- Отопление храмов
- Особенности проектирования систем отопления храмов на примере Спасо-Преображенского собора в Одессе
- Факторы, влияющие на проектирование систем отопления храмов
- Архитектурно-планировочные особенности храма
- Особенности отопления на отметке 0,000
- Особенности отопления на отметке –6,000
- Особенности отопления на отметке -3,000
- Выводы
- Отопление соборов — практика альтернативных решений
- Системы лучистого отопления
- Комбинированные системы лучистого и конвективного отопления
- Заключение
- Литература
Отопление храмов
Особенности проектирования систем отопления храмов на примере Спасо-Преображенского собора в Одессе
А. А. Котенко, инженер-проектировщик компании ЭК «Трансэнерго»
В последнее время наблюдается тенденция роста объемов реконструкции и нового строительства храмов. Важное место при этом занимает обеспечение требуемого микроклимата этих сооружений. В процессе проектирования систем климатизации проектировщику приходится сталкиваться с рядом особенностей, которые необходимо учитывать для достижения необходимых параметров микроклимата.
Факторы, влияющие на проектирование систем отопления храмов
Особенности проектирования систем отопления храмов зависят от следующих факторов:
— архитектурных и конструктивных решений здания;
— режима и особенностей эксплуатации храма;
— необходимости сохранения интерьера здания.
Архитектурной особенностью зданий храмов является большое отношение объема к площади, то есть имеет место высокое внутреннее пространство.
В то же время объем рабочей зоны, где требуется поддержание заданных параметров микроклимата, составляет незначительную часть от общего объема.
Режим регулирования системы отопления зависит от расписания богослужений и особенностей эксплуатации храма, что требует от системы очень малой тепловой инерции.
Сохранение интерьера имеет также немаловажную роль: элементы системы отопления должны быть как можно более незаметными и не привлекающими внимания.
Учитывая эти три фактора, мы пришли к выводу о целесообразности использования комбинированных систем отопления храмов — теплопередача должна осуществляться как путем конвекции, так и путем радиационного теплообмена.
Этот принцип был принят при проектировании системы отопления Спасо-Преображенского собора в Одессе.
 |
Архитектурно-планировочные особенности храма
Теплоснабжение собора предусмотрено от местной крышной котельной, работающей на природном газе и расположенной на крыше административно-хозяйственного корпуса, примыкающего к зданию собора.
Помещения собора расположены в трех уровнях — на отметках 0,000, –3,000, –6,000.
Ниже отметки 0,000 (нижний храм) расположены два этажа высотой по 3 м.
Эта часть здания, кроме двухсветного зала (514,0 м 2 ), хоров (34,6 м 2 ) и алтаря (145,0 м 2 ), включает в себя следующие группы помещений:
1. Помещения воскресной школы.
2. Административные помещения.
3. Помещения для священнослужителей.
4. Крестильные помещения.
5. Помещения для персонала.
6. Технические и производственные помещения.
7. Помещения при трапезной.
8. Складские помещения.
Система отопления собора состоит из двух подсистем:
1. Центральная система отопления — двухтрубная, радиально-тупиковая с верхней разводкой. Магистральные и распределительные трубопроводы проложены в полу.
2. Система отопления — «теплый пол».
Особенности отопления на отметке 0,000
На отметке 0,000 расположены помещения главного зала и алтаря (рис. 1). В них предусмотрено отопление при помощи конвекторов с принудительной циркуляцией воздуха. Это обеспечивает поддержание требуемого микроклимата непосредственно в рабочей зоне, т. е. там, где находятся прихожане и священники. Конвекторы расположены у стен и вмонтированы в пол так, что видны только воздухораспределительные решетки. Такое их местоположение, кроме сохранения интерьера, удовлетворяет двум условиям комфортности. Во-первых, обеспечивается комфортная обстановка в рабочей зоне помещения. Во-вторых, потоки нагретого воздуха у стен обеспечивают комфортную температуру внутренних нагретых поверхностей наружных ограждений. Еще одна немаловажная функция конвекторов — нагрев приточного воздуха до заданной температуры и его рециркуляция. За счет этого уменьшена тепловая нагрузка калориферов приточных камер и их производительность по воздуху.
План системы отопления собора на отметке 0,000
Особенности отопления на отметке –6,000
В зале на отметке –6,000 отопление осуществляется при помощи «теплого пола», который разбит на 8 участков (рис. 2). Трубопроводы укладываются с шагом 0,15 м. Длина труб отдельных участков не превышает 90 м.
В данном зале происходят богослужения, во время которых прихожане молятся, становясь на колени. Поэтому, независимо от температуры внутреннего воздуха, большое воздействие на них оказывает температура пола. В зале на отметке –6,000 так же, как и в зале на отметке 0,000, большое значение имеет обеспечение второго условия комфортности. Однако, в отличие от «верхнего» зала, в «нижнем» люди имеют непосредственный контакт с ограждающей конструкцией. Поэтому наиболее эффективным является применение здесь системы отопления «теплый пол».
