![]() | |
![]() ![]() |
На главную Водоснабжение Принципы устройства систем отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха, тепло Помимо разнообразных факторов, влияющих на устройство отопительновентиляционных систем в сооружениях культовой архитектуры, одним из важнейших является создание благоприятных климатических условий, позволяющих использовать их в качестве зданий музейного, церковного или церковномузейного назначения. Создаваемые системы должны обеспечивать необходимые параметры в помещениях с учетом режима, свойственного их назначению.
В первую очередь, это определяется величиной тепловлажностных возмущений и продолжительностью их воздействия по времени. Следует отметить возрастающую тенденцию использования зданий культовой архитектуры одновременно для музейных и церковных целей. Примеры этому Соборы Московского Кремля, Владимира, Пскова, Суздаля и др.
Помимо разнохарактерных режимов использования культовых зданий, следует учитывать множество других факторов, кардинально влияющих на выбор отопительновентиляционных систем.
В первую очередь, к ним относятся:
объемнопланировочные особенности здания; теплотехнические свойства ограждающих конструкций; климатологический район строительства; состояние экологической среды; источники энергоснабжения; принцип. возможность использования существующих отопительновентиляционных систем. Исходя из вышеизложенного, выбор отопительновентиляционных систем и их производительности должен быть произведен с учетом перечисленных факторов.
В настоящей работе изложены некоторые краткие сведения по устройству рассматриваемых систем в зданиях культовой архитектуры. Наиболее полно данная проблема изложена в специальной литературе. При этом следует обратить особое внимание на труды научных работников старой школы, для которых рассматриваемая проблема была особенно актуальна.
Нормативные значения температурновлажностного режима в зданиях культовой архитектуры
Для зданий культовой архитектуры, отличающихся существенным разнообразием архитектурных и конструктивных решений, возрастом, используемыми строительными материалами и особенностями эксплуатации, нормативные параметры температурновлажностного режима требуют специального изучения.
В НИИ строительной физики под руководством профессора Ю. А. Табунщикова был выполнен комплекс исследований по изучению температурновлажностного режима соборовмузеев Московского Кремля и по созданию методики определения нормативных значений температурновлажностного режима, которые обеспечивают долговременную сохранность внутренних поверхностей ограждающих конструкций, фресок, иконостаса.
При обосновании методики исследований было принято, что основная причина разрушения поверхностных слоев ограждающих конструкций, икон, фресок и т. п. связана с температурными и влажностными деформациями, обусловленными колебаниями температуры и влажности воздуха внутри помещения. С этой целью были изучены сорбционные и деформативные характеристики образцов материалов (штукатурки с фресками, дерева иконостаса, красного кирпича).
При изучении способности материалов к поглощению и отдаче влаги в гигроскопической области были выявлены сорбционные характеристики ряда материалов, взятых в различных местах ограждающих конструкций Успенского и Архангельского соборовмузеев. Анализ сорбционных кривых этих материалов показал, что они обладают значительно более высокой равновесной влажностью, чем аналогичные современные материалы. Так, максимальная гигроскопичная влажность (т. е. влажность, соответствующая полному насыщению воздуха при данной температуре) красного кирпича, взятого из стен соборовмузеев Московского Кремля составляет 918%. Эта величина для современного красного кирпича, в том числе кирпича, который в настоящее время используется для реставрационных работ в Московском Кремле, не превышает 11,8%. Повышенная влажность материалов ограждений архитектурных памятников обусловлена значительным содержанием солей в строительных материалах, эксплуатируемых в течение трех веков.
Повышенная влажность ограждений способствует их деформативным изменениям. Исследования по установлению зависимости деформации от влажности материала ограждений музеевсоборов выполнялись на отечественной голографической установке.
