11040

Первый крестовый свод (Рисунок3) построен в Дельфах пергамским царем Атталом I в период между 241 и 197 годами до нашей эры. Он использовались в обширных залах, таких как фригидарий в банях Каракаллы и Диоклетиана.

Постепенно новое направление стало влиятельным и в церковной архитектуре Сред- невековья. Желание строить храмы достигло своего апогея, и новый тип сводов настойчиво внедрялся из-за его способности создавать опору без массивных опорных образований. Кроме того, крестовый свод предоставил архитекторам церкви возможность избежать тусклого осве- щения, присущего предыдущим сводам, которые требовали большой массы для поддержания достаточной прочности.

Рисунок 3 Крестовый свод Крестовый свод может быть закругленным, как в романских церквях, или заостренным,

как в готических. Такая арочная конструкция обычно изготавливается из кирпича или камня

ипредназначена для поддержки потолка. Главное преимущество этого типа заключается в том, что он принимает на себя весь вес крыши и распределяет его только в четырех точках по углам каждого края. Это добавляет прочности потолку, так как стороны свода распределяют вес и поддерживают потолок. А если такие опоры есть, то пропадает необходимость произво- дить между ними сплошную стену. Это дало возможность использовать множество стеклян- ных окон и витражей в сооружениях. Таким образом, церкви становились светлее, и прихо- жане в них больше ощущали присутствие священных сил. В раннесредневековых крестовых сводах было шесть точек опоры - углы и концы другой арки. Например, собор Лана (Рисунок1)

иСобор Парижской Богоматери(Рисунок2) использовали этот тип.

810

Рисунок 1. Собор Лан(Нотр-Дам) Рисунок 2. Собор Парижской Богоматери Но к 1200 году в большинстве церквей использовались крестовые своды с четырьмя

ребрами, потому что они требовали меньшего количества опор, а это позволяло большему ко- личеству света проникать в собор через окна.

Формы римских крестовых сводов всегда строго геометричны (таблица 1) с гори- зонтальной шелыгой.

Несмотря на четко встроенную в бетонный массив свода специальную конструкцию диагональных ребер из кирпича, римляне не дали декоративного выявления их из общей по- верхности свода.

Таблица 1. Геометрия сводов Средневековья

811

Формы крестового свода можно изменять тремя способами: 1)изменением кривизны дуг и поднятием шелыги по прямой и кривой; 2)введение дополнительные ребер 3)промежуточная форма свода

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Третьякова E.Г. Архитектурно-строительные системы малоэтажного жилища со сводчатыми конструкциями. СПб. 2000. 197 с

2.Исекеев, И. Д. Совершенствование методики расчёта пологих железобетонных сво- дов, опирающихся на металлические балки / И. Д. Исекеев, А. В. Трофимов. — Текст : непо-

средственный // Молодой ученый. — 2018. — № 2 (188). — С. 25-32. — URL:

3. А. В. Кузнецов. Своды, их конструкция и декор. 1936 // Электронный ресурс. Режим до-

ступа: http://tehne.com/event/arhivsyachina/v-kuznecov-svody-ih-konstrukciya-i-dekor-1936

4. Сводчатые конструкции, особенности работы. Древние и современные решения //

Электронный ресурс. URL: https://otherreferats.allbest.ru/construction/00496024_0.html

812

УДК 697.97

ТРАНСКРИТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ НА CO2 ДЛЯ ХОЛОДОСНАБЖЕНИЯ ОЛИМ- ПИЙСКИХ ОБЪЕКТОВ

Третьяков К.В.1, Федотов А.А.2

1Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет, Нижний Новгород, e-mail: k.tretyakov.7-20@yandex.ru

2Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет, Нижний Новгород, e-mail: a.fedotov.mail@yandex.ru

В настоящее время проблема энергосбережения и экологии становится все наиболее актуальной. В нашей статье мы рассмотрели передовую технологию по производству льда для спортивных арен. В статье изло- жены положительные результаты при решении проблем, связанных с энергосбережением и экологией в системах холодоснабжения при строительстве Олимпийских объектов в Пекине. В работе представлена информация о транскритической бустерной системе на CO2 и описан принцип ее работы. В работе содер- жатся информация о действиях, которые необходимо предпринять для перехода с фреонов на экологичные углеводородные хладагенты. Рассмотренный практический опыт внедрения транскритической бустерной системе на CO2 при строительстве Национального конькобежного центра позволит экономить не только топливно-энергетические ресурсы, но и позитивно влиять на сокращение парниковых выбросов.