План системы отопления собора на отметке –6,000
Гидравлический режим контуров «теплого пола» независим от центральной системы отопления. Теплоноситель от распределительной гребенки теплового узла подается на распределитель контуров нагрева, который обеспечивает гидравлический режим каждого контура системы отопления «теплый пол». Распределитель контуров нагрева включает в себя:
— клапан точной регулировки;
Температура теплоносителя в подающем трубопроводе не превышает 50 °С. Это достигается работой циркуляционного насоса, встроенного в распределитель контуров нагрева путем подмешивания теплоносителя из «обратного» трубопровода.
Особенности отопления на отметке -3,000
На отметке -3,000 находятся служебные помещения, которые отапливаются посредством центральной системы отопления (рис. 3). Расчетные температуры помещений Спасо-Преображенского собора были приняты согласно стандарту АВОК «Отопление, вентиляция и кондиционирования воздуха православных храмов и культовых сооружений».
План системы отопления собора на отметке -3,000
Выводы
При проектировании систем отопления храмов целесообразно использовать подсистемы с передачей тепловой энергии как путем конвекции, так и путем радиационного теплообмена.
В служебных помещениях храмов источниками теплоты являются отопительные приборы с преобладающей конвективной составляющей.
В помещениях с большими объемами необходимо применять или воздушное отопление, или системы отопления «теплый пол». Однако предложить универсальный способ отопления культовых сооружений невозможно.
При проектировании необходим индивидуальный подход, т. к. учитываются не только теплотехнические факторы, но и архитектурные.
Мы надеемся, что наш опыт проектирования системы отопления Спасо-Преображенского собора в Одессе будет полезен при строительстве новых культовых сооружений и реконструкции старых.
Отопление соборов — практика альтернативных решений
М. М. Бродач, канд. техн. наук, доцент МАрхИ
Организация системы отопления соборов и церквей является достаточно сложной задачей в связи с архитектурно-планировочными особенностями здания и особой динамичностью эксплуатационного режима.
Наибольшее распространение для отопления католических соборов получили системы воздушного отопления конвекторами и системы панельно-лучистого отопления с помощью напольных низко- и среднетемпературных панелей.
В некоторых случаях имеет место отопление храмов на основе электрического подогрева теплоаккумуляционных массивов скамеек для прихожан.
Основная проблема организации системы отопления в реконструируемом храме сводится к необходимости сохранения сложившегося интерьера.
Перед коллективом специалистов, включающем архитекторов, реставраторов, конструкторов и специалистов по климатизации здания, возникает задача выбора оптимальной системы отопления, которая бы обеспечивала требуемые условия по микроклимату, экономное расходование энергии, давала бы возможность избежать значительных разрушений при создании системы и в процессе эксплуатации не приводила бы к возникновению влажностных и температурных деформаций ограждающих конструкций, декоративной отделки, настенных росписей и предметов богослужения.
В ряде случаев специалисты приходят к выводу о целесообразности применения комбинированных систем отопления, включающих в себя достоинства систем лучистого и систем конвективного отопления и минимизирующих известные недостатки этих систем.
В действительности проектирование систем отопления для соборов и церквей связано с принятием множества компромиссов. В некоторых особых случаях лучше отказаться от установки современных систем отопления, если это повлечет за собой изменение архитектурного облика здания. Необходимо также помнить следующее: каждое историческое здание является уникальным объектом, и система отопления, хорошо зарекомендовавшая себя в одном здании, может оказаться неприемлемой для другого.
Системы лучистого отопления
Архитектурной особенностью соборов и церквей является высокое внутреннее пространство, которое оказывает существенное влияние на формирование внутреннего температурно-воздушного режима. Бытует мнение, что при применении конвективных систем отопления неизбежно возникает температурная стратификация объекта, при этом температура и влагосодержание верхней части собора оказывается выше, чем в обслуживаемой зоне. Таким образом, будет иметь место перерасход энергии на отопление храма (Исследования, проведенные в соборах Московского Кремля, не подтверждают в полной мере этого обстоятельства. Температура воздуха по высоте собора оказывается достаточно равномерной, и ее повышение имеет место в узком слое воздуха под верхними сводами и в пространстве барабанов. Последнее обстоятельство связано с тем, что термическое сопротивление стенок барабанов существенно ниже термического сопротивления стен здания [1].).
При применении системы лучистого отопления стратификация температуры во внутреннем объеме собора не имеет места, затраты энергии на обогрев минимальны и обеспечивается максимальный акустический комфорт. Следует также помнить, что при использовании системы лучистого отопления температура внутреннего воздуха может быть понижена, и это обеспечивает более комфортные условия для прихожан.