Исследования позволили сделать следующие выводы:
одним из путей ограничения интенсивности циклов разрушения материалов является сведение к минимуму деформаций материала, вызываемых поглощением влаги и колебаниями внутренней температуры, что требует обязательного применения установок кондиционирования воздуха; из анализа зависимости относительной деформации материала и его равновесной влажности от относительной влажности внутреннего воздуха видно, что наиболее благоприятной с этой точки зрения является область от 40 до 60%. Исходя из этого, следует рекомендовать поддерживать в помещении соборовмузеев относительную влажность внутреннего воздуха в указанных пределах; на основании анализа сорбционнодеформативных характеристик материалов сделан вывод, что для соборовмузеев температура внутреннего воздуха должна быть зимой 18oС, и летом не более 20oС. Относительная влажность внутреннего воздуха должна быть 50% при возможном отклонении в течение суток на 5% в сторону увеличения в теплое время года и в сторону уменьшения в холодное время года; прежде чем устанавливать новое инженерное оборудование для климатизации необходимо щепетильно изучить температурновлажностный режим, особенности эксплуатации, состояние (сорбционнодеформативные характеристики, засоленность) ограждающих конструкций здания. Системы отопления
Перечисленные системы характеризуются весьма низким КПД, они пожароопасны, нуждаются в постоянном обслуживании. Тепловой режим в помещениях, обслуживаемых данными системами, нестабильный, амплитуда колебаний температур достигает 812oС. Помимо перечисленных недостатков данные системы обладают определенными достоинствами:
автономность; могут использовать любой вид топлива, имеющийся в данной местности; одновременно с отопительными функциями выполняют определенные вентиляционные. В настоящее время теплоснабжение городов и населенных пунктов качественно изменилось.
На смену индивидуальным источникам пришли центральные районные котельные и теплоэлектростанции (ТЭЦ). Соответственно изменились и потребители тепла.
Водяные системы
Теплоносителем для систем отопления с местными приборами обычно служит вода с параметрами 9570oС, для систем с напольными лучистыми панелями 5540oС. Отопительные шкафы могут питаться перегретой водой (15070oС). Нагревательные приборы следует оснащать приборами автоматического регулирования. Схемы отопительных систем с местными приборами, в основном, зависят от архитектурнопланировочных особенностей здания. Они могут быть одно или двухтрубными, с верхней или нижней разводкой. Однотрубные системы, в основном, применяются для сооружений, имеющих единый объем, с прокладкой разводящей магистрали горизонтально по периметру здания. Трубопроводы следует прокладывать открыто. Возможна скрытая прокладка: в случаях нарушения интерьера, она должна быть согласована с соответствующими инстанциями по хранению памятников.
Системы отопления могут выполняться с естественным или искусственным побуждением циркуляции теплоносителя.
Воздушные системы
В зависимости от имеющихся источников тепла агрегаты воздушного отопления могут быть оборудованы водяными, паровыми, электрическими или огневоздушными калориферами.
Воздушные системы, особенно центральные, совмещенные с вентиляцией, в состоянии обеспечить во всем объеме обслуживаемых помещений равномерную температуру, что особенно важно для отопления барабанов . Каналы центральных систем должны обладать повышенным сопротивлением с целью обеспечения их посезонной гидравлической устойчивости. При устройстве центральных систем следует максимально использовать существующие каналы, которые ранее предназначались для огневоздушного отопления. Местные отопительные системы могут выполняться с помощью отопительных шкафов с естественным или механическим побуждением.
Воздухораспределение в системах воздушного отопления должно быть организовано по схеме снизувверх . В зданиях, ранее оборудованных печным отоплением, для удаления воздуха могут быть использованы существующие дымоходы.
Электрические системы
принцип. возможность свободного размещения приборов; отсутствие необходимости в тепловых пунктах, циркуляционных насосах и др.; незначительная металлоемкость. Системы электрического отопления должны отвечать требованиям пожарной безопасности: приборы должныбыть закрытого типа с максимальной температурой на поверхности 8090oС.
В помещениях значительной площади следует устанавливать отопительные шкафы, оснащенные электрокалориферами и рециркуляционными вентагрегатами.
