IV. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха
1. Общие положения
Отопление, вентиляция и кондиционирование являются основными техническими средствами для обеспечения нормируемых метеорологических условий и чистоты воздуха в производственных помещениях.
Основополагающим документом, регламентирующим вопросы отопления, вентиляции и кондиционирования, являются Строительные нормы и правила.
2. Отопление
Отопление помещений необходимо как для создания нормальных условий труда, так и для сохранения самих зданий.
Отопительные системы бывают центральными и местными. В системе центрального отопления энергия вырабатывается за пределами отапливаемых помещений, местное – непосредственно в помещении.
В зависимости от вида теплоносителя системы отопления могут быть водяные, паровые, воздушные, электрические и газовые.
Отопление газовыми или электрическими приборами не допускается в помещениях повышенной электроопасности и химической опасности. В этих помещениях, как правило, следует применять воздушное отопление.
Дежурное отопление производственных помещений отапливаемых зданий предусматривается в холодный период года. В нерабочее время оно обеспечивает температуру ниже нормируемой, но не ниже 5°С.
Местное отопление применяется в неотапливаемых зданиях для поддержания температуры воздуха в отдельных помещениях, зонах, на временных рабочих местах при ремонте и наладке оборудования.
Вентиляция
Вентиляциейназывается организованный и регулируемый воздухообмен, обеспечивающий удаление из помещения загрязненного воздуха и подачу свежего чистого воздуха.
Системы вентиляции бывают естественными и принудительными (механическими).
Системы естественной вентиляции применяются в помещениях, в которых не выделяются вредные вещества, где не предъявляются требования по особой чистоте подаваемого в помещение воздуха.
Естественная вентиляция осуществляется за счет разности температур между наружным воздухом и воздухом помещений, а также разности давлений, создаваемой ветром с наветренной и подветренной сторон зданий.
Принудительная (механическая) вентиляция проектируется в случаях, когда нормируемые параметры воздуха не могут быть обеспечены естественной вентиляцией.
В зависимости от вида подачи воздуха, системы принудительной (механической) вентиляции могут быть приточными, вытяжными и приточно-вытяжными.
При приточной вентиляциивоздух с помощью вентиляционного оборудования подается в помещение. Приточный воздух следует направлять так, чтобы он не поступал через зоны с большим загрязнением в зоны с меньшим загрязнением.
Расход приточного воздуха определяется из требований:
• норм взрывопожарной безопасности.
При вытяжной вентиляции удаление воздуха из помещений осуществляется из зон наибольшего скопления вредных веществ.
При приточно-вытяжной вентиляции процессы вытяжки и притока воздуха реализуется одновременно.
4. Кондиционирование воздуха
Кондиционирование воздуха – автоматическое поддержание в закрытых помещениях всех или отдельных параметров воздуха (температуры, влажности, чистоты, скорости движения) с целью обеспечения оптимальных метеорологических условий и условий ведения технологических процессов.
Существуют центральные и местные системы кондиционирования воздуха.
В центральных системах воздух забирается вне помещений, где производятся работы, и подается по воздуховодам. В местных системах кондиционирования воздух забирается в самом помещении.
Системы кондиционирования могут функционировать круглогодично или сезонно.
V. Освещение рабочих мест и производственных помещений
Нормы освещения зданий и сооружений, селитебных зон, площадок предприятий и мест производства работ вне зданий регламентируются Строительными нормами и правилами (далее Правила) и Санитарными правилами и нормами.
1. Определения и общие положения
В нормах и правилах применены термины:
Коэффициент естественной освещенности (КЕО) – отношение естественной освещенности, создаваемой в некоторой точке заданной плоскости внутри помещения светом неба (непосредственным или после отражения), к одновременному значению наружной горизонтальной освещенности, создаваемой светом полностью открытого небосвода; выражается в процентах.
Естественное освещение – освещение помещений светом неба (прямым или отраженным), проникающим через световые проемы в наружных ограждающих конструкциях.
Боковое естественное освещение – естественное освещение помещения через световые проемы в наружных стенах.
Верхнее естественное освещение – естественное освещение помещения через фонари, световые проемы в стенах в местах перепада высот здания.
Совмещенное освещение – освещение, при котором недостаточное по нормам естественное освещение дополняется искусственным.
Эвакуационное освещение – освещение для эвакуации людей из помещения при аварийном отключении нормального освещения.
Комбинированное освещение – освещение, при котором к общему освещению добавляется местное.
Местное освещение – освещение, дополнительное к общему, создаваемое светильниками, концентрирующими световой поток непосредственно на рабочих местах.
Нормируемые значения освещенности приводятся в точках ее минимального значения на рабочей поверхности внутри помещений для разрядных источников света, кроме оговоренных случаев.
