Отопление высотных жилых зданий

НАЦИОНАЛЬНЫЙ  ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

КАФЕДРА ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ

ПРОЦЕССОВ И УСТАНОВОК

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

По дисциплине

«Энергосбережение в теплоэнергетике  и теплотехнологиях»

                                                  На тему

«Отопление высотных жилых зданий»

 

                                                                         Выполнил: студент 4 курса

                                                                                                Группы ФП-6-10

                                                                                              Куринов А. А.

                                                                    Проверил: Исаев. А. А.

 

 

 

 

 

 

 

 

Москва 2013

 

Содержание:

1. Введение……………………………………………………………………3
2. Расчетные параметры наружного климата…………………………...7

3. Теплоэнергоснабжение систем отопления, горячее водоснабжение, вентиляция и кондиционирование воздуха…………………………...8

4. Использование мини-ТЭЦ……………………………………………….9
5. Автономные источники теплоснабжения……………………………11
6. Проблемы устройства систем отопления высотных зданий……...13
7. Особенности применения труб из термостойких полимерных материалов……………………………………………………………….14
8. Надежность и регулируемость………………………………………..15

9. Вентиляции и кондиционирования воздуха…………………………16

10. Системы автоматизации и диспетчеризации………………………..21
11. Электроснабжение………………………………………………………21

12.  Некоторые проблемы…………………………………………………..22

13. Заключение……………………………………………………………….22
14. Библиографический список……………………………………………26

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Введение 

 

     Понятие "многоэтажное здание" широко распространено, но не имеет четкого определения, как и другие понятия, характеризующие этажность зданий: "малоэтажное", "повышенной этажности", "высотное.  
     В монографии подразумевается, что все жилые здания выше 4-5 этажей, имеющие лифты, являются многоэтажными. Здания данного типа имеют особенности. В частности, по мере увеличения этажности и разности температур наружного и внутреннего воздуха увеличивается естественный воздухообмен.  
     Это приводит к необходимости герметизировать квартирные двери, выходящие на лестничную клетку, или делать их двойными; к необходимости уменьшения воздухопроницаемости окон; к необходимости устройства отдельных по высоте здания зон, разделяемых, как правило, техническими этажами с соблюдением возможно большей герметичности для уменьшения перетекания воздуха из одной зоны в другую. Указанные особенности влияют на вентиляцию зданий и должны учитываться при ее проектировании и эксплуатации.  
     В последние годы в вопросе вентиляции произошли существенные изменения: возросли концентрации вредных веществ в воздухе квартир и атмосферном воздухе; возникла необходимость в сокращении расхода тепловой энергии, особенно это актуально для России; появились возможности этого сокращения за счет утилизации удаляемого из зданий воздуха. Однако на практике значительного изменения в организации и эксплуатации вентиляции жилых зданий за последние 50 лет не произошло.  
     Распространенная в настоящее время вытяжная система вентиляции с естественным побуждением при отсутствии организованного притока создает ограниченный, часто недостаточный воздухообмен в квартире, работает неравномерно и зависит от погоды и архитектурно-планировочных и конструктивных особенностей каждого здания. Поэтому еще в 1940-х годах появились предложения о необходимости организации в многоэтажных жилых зданиях, в том числе в московских высотных зданиях строительства конца 1940-х - начала 1950-х годов, приточно-вытяжной системы вентиляции с механическим побуждением. Такая система позволяет использовать тепло удаляемого из здания воздуха для подогрева приточного, а также производить его очистку.  
     В соответствии с написанным выше, а также разработанными НП "АВОК" и выпущенными в 2004 году "Техническими рекомендациями по организации воздухообмена в квартирах многоэтажного жилого дома" допускается применение этих систем. Они могут быть центральными, на все или отдельные части здания, и квартирными. Последние, допускающие регулировку в соответствии с режимом выделяющихся в квартирах вредных веществ, могут дать большее сокращение расхода теплоты. В 2003-2004 годах было закончено строительство и начаты исследования экспериментального здания                    (264 квартиры) с такой системой.  
     Вопросы вентиляции жилых зданий не могут рассматриваться изолированно от их отопления. Совместное действие этих устройств обеспечивает комфортное пребывание в здании; наличие в квартире только воздухообмена недостаточно, т. к. без отопления здание не может эксплуатироваться.  
     Проведенные исследования (1958-1980) экспериментальных зданий с системой (центральной и квартирной), сочетающей в одном устройстве отопление и вентиляцию квартир, дали положительные результаты. Отсутствие необходимости установки отопительных приборов в жилых комнатах дает основание для применения указанных систем с использованием теплоты удаляемого воздуха.  
     Термин "совместно действующие отопление и вентиляция зданий" в конце XX века стали заменять более полным - "климатизация и вентиляция", включающим кондиционирование воздуха, в том числе и возможное радиационное охлаждение помещений.  
     Учитывая изложенные соображения, а также то, что вытяжная система вентиляции с естественным побуждением широко используется в существующих зданиях и переход на применение новых решений будет происходить не сразу, в монографии приводятся:  
    - описание применяемых вентиляционных систем с естественным побуждением;  
    - санитарно-гигиеническое и технико-экономические обоснования перехода на новые решения;  
    - сведения, необходимые для применения указанных выше рациональных решений вентиляции многоэтажных жилых зданий.  
     Континентальный климат России в летний период характеризуется хотя и не продолжительными, но высокими температурами наружного воздуха, поэтому предлагаются мероприятия по снижению температуры воздуха в жилых комнатах. Они сводятся к проветриванию комнат, защите их от солнечной радиации, рациональному использованию вентиляционных и отопительно-вентиляционных устройств, рассчитанных на отопительный период, а также советам по устройству и эксплуатации местных кондиционеров или сплит-систем.