Ключевые слова: ледовые арены, холодоснабжение, теплоснабжение, энергосбережение, хладагенты.

TRANSCRITICAL CO2 SYSTEMS FOR COOLING SUPPLY OF OLYMPIC FACILITIES

Tretyakov K.V.1, Fedotov A.A.1

1Nizhny Novgorod State University of Architecture and Civil Engineering, Nizhny Novgorod, e-mail: k.tretyakov.7- 20@yandex.ru

1Nizhny Novgorod State University of Architecture and Civil Engineering, Nizhny Novgorod, e-mail: a.fedotov.mail@yandex.ru

At present, the problem of energy saving and ecology is becoming more and more urgent. In our article, we reviewed the advanced technology for the production of ice for sports arenas. The article outlines the positive results in solving problems related to energy saving and ecology in refrigeration systems during the construction of the Olympic venues in Beijing. The paper presents information about the transcritical CO2 booster system and describes the principle of its operation. The paper contains information on the steps to be taken to switch from freons to environmentally friendly hydrocarbon refrigerants. The considered practical experience of introducing a transcritical CO2 booster system during the construction of the National Skating Center will save not only fuel and energy resources, but also positively affect the reduction of greenhouse emissions.

Keywords: ice arenas, cold supply, heat supply, energy saving, refrigerants.

Впервые в мире на Зимних Олимпийских играх-2022 в Пекине для производства льда применяется транскритическая бустерная система, использующая в качестве хладагента CO2 [3]. На прошлых играх, проходивших в 2018 году в Пхенчхане (Южная Корея), все ледовые арены использовали менее экологичный фреон R404A.

Национальный конькобежный центр «Ice Ribbon» («Ледяная лента»), вмещающий 12 000 зрителей и площадью около 12 000 кв. метров обладает самой большой в мире ледяной поверхностью, которая охлаждается с помощью модульной транскритической бустерной си- стемы на CO2 с холодопроизводительностью 4 МВт [3].

813

В качестве самой передовой технологии по созданию льда в мире, транскритическая бустерная система на CO2 способна контролировать температуру льда в пределах 0,5 и ме- нее, что позволит избежать различий в температуре между разными участками и твердости ледяной поверхности для соответствия требованиям спортивных дисциплин.

Рисунок 1 – Национальный конькобежный центр «Ice Ribbon» (Пекин, Китай) Транскритическая бустерная система является одной из наиболее перспективных си-

стем для применения в областях с холодным климатом. Причиной этому служат несколько факторов: транскритическая бустерная система более экономична в плане энергопотребления в сравнении с системами, работающими на фреоне R404a, и в то же время она обладает упро- щенной конструкцией [1].

За последние годы перспективность CO2 как хладагента заметно возросла. Диоксид уг- лерода – один из немногих хладагентов для холодильных систем, актуальный с точки зрения эффективности применения и безопасности для окружающей среды. Применение традицион- ных хладагентов ограничивается различными нормативами, причем во всем мире наблюдается тенденция к их ужесточению [5]. В связи с этим природные хладагенты находят все большее применение.

Рисунок 2 – Фазовая диаграмма хладагента диоксида углерода (CO2)

814

Кривые линии, которые разделяют диаграмму на отдельные участки, определяют пре- дельные значения давлений и температур для различных фаз (Рисунок 2): жидкой, твердой, паровой или сверхкритической. Точки на этих кривых определяют давления и соответствую- щие им температуры, при которых две фазы находятся в равновесном состоянии, например, твердая и паровая, жидкая и паровая, твердая и жидкая.

