременно с проведением других видов строительно-монтажных работ без риска повреждения труб. Предлагаемая конструкция напольного отопления обеспечивает совмещение функций строительных конструкций и нагревателей системы отопления, распределение температуры внутреннего воздуха по высоте помещения, близкое к идеальному по условиям комфортности. Такая система может быть использована совместно с солнечными коллекторами и тепловыми насосами, поскольку не требует высокой температуры теплоносителя.
Применение плит перекрытия и блоков из ячеистого бетона специального профиля в системе напольного отопления позволяет укладывать нагревательные трубы непосредственно в плитах перекрытия, сокращать количество элементов, из которых состоит конструкция пола в напольном отоплении, обеспечивать одним элементом выполнение требований по теплоизоляции и звукоизоляции, ускорять процесс укладки нагревательных труб в контуре, обеспечивать защиту нагревательных труб от механического повреждения при нанесении стяжки или укладке напольного покрытия, использовать для защиты теплоизоляции от повреждения высокой температурой при сварке металлических труб горелки без дополнительных экранов, использовать как сухой, так и мокрый способ укладки пола.
В "БелНИИС" разработаны рекомендации по проектированию, монтажу и наладке систем напольного отопления.
Подготовил Сергей ЗОЛОТОВ
Продолжение следует
Энергетические кризисы всегда стимулируют разработку и внедрение различных мероприятий по экономии тепловой энергии. В этой ситуации снижение зависимости страны от импортируемых энергоносителей становится целью энергетической политики государства. Жилой комплекс является одним из основных потребителей тепловой энергии, поэтому сокращение расхода топлива на отопление зданий приводит к существенной экономии топлива.
Во многих странах накоплен значительный опыт создания энергетически эффективных зданий, которые без снижения комфортности микроклимата расходуют энергии в два-три раза меньше, чем обычные здания. Разработаны новые эффективные решения стен, окон, систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. Разработки в данной области на протяжении ряда лет ведутся отделом экономии топливно-энергетических ресурсов "БелНИИС".
Системы вентиляции герметичных зданий
Наиболее эффективными мероприятиями по энергосбережению являются повышение уровня теплозащиты ограждающих конструкций (в том числе окон) и повышение их герметичности, то есть уменьшение количества воздуха, поступающего в помещение за счет инфильтрации, с обеспечением воздухообмена за счет регулируемой подачи воздуха в необходимом объеме.
В соответствии с требованиями строительных норм и правил по отоплению и вентиляции, действующими на территории Республики Беларусь, в массовом жилищном строительстве принята следующая схема вентилирования квартир: отработанный воздух удаляется непосредственно из зоны его наибольшего загрязнения, то есть из кухни и санитарных помещений, посредством естественной вытяжной канальной вентиляции. Его замещение происходит за счет наружного воздуха, поступающего через неплотности наружных ограждений (главным образом оконного заполнения) всех помещений квартиры и нагреваемого системой отопления. Таким образом обеспечивается воздухообмен во всем объеме квартиры. Применение герметичных окон создало проблему при использовании традиционной системы вентиляции с естественным побуждением. В энергоэффективных зданиях с повышенной герметичностью обнаружено отрицательное влияние на здоровье человека таких факторов, как радон, формальдегид, повышенная влажность воздуха в комнатах.
Повышенная влажность воздуха в помещениях значительно влияет на здоровье проживающих в них людей, что связано не только с нарушением установленных санитарно-гигиенических норм, но и с косвенным влиянием влажности на здоровье людей через микрофлору помещений. Особенно это важно для людей с ослабленным здоровьем: микрофлора, развивающаяся в помещениях с повышенной влажностью, вызывает такие заболевания, как экзема, астма, аллергия.
В странах Западной Европы, США и Канаде существует аналогичная проблема. Герметичность зданий в этих странах с точки зрения теплозащиты является максимально допустимой (существует специальное оборудование для проверки уровня воздухопроницаемости как комнаты, квартиры, так и всего здания) и нормируется государственными стандартами. При этом воздухообмен при этом является регулируемой величиной и осуществляется различными способами - путем периодического залпового проветривания, применением оконных профилей специальной конструкции с вентканалами, специальных клапанов для покомнатной вентиляции, устройством принудительной приточно-вытяжной вентиляции, в том числе с утилизацией теплоты выбросного воздуха. Залповое проветривание (аналогичное открыванию форточек в отечественной практике), которое является наиболее энергозатратным, рекомендуется при низкой плотности заселения квартир, когда эпизодическое проветривание не приводит к значительному расходу тепловой энергии на возмещение теплопотерь с вентиляционным воздухом.