Искусственное освещение
Искусственное освещение подразделяется на рабочее, аварийное, охранное и сигнальное. Для общего искусственного освещения помещений следует использовать, как правило, разрядные источники света. Искусственное освещение может быть двух систем – общее(когда освещается все помещение, включая рабочие поверхности, проходы, проезды и т.п. с помощью светильников) и комбинированное (когда к общему освещению добавляется местное, устанавливаемое на рабочих местах).
Аварийное освещение разделяется на:
Освещение безопасности следует предусматривать в случаях, если отключение рабочего освещения и связанное с этим нарушение обслуживания оборудования и механизмов может вызвать:
• взрыв, пожар, отравление людей;
• длительное нарушение технологического процесса;
• нарушение работы таких объектов, как электрические станции, узлы радио- и телевизионных передач и связи, диспетчерские пункты, насосные установки водоснабжения, канализации и теплофикации, установки вентиляции и кондиционирования воздуха для производственных помещений, в которых недопустимо прекращение работ и т.п.;
• нарушение режима детских учреждений независимо от числа находящихся в них детей.
Эвакуационное освещение должно обеспечивать наименьшую освещенность на полу основных проходов (или на земле) и на ступенях лестниц: в помещениях – 0,5 лк, на открытых территориях – 0,2 лк.
Принципы устройства систем отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха, тепло- и холодоснабжения в зданиях культовой архитектуры
Введение
Помимо разнообразных факторов, влияющих на устройство отопительно-вентиляционных систем в сооружениях культовой архитектуры, одним из важнейших является создание благоприятных климатических условий, позволяющих использовать их в качестве зданий музейного, церковного или церковно-музейного 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 отопительно-вентиляционных систем.
В первую очередь, к ним относятся:
объемно-планировочные особенности здания;
теплотехнические свойства ограждающих конструкций;
климатологический район строительства;
состояние экологической среды;
источники энергоснабжения;
возможность использования существующих отопительно-вентиляционных систем.
Исходя из вышеизложенного, выбор отопительно-вентиляционных 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.
1. Нормативные значения температурно-влажностного режима в зданиях культовой архитектуры
Выбор системы отопления, вентиляции или кондиционирования воздуха начинается с рассмотрения нормативных значений параметров температурно-влажностного режима. Как правило, такие параметры содержатся в нормативных документах по проектированию соответствующих зданий.
Для зданий культовой архитектуры, отличающихся существенным разнообразием архитектурных и конструктивных решений, возрастом, используемыми строительными материалами и особенностями эксплуатации, нормативные параметры температурно-влажностного режима требуют специального изучения.
В НИИ строительной физики под руководством профессора Ю. А. Табунщикова был выполнен комплекс исследований по изучению температурно-влажностного режима соборов-музеев Московского Кремля и по созданию методики определения нормативных значений температурно-влажностного 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 соборов-музеев. 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 соборов-музеев Московского Кремля составляет 9-18%. Эта величина для современного красного кирпича, в том числе кирпича, который в настоящее время используется для реставрационных работ в Московском Кремле, не превышает 1-1,8%. 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 музеев-соборов выполнялись на отечественной голографической установке.
Исследования позволили сделать следующие выводы:
одним из путей ограничения интенсивности процессов 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 соборов-музеев относительную влажность внутреннего воздуха в указанных пределах;
на основании анализа сорбционно-деформативных характеристик материалов сделан вывод, что для соборов-музеев температура внутреннего воздуха должна быть зимой 18 o С, и летом — не более 20 o С. 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 тщательно изучить температурно-влажностный режим, особенности эксплуатации, состояние (сорбционно-деформативные характеристики, засоленность) ограждающих конструкций здания.
2. Системы отопления
Системы отопления культовых зданий прошли определенный этап развития от простейших до близких к современным. Древнейшими отопительными устройствами являлись камины, печи, огневоздушные системы. Для того периода они являлись единственными системами, которыми оборудовались строящиеся здания, в том числе и культовые.
Перечисленные системы характеризуются очень низким КПД, они пожароопасны, нуждаются в постоянном обслуживании. Тепловой режим в помещениях, обслуживаемых данными системами, — нестабильный, амплитуда колебаний температур достигает 8-12 o С. 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
Источником теплоснабжения водяных систем могут служить ТЭЦ, районные или местные котельные. При централизованном теплоснабжении, с целью безопасности и надежности работы, системы отопления следует присоединять к источникам тепла по независимой схеме. В качестве нагревательных приборов водяного отопления могут служить радиаторы, регистры, отопительные шкафы, напольные низкотемпературные панели. Входные тамбуры для соответствующих климатических районов должны быть оборудованы воздушно-тепловыми завесами.