Другие разновидности систем отопления
Как уже отмечалось, настоящая работа не ставит перед собой цель конкретизировать проблему проектирования отопительновентиляционных систем в зданиях культовой архитектуры это задача специальной литературы.
В данной работе хотелось бы отметить, что в настоящее время на рынке появилось разнообразное отопительное оборудование, которое может быть использовано в описываемых случаях. Это нагревательные приборы различного назначения, котлы с использованием различных видов топлива, малошумные фланцевые циркуляционные насосы, трубопроводы из полимерных материалов и многое другое.
Особое внимание следует обратить на малогабаритные высокопроизводительные отопительновоздушные агрегаты, которые, не нарушая строительных конструкций и сложившегося облика помещений, могут обслужить значительные объемы. Ниже приведены некоторые примеры устройств отопительных систем в зданиях культового назначения.
Вентиляция и кондиционирование
Существующие культовые сооружения использовались ранее, в основном, для церковных служб. Большинство из них не отапливалось и не имело организованной вентиляции. Проветривание осуществлялось периодически, естественным путем. Наружные конструкции в течение зимнего периода переохлаждались до отрицательных температур, близких к наружным.
В весенний и летний периоды влажный воздух, попадая в помещение, понижал температуру, близкую к точке росы , и содержащиеся в нем водяные пары конденсировались, увлажняя конструкции. Некоторые культовые здания были оснащены печным отоплением, а более поздние огневоздушным. Вентиляция этих зданий носила более организованный характер: воздух, необходимый для горения топлива в печах, в определенной степени обеспечивал проветривание помещений, а огневоздушные системы практически решали вентиляционный режим: в теплый период эти системы частично выполняли функцию естественной вентиляции.
С развитием топливноэнергетической отрасли и качественно нового принципа теплоснабжения ранее действующие отопительновентиляционные системы подверглись фундаментальной реконструкции, прежде всего, в крупных населенных пунктах, где технический прогресс особенно преуспевал. Отдельные сооружения начали оборудоваться центральными и местными системами вентиляции. Культовые сооружения, представляющие историческую ценность, оснащались системой кондиционирования воздуха (КВ).
Ниже проанализированы некоторые принципиальные решения вентиляционных систем, которые могут найти применение в культовых сооружениях различного назначения.
Здания церковного назначения
При отсутствии специальных требований к воздушной среде данного здания представляется рациональной следующая система вентиляции: большую часть времени здание обслуживает приточная система с механическим побуждением, производительность которой определена по усредненным показателям тепло и влагопоступлений, характерным для данного здания. Приточный агрегат оснащается фильтром для очистки от пыли, калорифером и оросительным устройством для нагрева и увлажнения воздуха в зимнее время года.
Оросительное устройство при определенных наружных условиях может быть использовано для испарительного охлаждения в теплый период. Раздачу воздуха, если позволяют конструкции и интерьер здания, следует производить в нижнюю зону; удаление из верхней с помощью вытяжных отверстий, расположенных в барабанах куполов. Отверстия следует оснащать заслонками с электроприводами дистанционного управления и незадуваемыми козырьками. Такое размещение, помимо эффективного удаления тепла и влаги, решает проблему отопления барабанов, повышая температуру на внутренних поверхностях стен, термическое сопротивление которых значительно ниже, чем для основных конструкций. Одновременно решается также проблема предотвращения выпадения конденсата на поверхность. Практика использования подобных решений подтверждает вышесказанное. Лепестковые клапаны на вытяжных отверстиях устанавливать не рек. по соображениям противопожарной безопасности.
В периоды проведения ритуальных служб, когда тепло и влагопоступления многократно возрастают и значительно превышают расчетные, следует прибегать к естественному проветриванию путем открывания имеющихся проемов с учетом времени года.
В отдельных случаях, при техникоэкономическом обосновании, системы вентиляции могут совмещаться с отоплением. Размещение приточных агрегатов, трассировка воздуховодов, расположение вентиляционных решеток и их конструкции, теплоснабжение калориферов и другие вопросы, связанные с устройством вентиляции, должны решаться в каждом конкретном случае в зависимости от местных условий.