Этой же цели служат и окна из ПВХ со специальным профилем, обеспечивающим постоянное поступление свежего воздуха в помещение через систему каналов.
Широко применяются различного рода регулируемые клапаны и приточно-вытяжные устройства, оборудованные теплообменными аппаратами.
Системы принудительной приточно-вытяжной вентиляции с утилизацией теплоты выбросного воздуха также получили распространение в зарубежной практике.
Следует отметить, что эта проблема находится в центре внимания зарубежных производителей и потребителей. Вентиляционные системы и оборудование постоянно совершенствуются. Минстройархитектуры поставило перед "БелНИИС" задачу разработки оборудования для систем вентиляции зданий с повышенной герметичностью.
Для регулируемой подачи приточного воздуха в квартиры с окнами повышенной герметичности "БелНИИС" разработал ряд конструктивных решений приточных устройств, обеспечивающих регулируемую подачу свежего воздуха в помещение.
В приточном устройстве, выполненном в виде канальной прокладки, устанавливаемой в верхней части окна, и заменяющем собою часть уплотнительной прокладки, регулирование подачи воздуха осуществляется путем перемещения канальной прокладки в вертикальной плоскости "вверх-вниз". Перемещение "вверх" открывает каналы, и воздух поступает в помещение; перемещение "вниз" закрывает каналы, и доступ воздуха в помещение прекращается.
Приточные клапаны КП-1 и КП-2 представляют собою варианты приточного устройства, устанавливаемого в верхней части оконной коробки. Регулирование подачи воздуха осуществляется путем перемещения накладки в горизонтальной плоскости (КП-1) либо перемещением самого клапана в теле оконной коробки (КП-2).
Приточные клапаны ПК-1 и ПК-2, предназначенные для установки в стене здания, отличаются диаметром проходного сечения соответственно 100 и 160 мм. Для нового строительства "БелНИИС" разработал конструкцию вентиляционной перемычки, которая позволяет осуществлять контролируемый воздухообмен без нарушения целостности окна.
В соответствии с вариантом вентиляционной перемычки с использованием V-образных блоков из ячеистого бетона воздух в помещение поступает через канал в перемычке, выполненный из гофрированной полимерной трубы. Регулирование воздухообмена осуществляется при помощи тросика, на котором размещены подвижный и неподвижный клапаны, а также фиксирующее устройство.
В многокомнатных квартирах, в которых предусматривается дополнительная вытяжка непосредственно из комнат (за исключением двух ближайших к кухне), для использования теплоты вытяжного воздуха вентиляционная перемычка может быть оборудована теплообменником. С этой целью "БелНИИС" разработал ряд конструкций плоского теплообменника с воздухопроизводительностью от 20 до 120 м 3/ч и потребляемой мощностью от 8 до 40 Вт, который может быть установлен также в любой части ограждающей конструкции - под окном, в кровле.
Преимуществом плоского рекуператора является отсутствие громоздких воздуховодов и сокращение энергозатрат на прокачку воздуха.
В "БелНИИС" разработана конструкция вентиляционной установки с рекуперацией тепловой энергии для автономной системы вентиляции квартир и коттеджей.
Установка содержит корпус с патрубками, элементы крепления, фильтры, теплообменник-утилизатор с каналами вытяжного и приточного воздуха, блок вентиляторов.
Пластины теплообменника выполнены из многоканальной однорядной плиты. Прокладки закреплены по одну сторону пластин и расположены перпендикулярно каналам.
В рабочем режиме приточный воздух подается вентилятором в каналы пластин, а вытяжной - в полости, образованные внешними поверхностями многоканальной плиты и прокладками.
Конструкция установки позволяет легко производить очистку теплообменных поверхностей и контролировать уплотнение каналов для исключения перетоков воздуха.
Применение многоканальных плит в конструкции теплообменника позволяет упростить процесс изготовления теплообменника.
При разработке перечисленных устройств было принято во внимание, что элементы системы вентиляции должны обеспечить отсутствие дискомфорта по температуре и подвижности воздуха в зоне обитания, герметичность устройства в закрытом положении, возможность плавного регулирования во всем диапазоне (от полностью открытого до полностью закрытого положения). Кроме того, они не должны нарушать эстетической целостности окна. Разработанные устройства отвечают перечисленным требованиям. Они просты и технологичны в изготовлении. В "БелНИИС" разработаны рекомендации по вентиляции герметичных зданий.