При атмосферном давлении CO2 существует в твердой или паровой фазах. При таком давлении жидкая фаза не существует. При температурах ниже –78,4°C диоксид углерода нахо- дится в твердой фазе («сухой лед»). При повышении температуры CO2 сублимирует в паровую фазу. При давлении 5,2 бар и температуре –56,6°C хладагент достигает, так называемой, трой- ной точки. В этой точке все три фазы существуют в равновесном состоянии. При температуре +31,1°C CO2 достигает своей критической точки, где его плотности в жидкостной и паровой фазе одинаковые [4]. Следовательно, различие между двумя фазами исчезает и CO2 суще- ствует в сверхкритическом состоянии.

Типичная транскритическая бустерная система на CO2 разделяется по давлению на три секции (Рисунок 3): секция высокого давления, секция среднего давления и секция низкого давления.

Рисунок 3 – Схема транскритической бустерной системы с газовым перепускным кла- паном

815

Секция высокого давления начинается с компрессора высокого давления (1), проходит через газоохладитель (2) и теплообменник на всасывающей линии (3), а заканчивается клапа- ном регулирования высокого давления (4). Расчетное давление в этой секции, как правило, составляет от 90 до 120 бар [4].

Система регулирования транскритической системы может быть разделена на четыре группы: управление газоохладителем, управление подачей, управление ресивером и управле- ние производительностью компрессоров.

Секция среднего давления начинается от расширительного клапана высокого давления (4), где поток разделяется на газ и жидкость в ресивере (5).

Газообразная фаза отводится во всасывающую линию компрессора высокого давления через перепускной клапан (6). Жидкая фаза подается к расширительным клапанам (7 и 8), где происходит ее расширение перед подачей в низкотемпературный (10) и среднетемпературный

(9) испарители.

Газ из низкотемпературного испарителя сжимается в низкотемпературном компрессоре (11) и смешивается с газами, поступающими из среднетемпературного испарителя и перепуск- ной линии. Отсюда газ подается во всасывающую линию компрессора высокого давления и заполняет контур.

Расчетное давление в среднетемпературной секции обычно составляет 40–45 бар, а в низкотемпературной секции – 25 бар. При этом наблюдается тенденция проектировать сред- нетемпературную и низкотемпературную секции на одинаковое давление [5].

Давление в ресивере регулируется клапаном с шаговым двигателем ETS (6). Давление в ресивере должно быть выше величины, при котором происходит испарение в среднетемпе- ратурных испарителях, для обеспечения разности давлений на среднетемпературном расши- рительном клапане (7).

С другой стороны, это давление должно быть ниже величины, заложенной при проек- тировании.

Транскритические холодильные системы на CO2 в настоящее время используются в не- больших и коммерческих холодильных установках, а именно: в мобильных системах конди- ционирования воздуха, небольших тепловых насосах и системах охлаждения супермаркетов. Транскритические системы практически не применяются в промышленных холодильных установках. Рабочее давление в субкритическом цикле обычно находится в диапазоне от 5,7 до 35 бар при соответствующей температуре от –55 до 0°C. При оттаивании испарителя горя- чим газом значение рабочего давления увеличивается примерно на 10 бар.

816

Наиболее широко CO2 применяется в каскадных системах промышленных холодиль- ных установок. Это обусловлено тем, что диапазон рабочих давлений позволяет использовать стандартное оборудование (компрессоры, регуляторы и клапаны).

Существуют различные виды каскадных холодильных систем на CO2: системы с непо- средственным кипением, системы с насосной циркуляцией, системы на CO2 со вторичным рас- сольным контуром или комбинации этих систем.

Новый инновационный метод предлагает практически нулевой уровень выбросов угле- рода в атмосферу Земли, в отличие от традиционного способа изготовления льда с помощью фреона и других хладагентов. В процессе охлаждения система на базе углекислого газа позво- ляет сэкономить до 40% от общего потребления энергии по сравнению с традиционной систе- мой охлаждения.

Система также обладает способностью тепловой регенерации. При создании льда уста- новка может использовать тепло для получения горячей воды с температурой от 60 до 65 , а эффективность утилизации отходящего тепла превышает 75% [3].

Национальный конькобежный центр «Ice Ribbon» («Ледяная лента») будет использо- вать теплоту, образующееся при охлаждении стадиона, для снабжения горячей водой, проти- вообледенительной обработки, а также для заливки ледяной поверхности спортивной арены.