Если здание ранее было оборудовано печным или огневоздушным отоплением, то такую систему следует максимально использовать при решении вентиляционных задач. Вентиляционные системы следует комплектовать из оборудования, производимого российскими предприятиями. По требованию заказчика или при иной необходимости возможно применение импортного оборудования. Вентсистемы следует оснащать приборами автоматики и контроля, обеспечивающими необходимую обработку приточного воздуха. Для локализации аэродинамических и механических шумов и вибраций, создаваемых агрегатами при работе, их следует оснащать шумоглушителями, виброоснованиями и другими звукоизолирующими устройствами.
С целью экономичности в зимний период тепловой энергии необходимо предусматривать рециркуляцию отработанного воздуха или же, при соответствующем обосновании, рекуперацию удаляемого тепла. Возможная принципиальная схема вентиляции церковного здания показана на 1.
По ряду причин, в основном, экономических, КВ не нашли применения в зданиях церковного назначения.
Здания музейноцерковного назначения
Рассматриваемые здания характеризуются двумя режимами использования: музейным и культовым. В первом случае количество посетителей, мощность освещения, объемы поступающего наружного воздуха и другие источники, отрицательно влияющие на сохранность экспонатов, регламентируются обслуживаемым персоналом и не превышают расчетные возможности системы KB. Во втором случае возможности подобного контроля практически отсутствуют. Приступая к проектированию KB подобных зданий, следует предварительно изучить посезонное состояние температурновлажностного режима здания и определить его динамическую характеристику. Данные сведения могут быть получены с помощью показаний самозаписывающих термо и гигроприборов, установленных в характерных местах здания, или же на основании замеров персонала, проведенных по определенной методике в течение длительного времени. На основании этих материалов выбирается разновидность системы, ее необходимая мощность, способ обработки воздуха в различные периоды года, схема автоматизации и другие характеристики системы.
Системы KB для подобных зданий состоят, в основном, из следующих элементов:
центральных или местных кондиционеров, оснащенных необходимыми секциями для тепло и влагообработки приточного воздуха; теплового пункта; холодильной установки; системы оборотного водоснабжения для отвода тепла в случае применения кожухотрубных конденсаторов с водяным охлаждением. Систему KB целесообразно применять с переменным расходом приточного воздуха, производительность которого соответствовала бы тепло и влагопоступлениям для упомянутых режимов использования здания. Возможно устройство двух систем, которые работали бы совместно при максимальных нагрузках при проведении культовых мероприятий и поочередно в периоды музейного режима. Следует отметить, что интенсивность посещения некоторых зданий в музейный период достаточно значительна и необходимые производительности систем близки для обоих режимов.
Так, проведенные замеры в Успенском соборе Кремля показали, что за счет аккумуляции холода ограждающими конструкциями возможно проводить длительные культовые службы, сопровождаемые значительным поступлением тепла, при этом параметры воздуха сохраняются близкими к расчетным. Способы раздачи и удаления воздуха, компоновочные решения и другие приемы, связанные о устройством KB, проанализированы в предыдущем разделе, они аналогичны для систем КВ.