Теплоносителем для систем отопления с местными приборами обычно служит вода с параметрами 95-70 o С, для систем с напольными лучистыми панелями — 55-40 o С. Отопительные шкафы могут питаться перегретой водой (150-70 o С). Нагревательные приборы следует оснащать приборами автоматического регулирования. Схемы отопительных систем с местными приборами, в основном, зависят от архитектурно-планировочных особенностей здания. Они могут быть одно- или двухтрубными, с верхней или нижней разводкой. Одно-трубные 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
Воздушные системы, по сравнению с водяными, обладают рядом преимуществ: они малоинерционны, незамедлительно реагируют на внутренние тепловые возмущения, могут совмещать отопительные и вентиляционные функции, безопасны в работе, обладают высокими санитарно-гигиеническими свойствами, могут использовать как высоко-, так и низкотемпературные теплоносители. Возможно применение центральных или местных систем. Первые, как правило, одновременно выполняют вентиляционные функции: в отопительный период, с целью экономии тепла, они работают с использованием рециркуляционного воздуха.
В зависимости от имеющихся источников тепла агрегаты воз-душного 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 «снизу-вверх». В зданиях, ранее оборудованных печным отоплением, для удаления воздуха могут быть использованы существующие дымоходы.
Электрические системы
В районах, не имеющих центрального теплоснабжения, с дешевой электроэнергией, возможно применение электрического отопления. Системы электрического отопления имеют следующие преимущества по сравнению с водяными:
возможность свободного размещения приборов;
отсутствие необходимости в тепловых пунктах, циркуляцион-ных насосах и др.;
незначительная металлоемкость.
Системы электрического отопления должны отвечать требованиям пожарной безопасности: приборы должны быть закрытого типа с максимальной температурой на поверхности 80-90 o С.
В помещениях значительной площади следует устанавливать отопительные шкафы, оснащенные электрокалориферами и рециркуляционными вентагрегатами.
Другие разновидности систем отопления
Помимо перечисленных систем, в зависимости от существующих источников тепла, возможны другие системы отопления: паровые, газовые, термальные и т. д. Системы отопления обеспечивают температурный режим только в холодный период года.
Как уже отмечалось, настоящая работа не ставит перед собой цель конкретизировать проблему проектирования отопительно-вентиляционных 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 отопительно-воздушные 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.
3. Вентиляция и кондиционирование
Устройство систем вентиляции или кондиционирования определяется требованиями, предъявляемыми к метеорологическим условиям, необходимым для функционирования данного здания. Последние назначаются в зависимости от его предназначения и создания необходимых параметров для сохранности самого здания и церковных или музейных ценностей.
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.
Собор Рождества Богородицы в г. Суздале. Установка отопительно-вентиляционных агрегатов над тамбуром
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 топливно-энергетической отрасли и качественно нового принципа теплоснабжения ранее действующие отопительно-вентиляционные 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 рассмотрены некоторые принципиальные решения вентиляционных систем, которые могут найти применение в культовых сооружениях различного назначения.
3.1. Здания церковного назначения
Эти здания характеризуются своеобразным архитектурным обликом. Они имеют незначительную площадь и большую высоту. Наружные стены, достигающие у основания толщины 1,0-1,5 м, заканчиваются тонкостенными барабанами. Такая архитектура определяет особенности вентиляционных систем, позволяющих создать необходимый температурно-влажностный режим. Основной ценностью зданий, помимо самого строения, является их внутреннее убранство: иконостасы, церковная утварь, настенная живопись, фрески и другие предметы. Интенсивность их использования носит периодический характер. Во время проведения служб поступления тепла, влаги и углекислого газа (СО2) от людей, окиси углерода (СО) и тепла от горящих свечей достигают значительных величин. В перерывах между службами концентрации вышеперечисленных поступлений минимальны, и здание, в основном, находится под воздействием наружных условий. В результате, внутренний объем здания периодически подвергается воздействию тепла и влаги, амплитуда колебания которых достаточно велика. Вентиляционная система, однако, должна обеспечить благоприятный микроклимат для каждого режима.
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; удале-ние — 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 рекомендуется по соображениям противопожарной безопасности.
Рис. 2. Собор 12-ти Апостолов. Принципиальная схема кондиционирования воздуха
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 технико-экономическом 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 решать-ся 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 экономии 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 рис. 1.
По ряду причин, в основном, экономических, КВ не нашли применения в зданиях церковного назначения.