Системы поквартирного воздушного отопления
Под поквартирным воздушным отоплением следует понимать отопительную систему отдельной квартиры с самостоятельным генератором тепла, обслуживаемую жильцами. Таких систем в одном доме может быть несколько, если дом многоквартирный, и одна, если дом является одноквартирным. В Беларуси системы поквартирного воздушного отопления не получили широкого распространения из-за отсутствия серийного выпуска опробованных конструкций воздухоподогревателей.
В настоящее время на строительном рынке появился целый ряд как зарубежных, так и отечественных воздухоподогревателей, предназначенных для применения в поквартирных системах отопления.
Данное решение позволяет более широко применять системы воздушного отопления, в которых теплоносителем является воздух, нагретый в воздухоподогревателе до температуры, превышающей температуру помещения, и определяемой расчетом.
От воздухоподогревателя подогретый воздух каналами разводится по отапливаемым помещениям. Здесь, охлаждаясь до температуры помещения, воздух отдает свою теплоту для возмещения теплопотерь, после чего поступает обратно к воздухоподогревателю. Воздух в системах перемещается за счет естественного (теплового) или искусственного (вентиляторного) побуждения. Радиус действия систем воздушного отопления с естественным побуждением не превышает 10 м.
Воздухонагреватели могут работать на твердом, жидком, газообразном, а также комбинированных видах топлива.
Воздухоподогреватели бывают трех типов - с нагревом воздуха горячими газами через металлическую стенку (огневоздушные), с нагревом воздуха горячими газами через воду (водовоздушные) и воздухоподогреватели, подключенные к тепловым и электрическим сетям. Огневоздушные воздухоподогреватели проще в эксплуатации и по конструктивному исполнению. Нагреваемый воздух имеет более высокие температуры, что увеличивает действующий циркуляционный напор воздушной системы отопления и уменьшает количество циркулирующего в ней воздуха. При этом исключается возможность замерзания теплоносителя при отключении воздухонагревателя. Однако эти системы хуже по санитарно-гигиеническим качествам, так как в них подогреваемый воздух соприкасается с поверхностью, температура которой выше 100°С. При нарушении герметичности или прогорании поверхностей нагрева теплообменника возможно попадание дымовых газов в отапливаемые помещения вместе с циркуляционным воздухом.
Водовоздушные воздухоподогреватели лучше по своим санитарно-гигиеническим показателям, так как нагреваемый воздух соприкасается с поверхностью, температура которой не превышает 95°С. Практически исключено попадание дымовых газов в отапливаемые помещения. Но эти системы более сложны в конструктивном исполнении. Более низкая температура подогрева воздуха уменьшает действующий циркуляционный напор и увеличивает количество циркулирующего в системе воздуха.
Все воздухоподогреватели могут работать на вентиляционном наружном воздухе, на рециркуляционном воздухе, а также на смеси наружного и рециркуляционного воздуха. Воздухоподогреватели, подключенные к тепловым и электрическим сетям, как правило, оборудуются дополнительным теплообменником-рекуператором для использования теплоты вытяжного воздуха.
В поквартирных системах при небольшой протяженности воздуховодов преимущественно используется естественное (гравитационное) побуждение движения греющего воздуха как более простое и бесшумное в эксплуатации.
При большой протяженности распределительных воздуховодов используются системы воздушного отопления с механическим перемещением греющего воздуха.
В "БелНИИС" разработан ряд конструкций воздухоподогревателей. Это огневоздушная отопительная установка УО1 теплопроизводительностью 10 кВт с теплоаккумулирующими насадками, огневоздушные установки УО2 и УО3 теплопроизводительностью 10 и 17 кВт без аккумулирующей насадки, водовоздушные навесные отопительные установки ВО1, ВО2, ВОЗ теплопроизводительностью соответственно 12,5 кВт, 20 кВт, 25 кВт. Установки типа ВО предназначены для использования в качестве приставки к водогрейным котлам, работающим на разных видах топлива. Для подсоединенных к тепловым сетям квартир разработана установка воздушного отопления с рекуперацией теплоты вытяжного воздуха УТ-33 теплопроизводительностью 34 кВт и воздухопроизводительностью 1500м 3/час.Установка отопительная теплоаккумулирующая УО-1. Вид сжигаемого топлива — твердое. Номинальная теплопроводность — 10 кВт. 1 — поддувальная дверца; 2 — загрузочная дверца; 3 — патрубок для подвода нагреваемого воздуха; 4 — патрубок для удаления дымовых газов; 5 — патрубок для отвода нагретого воздуха; 6 — воздушный канал; 7 — дымовой канал; 8 — газовоздушный теплообменник; 9 — канал для подачи вторичного воздуха для горения; 10 — топка; 11 — теплоаккумулирующая изоляция; 12 — колосниковая решетка; 13 — вентилятор.