В качестве примера проанализированы системы KB соборов Московского Кремля, которые эксплуатируются более 25ти лет и характерные особенности которых заключаются в следующем:
центральные системы, совмещенные с воздушным отоплением, имеют 100% резерв; с целью экономичности тепла и холода кондиционеры работают с использованием рециркуляционного воздуха, но при низких температурах (tн=12oС и ниже) для интенсификации отопления барабанов и предотвращения выпадения конденсата на их внутренних поверхностях кондиционеры переводятся на прямоточный режим. Приточный воздух подается в нижнюю зону с помощью направленных решеток в соответствии с назначением и тепловлажностной напряженностью отдельных участков собора. Предусмотрено зонирование; удаление воздуха производится через барабаны с помощью вытяжных отверстий, расположенных в наивысших местах; отверстия оснащены клапанами с электроприводами дистанционного управления; вытяжные отверстия защищены незадуваемыми экранами; регулирование теплообмена в воздухоохладителях и воздухонагревателях осуществляется качественным способом, т. е. постоянным расходом тепло и холодоносителей и поддержанием необходимого температурного графика с помощью циркуляционносмесительных насосов. В связи с постоянным расходом воды, характерным для данного способа регулирования, практически исключается замораживание калориферов первого подогрева; температура внутреннего воздуха поддерживается с помощью терморегуляторов, датчики которых устанавливаются в характерных точках помещений; относительная влажность поддерживается с помощью регуляторов влагосодержания. Такой способ поддержания параметров учитывает все тепло и влагопоступления: внешние и внутренние; кондиционеры оснащены тиристорными регуляторами, изменяющими v вращения электродвигателей, вентиляторов и, соответственно, производительность кондиционеров; отсутствие пара для увлажнения приточного воздуха. Увлажнение осуществляется с помощью форсуночных камер. При этом с целью предотвращения образования кислот при контакте воды с агрессивными газами, содержащимися в приточном воздуха, для орошения предусматривается содовый раствор; кондиционеры размещены в подземных камерах в непосредственной близости от нахождения соборов; транзитные воздуховоды проложены в пространстве у наружных стен м. сводами и конструкциями пола; теплоносителем систем KB служит перегретая вода теплосети Мосэнерго с расчетными параметрами 13070oС; холодоносителем является вода центральной холодильной станции Кремля с начальной температурой около 78oС; входы в соборы оборудованы тамбурами, оснащенными воздушнотепловыми завесами. На 2 представлена принципиальная схема КВ собора 12ти Апостолов Кремля. Здания музейного назначения
поддержания необходимого микроклимата для различных материалов органического и неорганического происхождения. При наличии отдельных экспонатов, которые нуждаются в иных условиях, отличных от общих, их следует хранить в витринах с соответствующими условиями; поддержания светового режима, исключающего облуч. экспонатов инфракрасными и ультрафиолетовыми волнами; максимального сокращения агрессивных газов и пыли, поступающих с приточным воздухом; понижения подвижности воздуха у поверхностей экспонатов. Осуществление перечисленных мероприятий, особенно создание требуемых параметров в зданиях культовой архитектуры задача сложная. Здесь практически исключается принцип. возможность прокладки различных инженерных коммуникаций воздуховодов, установки приточных и вытяжных решеток в необходимых местах, нахождения помещения для размещения оборудования и т. д. Наиболее оптимально данная задача решается путем устройства комбинированной системы, состоящей из центральных и местных кондиционеров. Центральный кондиционер обрабатывает минимальное количество наружного воздуха в объеме санитарной нормы и подает его в обслуживаемые помещения. Обработанный в центральном кондиционере воздух должен обеспечить необходимый влажностный режим в обслуживаемых помещениях. Непосредственно в музейных залах устанавливаются местные рециркуляционновентиляционные агрегаты, с помощью которых обеспечивается температурный режим. Рассмотренная комбинированная система обеспечивает необходимый тепловлажностный режим в соответствующих помещениях музея, занимая при этом минимальные площади для размещения оборудования и прокладки коммуникаций. Одновременно эта система, по сравнению с другими, вносит минимальное количество агрессивных газов, поступающих в помещение с наружным воздухом. Принципиальное устройство системы приведено на 3.
Тепло и холодоснабжение
Желательно все системы присоединять к наружным сетям по независимой схеме, обеспечивая необходимые температурные графики и гидравлический режим.
При необходимости устройства собственной местной котельной ее следует располагать от здания на расстоянии не менее 2025 м с заветренной стороны.
В районах с дешевой электроэнергией возможно устройство электрокотлов, которые могут быть расположены рядом с обслуживаемым помещением или непосредственно в нем. При соответствующих противопожарных мерах можно применять электрические нагревательные приборы и электрокалориферы.