Первая задача, которая имеет место при устройстве системы лучистого отопления с помощью низкотемпературных напольных панелей, состоит в определении участков установки напольных нагревательных панелей. Следующей задачей является проектирование системы лучистого отопления. Наибольшие сложности здесь связаны с определением толщины теплоизоляции слоев конструкции, расположенных выше и ниже нагревательных элементов. Это трехмерная задача со многими взаимозависимыми характеристиками. Успех ее решения зависит от обоснованности выбора целевой функции оптимизации. При проектировании конструкции пола определенную сложность имеет задача определения нагрузки на конструкцию пола при наибольшей заполняемости храма. В соответствии с практикой заполняемости католических храмов прихожанами реальная нагрузка на конструкции пола может достигать 500 кг на м 2 . На это значение и следует ориентироваться.
В прошлом системы лучистого отопления на основе низкотемпературных греющих панелей выполнялись из стальных труб, проложенных в конструкции пола, по которым циркулировал теплоноситель.
Рисунок 1
Собор Сан Марко был заложен в 1278 году. Покрытие полов полностью реконструировано в 1976 году. При реконструкции в полах были устроены отопительные излучающие панели
Рисунок 2
План-схема напольного отопления собора Сан Марко. Бетонной стяжкой залиты отопительные змеевики из высококачественной стали – это девять условных панелей из змеевиков одинаковой длины
Типичным примером системы лучистого отопления на основе греющего пола является отопительная система собора Сан Марко в итальянском городе Порденоне [2], где в 1970-х годах при реконструкции покрытия полов была произведена укладка отопительных змеевиков из высококачественной стали. Сечение греющих труб выбрали небольшого диаметра порядка 0,5 дюйма, именно из такой трубы легче делать гнутые сегменты, да и сам материал довольно легок в работе в силу своей однородности. Перед укладкой и заливкой бетонной стяжки все змеевики испытывали на герметичность под давлением до 50 бар. Кроме того, отопительная система была условно разбита на отдельные панели – участки площадью до 25 м 2 , между которыми при заливке бетона по границе укладывалась деревянная рейка, которую по завершении работ вынимали. Тем же способом оставлялись зазоры между панелями и стенами или иными конструкциями. Смысл в том, чтобы предотвратить растрескивание полов либо их деформацию, т. е. обеспечить возможность беспрепятственного температурного расширения греющих змеевиков, для чего и требуется раздельная бетонная заливка, при которой каждый из рабочих участков не соприкасается с соседними и не производит на них деформирующего воздействия. Технология, использованная в соборе Сан Марко, заслуживает самых лестных отзывов, и, по сути, она предвосхитила методику, применяемую ныне при работе с полиэтиленовыми трубами.
Фундаментальной характеристикой системы панельно-лучистого отопления с помощью напольных низко- и среднетемпературных панелей является устройство системы автоматического контроля и регулирования их температурного режима. Конечной задачей является обеспечение температуры поверхности пола на уровне не выше 29 °С. Эта величина температуры является функцией температуры теплоносителя в конструкции замоноличенного змеевика труб или температуры греющего электрического кабеля, расстояние между трубами или шагом кабеля, теплозащитными показателями конструкции пола, расположенными выше и ниже греющей системы. Эти показатели рассчитываются на стадии проектирования при нормативном значении температуры поверхности пола с учетом лучистого и конвективного теплообмена поверхности пола и при заданном значении температуры наружного воздуха. Эта задача является простой по сравнению с задачей регулирования системы отопления в зависимости от эксплуатационного режима храма, т. е. задачей определения статических и динамических характеристик системы отопления здания с учетом его заполнения и внутренних тепло- и влаговыделений.
По этой же причине серьезнейшим образом следует отнестись к этапу непосредственного запуска системы, главное здесь – тщательная регулировка максимальной температуры воды на входе в змеевики. При условии корректной настройки отдельных элементов система в целом будет полностью и надежно защищена от возможных ошибок терморегуляции.
И, наконец, еще один немаловажный аспект — режим эксплуатации. В этом смысле система лучистого отопления – это своего рода антитеза: с одной стороны, мы имеем максимальный комфорт без необходимости перерасхода энергии на отопление верхней зоны церкви, с другой – существенную тепловую инерцию и невозможность подавать тепло по определенному графику, например, по фактическому расписанию богослужений. Таким образом, весьма неплохие экономические показатели, обусловленные рационализацией распределения тепла в помещении, явно контрастируют с необходимостью непрерывной работы системы на протяжении всего отопительного сезона.
| Церковь Рождества Богородицы в итальянском городе Кальчинателло | |
|