Конструирование систем воздушного отопления должно производиться одновременно с выполнением архитектурно-строительного проекта.
Основными задачами конструирования систем воздушного отопления являются компоновка, размещение воздухонагревателя и воздуховодов, регулирующих решеток и клапанов с учетом конструктивных особенностей отапливаемых помещений.
В БелНИИС разработаны рекомендации по применению поквартирного воздушного отопления.
Напольное отопление
Напольные системы отопления получили распространение в странах Западной Европы и США, начиная с 50-х гг. Особенно широкое распространение напольные системы отопления получили благодаря появлению полимерных труб, выдерживающих температуру до 100°С, а также в связи с повышением стоимости стальных труб. Начиная с 1972 г., ежегодный прирост числа зданий, оборудованных напольной системой отопления, в странах Западной Европы составляет 30%.
Обычно полимерные трубы укладывают на металлическую решетку или специальную конструкцию в виде спирали или синусоиды. Трубы крепят к решетке специальными хомутами. Общая толщина пола с учетом слоя теплоизоляции составляет 88-100 мм.
Монтаж напольной системы отопления занимает меньше времени, чем монтаж традиционных систем. Обычно площадь пола разбивается на несколько зон, в которых трубы укладывают с различной плотностью. В зонах, примыкающих к стенам, плотность укладки труб обычно выше, чем в центральных зонах.
Низкотемпературная напольная система водяного отопления позволяет более рационально использовать и экономить тепловую энергию.
Напольное отопление стало очень популярной отопительной системой для жилых домов, коттеджей, офисов, производственных помещений благодаря функциональным особенностям, позволяющим исключить из интерьера отопительные приборы, что повышает эстетичность помещения и одновременно обеспечивает равномерное распределение тепла по высоте и объему помещения. Как уже было сказано, напольная система отопления является низкотемпературной системой. Низкотемпературное отопление функционирует при средней температуре теплоносителя ниже 45-55 °С.
При использовании низкотемпературных систем отопления в помещении поддерживается наиболее благоприятный для человека температурно-влажностный режим.
Для сравнения: комфортное ощущение в комнате с напольным отоплением достигается при температуре в помещении на 2-3°С ниже, чем в таком же помещении, но отапливаемом традиционным способом.
Низкотемпературные системы отопления могут выполняться как из полимерных, так и из металлических труб.
В случае использования металлических труб долговечность их повышается благодаря уменьшению термических напряжений, что снижает опасность так называемого коррозионного расшатывания металла.
Немаловажное значение имеет также уравнивание температур воздуха помещения и ограждающих конструкций. В результате уменьшается градиент температур между внутренним и наружным воздухом и, как следствие, уменьшается тепловой поток из помещения, что снижает теплопотери через ограждающие конструкции на 10-15%. Снижение потенциала теплоносителя в системе отопления ведет к уменьшению транспортных теплопотерь на 30-40%. Применение низкотемпературной системы отопления, которой является напольная, дает возможность использовать нетрадиционные источники тепловой энергии: солнечные коллекторы, тепловые насосы и конденсационные котлы.
В отечественной практике напольное отопление использовалось в отопительных системах ангаров для самолетов (имеются соответствующие рекомендации по применению), спортивных залов, зданий железнодорожных вокзалов, а также детских садов. Однако сравнительный анализ этих систем с зарубежными позволяет сделать вывод о том, что системы напольного отопления, получившие широкое распространение в странах Западной Европы, отличаются от применяемых в отечественной практике: они максимально теплоизолированы, так как разрабатывались и начинали применяться в годы энергетического кризиса с учетом поквартирного регулирования и поквартирного учета расхода тепловой энергии на отопление. Отечественные системы напольного отопления не только энергозатратны, так как применялись без соответствующей теплоизоляции, но и устарели по технологии изготовления и применяемым материалам. Металлические трубы, которые использовались в таких системах, для Беларуси являются экспортной продукцией. Температурный потенциал теплоносителя в применявшихся ранее напольных системах отопления на входе в систему был равен, как правило, 95°С (для детских учреждений - несколько ниже), поэтому такая система не являлась низкотемпературной. При высоком температурном потенциале теплопотери в системе без соответствующей теплоизоляции составляли значительную величину. "БелНИИС" разработал новые конструкции системы напольного отопления с использованием плит и блоков с фиксаторами из ячеистого бетона для зданий различного назначения.
Плиты и блоки с фиксаторами из ячеистого бетона предназначены для укладки нагревательных труб отопительного контура систем напольного отопления с помощью как сухой, так и мокрой сборки.