Холодоносителем для систем KB могут служить различные источники холода. Наибольшее распространение получили поршневые и винтовые холодильные агрегаты. В зависимости от мощности потребителей, возможных условий, размещения агрегатов и других факторов, холодильные агрегаты могут размещаться непосредственно в обслуживаемом здании с установкой конденсаторов с воздушным охлаждением на кровле.
Машины с большой производительностью, например, для Храма Христа Спасителя, установлены вне здания в специальном техническом помещении. Конденсаторы данных машин кожухотрубные с водяным охлаждением. Для отвода тепла предусмотрена система оборотного водоснабжения с устройством градирен.
холодоносителем служит вода с начальной температурой 78oC. В случае наличия запасников, содержимое которых (например, фото и кинопленки) нуждается в низких параметрах температуры, применяются машины глубокого холода, холодоносителем которых являются растворы гликоля или рассол. Машины следует применять с регулируемой производительностью, в соответствии с максимальным и минимальным потреблением холода.
Сопутствующие мероприятия по устройству отопительновентиляционных систем
Заключение
до 60х годов соборы были не доступны для посещения, они не отапливались; внутренние параметры складывались под воздействием наружных условий на протяжении веков; в 30е годы соборы были оборудованы системами водяного отопления с достаточно высокой температурой теплоносителя. Влажностный режим пытались решить с помощью поддонов с водой, устанавливаемых на отопительные приборы, и периодическим смачиванием полов теплой водой. Эти мероприятия привели к резким колебаниям влажности, выпадению конденсата на внутренних поверхностях барабанов и окнах, многие из которых имели одинарное остекление. Появились трещины в иконостасе; в местах установки нагревательных приборов и прокладки трассы трубопроводов лучистым теплом разрушалась фресковая живопись; с открытием соборов для посещений тепловлажностный режим соборов принял аварийный характер. В результате исследования состояния соборов было принято решение об устройстве систем КВ. Проведенный анализ возможных решений привел к заключению, что необходимые метеорологические условия в соборах могут быть созданы с помощью центральной зональной системы KB, совмещенной с воздушным отоплением; наибольшая сложность заключалась в нахождении способа отопления тонкостенных барабанов с незначительным термическим сопротивлением, и в создании условий, исключающих выпадение конденсата водяных паров на внутренних поверхностях. Расчеты показали, что эти две проблемы могут быть решены путем прохождения через сечения барабанов определенного количества удаляемого воздуха с параметрами, созданными в основном объеме собора, количество которого обеспечивало бы нагрев внутренних поверхностей барабанов до температуры, превышающей точку росы . В результате, производительности систем KB были приняты с учетом объемов воздуха, необходимых для отопления барабанов; большинство окон располагаются в глубоких нишах, не омываемых воздушными потоками, и они переохлаждались, что приводило к интенсивному конденсатообразованию на их поверхностях. Потоки конденсата стекали по стенам, разрушая их и фрески. Двойное остекление оконных проемов было заменено на тройное, и этим проблема была решена; реконструкция КВ в соборах Кремля производилась дважды. Первый раз было установлено отечественное оборудование, габариты которого не позволили обеспечить их резервирование, вторично было установлено импортное оборудование, которое обеспечило принцип. возможность создания 100% резерва; в 80е годы на территории центральной холодильной станции Кремля установлены паровые электробойлеры. Представляется возможным камеры кондиционеров заменить на пароувлажнители. Задание на разработку KB Кремлевских соборов было выдано отделом охраны памятников Министерства культуры СССР и дирекцией Кремлевских музеев.
Разработка систем KB и различные строительные работы были выполнены организацией Моспроект2 , монтаж системы KB осуществлял трест Промвентиляция , а ее наладку ГПИ Промвентиляция . Эффективность созданных параметров на сохранность содержимого соборов провел НИИ строительной физики. Надзор за всеми проводимыми работами осуществлял главный архитектор Кремлевских музеев Федоров Владимир Иванович.
![]() ![]() ![]() ![]() На главную Водоснабжение 0.0028 |
|