Сейчас ни у кого не возникает  сомнения, что высотное здание должно разрабатываться как единый архитектурно-инженерный проект. Создание высотного здания ведется с учетом интересов заказчика, архитекторов, конструкторов, инженеров-проектировщиков  инженерных систем, специалистов в  области вертикального транспорта, безопасности зданий, специалистов, занимающихся эксплуатацией таких объектов. Их опыт является важным и ценным материалом, который может существенно повлиять на выбор архитектурных, инженерных, конструкторских решений, что позволяет  учесть ряд особенностей, которые  часто упускаются в процессе проектирования, но в дальнейшем вызывают проблемы при эксплуатации подобных объектов. Исходя из этих положений, НП «АВОК» было принято решение обобщить имеющийся  опыт проектирования и эксплуатации высотных комплексов и довести его до внимания специалистов, занимающихся вопросами высотного строительства.

Высотные здания представляют новый  закономерный этап развития городского строительства и являются экономически выгодными элементами городского хозяйства. По мнению современных архитекторов, большая этажность зданий или  большая плотность городского населения, при которой жилье, работа и учреждения социальной сферы и отдыха расположены  близко друг от друга, ведет автоматически  к более высокому качеству жизни. С момента появления первых высотных зданий вопрос о целесообразности их строительства постоянно обсуждается  в острых дискуссиях между архитекторами, инженерами, социологами, психологами, экологами, медиками и специалистами  по безопасности.

Не умаляя важности архитектурных  и конструктивных проблем при  проектировании высотных зданий, отметим  следующие, не менее серьезные проблемы, которые имеют место при проектировании систем отопления, вентиляции, кондиционирования  воздуха:

– проектирование систем отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха  высотного здания принципиально  отличается от проектирования этих же систем для многоэтажных зданий, т. к. для высотных зданий влияние наружных климатических воздействий и  величины градиентов перемещения потоков  массы и энергии внутри здания являются по своей значимости экстремальными;

– каждое высотное здание является уникальным произведением архитектурно-инженерного  искусства, и применяемые в нем  решения не могут быть тиражированы в других проектах без серьезного переосмысления и глубоких дополнительных исследований, включающих методы физического  и математического моделирования.

Архитектурное и инженерное проектирование здания с учетом направленного действия наружного климата позволяет  без дополнительных затрат повысить энергетическую эффективность здания, качество микроклимата и решить задачу сохранения природной окружающей среды.