При мокрой сборке используется цементная стяжка, слой которой покрывает нагревательные трубы. На цементной стяжке размещается напольное покрытие. Схема пола, изготавливаемого по мокрому способу с использованием профильных плит перекрытия и бетонной стяжки, включает следующие основные элементы: плиты перекрытия из ячеистого бетона, бетонную стяжку, нагревательные трубы и напольное покрытие.
Схема пола с использованием профильных блоков и бетонной стяжки состоит из плиты перекрытия, профилированного блока из ячеистого бетона, бетонной стяжки, нагревательной трубы и напольного покрытия. Профильная плита перекрытия из ячеистого бетона содержит элементы для укладки как прямолинейных, так и криволинейных участков нагревательных труб. Канавка для укладки нагревательных труб имеет корытообразное поперечное сечение.
Профильные блоки из ячеистого бетона предназначены для укладки на плиту перекрытия. Профильный блок для укладки криволинейных участков труб включает канавку для укладки нагревательных труб, которая также имеет корытообразное поперечное сечение.
Крепление нагревательных труб в канавках осуществляется при помощи скоб. При сухой сборке напольное покрытие укладывается непосредственно на плиты и блоки с фиксаторами из ячеистого бетона.
По сухому способу теплый пол изготавливается с использованием профильных плит перекрытия и покрытия. Он включает следующие основные элементы: плиту перекрытия из ячеистого бетона, нагревательные трубы и покрытие.
Схема пола с использованием профильных блоков и покрытия включает плиту перекрытия, профилированный блок из ячеистого бетона, нагревательную трубу и покрытие.
Покрытие из дерева крепится к элементам напольного отопления из ячеистого бетона с помощью дюбелей. Покрытие из керамической плитки укладывается на мастику, наносимую поверх элементов напольного отопления из ячеистого бетона. Профильная плита перекрытия из ячеистого бетона содержит элементы для укладки как прямолинейных, так и криволинейных участков нагревательных труб. Профиль канавки для укладки нагревательных труб имеет прямоугольное сечение.
В этом случае профильные блоки из ячеистого бетона также предназначены для укладки на плиту перекрытия. Крепление нагревательных труб в канавках осуществляется при помощи скоб. При использовании элементов напольного отопления из ячеистого бетона отопительный контур может укладываться по двум схемам: змеевиковой и петлеобразной. Петлеобразный способ укладки нагревательного контура позволяет получить более равномерное распределение температур по поверхности пола. Змеевиковый способ позволяет обеспечить в зонах, расположенных вблизи наружных ограждений, более высокую температуру поверхности пола. Плиты и блоки с фиксаторами из ячеистого бетона обеспечивают крепление нагревательных труб отопительного контура и одновременную теплоизоляцию и звукоизоляцию. Предлагаемая система напольного отопления позволяет экономить металл из-за отсутствия металлических нагревательных приборов и труб, а также тепловую энергию (до 25%). Система напольного отопления с использованием плит и блоков с фиксаторами из ячеистого бетона отличается простотой монтажа, надежностью и длительным сроком эксплуатации.
Использование плит и блоков с фиксаторами из ячеистого бетона позволяет осуществлять монтаж напольного отопления одновременно с проведением других видов строительно-монтажных работ без риска повреждения труб. Предлагаемая конструкция напольного отопления обеспечивает совмещение функций строительных конструкций и нагревателей системы отопления, распределение температуры внутреннего воздуха по высоте помещения, близкое к идеальному по условиям комфортности. Такая система может быть использована совместно с солнечными коллекторами и тепловыми насосами, поскольку не требует высокой температуры теплоносителя.
Применение плит перекрытия и блоков из ячеистого бетона специального профиля в системе напольного отопления позволяет укладывать нагревательные трубы непосредственно в плитах перекрытия, сокращать количество элементов, из которых состоит конструкция пола в напольном отоплении, обеспечивать одним элементом выполнение требований по теплоизоляции и звукоизоляции, ускорять процесс укладки нагревательных труб в контуре, обеспечивать защиту нагревательных труб от механического повреждения при нанесении стяжки или укладке напольного покрытия, использовать для защиты теплоизоляции от повреждения высокой температурой при сварке металлических труб горелки без дополнительных экранов, использовать как сухой, так и мокрый способ укладки пола.
В "БелНИИС" разработаны рекомендации по проектированию, монтажу и наладке систем напольного отопления.
Подготовил Сергей ЗОЛОТОВ
Продолжение следует
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 22 за 2001 год в рубрике энергетика