3.2. Здания музейно-церковного назначения
Здания культовой архитектуры данного назначения, как пра-вило, представляют историческую ценность и охраняются государством. Располагаются они, в основном, в крупных населенных пунктах, периодически используются для проведения церковных служб или в качестве музеев. Они непрерывно подвергаются разрушительному воздействию не только наружных метеорологических условий, но и внутренних. К подобным зданиям следует отнести Кремлевские соборы в Москве, Успенский собор во Владимире, соборы Сергиева Посада, Суздаля и др. Помимо их исторической значимости как памятников архитектуры, они являются хранилищами огромных ценностей, накопившихся в течение веков и представляющих в наши дни музейную редкость. Сохранить все это возможно при создании соответствующих параметров воздуха, при минимальной запыленности и концентрации токсичных газов и др. Наиболее полно данная проблема решается путем устройства КВ.
Дмитровский собор в г. Владимире. Комбинированная схема отопительно-вентиляционной системы
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 температурно-влажностного 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 кожухо-трубных 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 произво-дительности 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, рассмотрены в предыдущем разделе, они аналогичны для систем КВ.
В качестве примера рассмотрены системы KB соборов Московского Кремля, которые эксплуатируются более 25-ти лет и характерные особенности которых заключаются в следующем:
центральные системы, совмещенные с воздушным отоплением, имеют 100% резерв;
с целью экономии тепла и холода кондиционеры работают с использованием рециркуляционного воздуха, однако при низких температурах (tн=-12 o С 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;
регулирование теплообмена в воздухоохладителях и воздухонагревателях осуществляется «качественным» способом, т. е. постоянным расходом тепло- и холодоносителей и поддержанием необходимого температурного графика с помощью циркуляционно-смесительных 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 скорость 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 непосред-ственной близости от нахождения соборов;
транзитные воздуховоды проложены в пространстве у наружных стен между сводами и конструкциями пола;
теплоносителем систем KB служит перегретая вода теплосети «Мосэнерго» с расчетными параметрами 130-70 o С;
холодоносителем является вода центральной холодильной станции Кремля с начальной температурой около 7-8 o С;
входы в соборы оборудованы тамбурами, оснащенными воздушно-тепловыми завесами. На рис. 2 представлена принципиальная схема КВ собора 12-ти Апостолов Кремля.
3.3. Здания музейного назначения
Проблеме хранения музейных экспонатов посвящено значительное количество теоретических и экспериментальных исследований. В результате, все они свелись к общему выводу — долговечная сохранность экспонатов зависит, в основном, от следующих условий:
поддержания необходимого микроклимата для различных ма-териалов 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 облучение экспонатов инфракрасными и ультрафиолетовыми волнами;
максимального сокращения агрессивных газов и пыли, посту-пающих 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 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. Обрабо-танный в центральном кондиционере воздух должен обеспечить необходимый влажностный режим в обслуживаемых помещениях. Непосредственно в музейных залах устанавливаются местные рециркуляционно-вентиляционные агрегаты, с помощью которых обеспечивается температурный режим. Рассмотренная комбинированная система обеспечивает необходимый тепло-влажностный 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 рис. 3.
4. Тепло- и холодоснабжение
Эти вопросы частично рассмотрены в вышеизложенных разделах. Теплоснабжение зданий культовой архитектуры, расположенных в городах и крупных населенных пунктах, как правило, осуществляется от центральных источников с помощью тепловых сетей. В этом случае такие здания должны быть оборудованы индивидуальными тепловыми пунктами, предназначенными для приготовления требуемых параметров теплоносителей для отопительно-вентиляционных систем данного здания.
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 20-25 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 ис-точники 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.
Как правило, холодоносителем служит вода с начальной температурой 7-8 o C. 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.
5. Сопутствующие мероприятия по устройству отопительно-вентиляционных систем
При устройстве отопительно-вентиляционных систем в зданиях культовой архитектуры приходится решать множество сопутствующих проблем: способы автоматизации систем и контрольно-измерительной аппаратуры, вопросы пожарной безопасности, планировочные и конструктивные задачи по размещению оборудования и прокладке коммуникаций, борьба с аэродинамическими, механическими шумами и вибрацией от работающего оборудования и множество других. Все эти проблемы решаются в каждом конкретном случае в зависимости от характерных особенностей здания и проектируемой системы.
6. Заключение
В настоящее время в России имеется несколько памятников культовой архитектуры, оборудованных системами KB: Кремлевские соборы в Москве (Успенский, Архангельский, 12-ти Апостолов и Владимирский) и восстанавливаемый Храм Христа Спасителя. Основные решения по KB Кремлевских соборов изложены выше. Здесь остановимся только на некоторых положениях, которые послужили причиной устройства в них систем KB:
до 60-х годов соборы были не доступны для посещения, они не отапливались; внутренние параметры складывались под воз-действием наружных условий на протяжении веков;
в 30-е 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 выводу, 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, а также 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 возможность создания 100% резерва;
в 80-е годы на территории центральной холодильной стан-ции 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 «Моспроект-2», 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.