Для снижения стоимости энергии, а  также уменьшения вредного воздействия  на окружающую среду в высотных зданиях  используются автономные источники  тепло-, энергоснабжения. «Традиционные» автономные источники тепло-, энергоснабжения  отличаются более высоким КПД  и уменьшенными выделениями вредных  выбросов. К «нетрадиционным» (возобновляемым) источникам тепло-, энергоснабжения относятся топливные элементы, фотоэлектрические панели (солнечные батареи), системы использования низкопотенциального тепла земли.

2. Расчетные параметры наружного климата

Принятая в настоящее время  в России методика проектирования теплозащиты  наружных ограждающих конструкций, отопления, вентиляции и кондиционирования  воздуха основывается главным образом  на трех характерных климатических  периодах:

• показателях наружного климата наиболее холодной пятидневки;

• показателях наружного климата отопительного периода;

• показателях наружного климата наиболее жаркого месяца.

При расчете теплозащиты и систем регулирования микроклимата высотных зданий эти параметры в значительной степени могут отличаться от тех, которые принимаются для традиционных многоэтажных зданий. В первую очередь, это относится к изменению (выбору) скорости ветра. Важнейший показатель высотных зданий – их аэродинамика.

Учитывая, что каждое высотное здание является крупным энергетическим потребителем, выбор оптимальных в технико-экономическом  отношении показателей (параметров) теплозащиты зданий и систем регулирования  микроклимата должен определяться на основе эксплуатационных затрат, основной составляющей которых являются затраты  на тепло, холод и электроэнергию. Кроме того, на основе этих показателей  должна быть определена оптимальная  форма оболочки здания.

В холодный и теплый периоды года температура наружного воздуха  понижается примерно на 1 °С через каждые 150 м высоты, атмосферное давление понижается примерно на 1 гПа через каждые 8 м высоты, а скорость ветра увеличивается.

3. Теплоэнергоснабжение систем отопления, горячее водоснабжение, вентиляция и кондиционирование воздуха.

Теплоснабжение систем отопления, горячего водоснабжения, вентиляции и  кондиционирования (далее – системы  внутреннего теплоснабжения) следует  преимущественно осуществлять от тепловых сетей систем централизованного  теплоснабжения города. Присоединение  систем внутреннего теплоснабжения к централизованным системам возможно при условии обеспечения бесперебойной  подачи тепла в количестве не менее  требуемого расхода на отопление  здания. Обеспечение 100 % резервирования подачи тепла для систем внутреннего  теплоснабжения здания устанавливается  заданием на проектирование.

Одним из решений по резервированию может быть устройство автономных систем тепло- и электроснабжения высотных зданий на базе газотурбинной или  газопоршневой установок, одновременно вырабатывающих обе эти энергии. Современные средства защиты от шума и вибрации позволяют размещать их непосредственно в здании, в том числе и на верхних этажах. Как правило, мощность этих установок не превышает 30–40 % максимальной потребной мощности объекта, и в штатном режиме эти установки работают, дополняя централизованные системы энергоснабжения. При большой мощности когенерационных установок возникают проблемы передачи избытков того или иного энергоносителя в сеть.

Во многих случаях в качестве автономных энергоцентров высотных зданий используются мини-ТЭЦ на базе поршневых мотор-генераторов. Реализация масштабных инвестиционных проектов во многих регионах сдерживается отсутствием свободных мощностей единой энергосистемы страны. Перспективные планы ввода в эксплуатацию новых крупных энергоисточников из-за длительных сроков не удовлетворяют потребности строительства. Период избытка мощности энергоисточников над уровнем энергопотребления заканчивается раньше, чем того ожидали энергетики.

Недавняя политика стимулирования роста энергопотребления (если есть резервы производства товара – надо их реализовать и продать) имеет  и свою оборотную сторону. Резко  увеличилось нерациональное использование  электроэнергии для прямой трансформации  в тепловую – электрокотлы, воздушные завесы, электрокалориферы систем вентиляции. Вернуться в русло энергосбережения весьма непросто.

4. Использование мини-ТЭЦ

Возможным вариантом решения проблемы энергоснабжения новостроек, включая  высотные, является проектирование и  строительство мини-ТЭЦ.

Мини-ТЭЦ, обеспечивающие энергоресурсами  высотные здания, могут стать разумным дополнением единой энергосистемы  и могут работать в параллельном режиме.