Использование CO2 в качестве хладагента в сочетании с эффективной эксплуатацией арены после Олимпийских игр-2022 в Пекине позволит экономить до 2 млн. кВт ч электро- энергии в год и приведет к ежегодному сокращению парниковых выбросов на 26 000 тонн

CO2-экв [2].

Список литературы

1. Перспективы развития холодильных систем на диоксиде углерода (СО2) в России охлажде-

нием : [сайт]. – 2020. – URL: http://refportal.com/news/market-news/perspektivi-razvitiya-holodil- nih-sistem-na-diokside-ugleroda-so2-v-rossii (дата обращения: 15.02.2022). – Текст : электрон-

ный.

2. Ледовые арены на Олимпиаде в Пекине замораживают с помощью уникальной технологии, не наносящей вреда окружающей среде охлаждением : [сайт]. – 2022. –URL: https://www.kp.ru/daily/27357.5/4538193 (дата обращения: 27.03.2022). – Текст : электронный. 3. Олимпийские рекорды на «Ледяной ленте» с СО2 охлаждением : [сайт]. – 2022. –URL: https://kriofrost.academy/press-center/news/trends/olimpiyskie-rekordy-na-ledyanoy-lente-s-so2- okhlazhdeniem (дата обращения: 25.03.2022). – Текст : электронный.

4. Гафуров, Ш. Д. Перспективы применения углекислого газа в холодильных машинах / Ш. Д. Гафуров, А. С. Карабаев. – Текст : непосредственный // Молодой ученый. – 2017. – № 7 (141).

– С. 46-48. – URL: https://moluch.ru/archive/141/39627/ (дата обращения: 29.03.2022).

5. Koeberle T., Becker M.P. A method for calculating the energy efficiency of refrigeration systems during ongoing operation. Works of International Congress of Refrigeration, Prague, ID478, 2011.

817

УДК 697.341+ 620.91

ОЦЕНКА ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ С ТЕП- ЛОВЫМ НАСОСОМ

Третьяков К.В.1, Федотов А.А.2

1Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет, Нижний Новгород, e-mail: k.tretyakov.7-20@yandex.ru

2Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет, Нижний Новгород, e-mail: a.fedotov.mail@yandex.ru

Оценивая проект с теплонасосной установкой (ТНУ), необходимо принимать во внимание, будет ли это организация автономного тепло-, холодоснабжения и горячего водоснабжения, достройка существующей системы или использование сбросного тепла энергетических установок. Предлагаем методику, основан- ную на комплексном подходе к вопросу оценки потенциальной эффективности проектов с теплонасосной установкой. Несмотря на неоднозначность оценок, четкий алгоритм действий и максимальный учет ин- дивидуальных факторов проекта позволяют в итоге достичь результата, приближенного к достоверному и позволяющего оценить целесообразность проектного решения с теплонасосной установкой.

Ключевые слова: возобновляемые источники энергии, теплогазоснабжение, теплонасосные установки, энергоэф- фективность, оценка проектных решений.

ASSESSMENT OF THE POTENTIAL EFFICIENCY OF DESIGN SOLUTIONS WITH A HEAT PUMP

Tretyakov K.V.1, Fedotov A.A.1

1Nizhny Novgorod State University of Architecture and Civil Engineering, Nizhny Novgorod, e-mail: k.tretyakov.7- 20@yandex.ru

1Nizhny Novgorod State University of Architecture and Civil Engineering, Nizhny Novgorod, e-mail: a.fedotov.mail@yandex.ru

When evaluating a project with a heat pump unit (HPU), it is necessary to take into account whether it will be the organization of autonomous heat, cold and hot water supply, the completion of an existing system or the use of waste heat from power plants. We propose a methodology based on an integrated approach to the issue of assessing the potential efficiency of projects with a heat pump installation. Despite the ambiguity of the assessments, a clear algorithm of actions and maximum consideration of the individual factors of the project make it possible to eventually achieve a result that is close to reliable and makes it possible to assess the feasibility of a design solution with a heat pump unit.

Keywords: renewable energy sources, heat and gas supply, heat pump installations, energy efficiency, evaluation of design solutions.

Анализ данных реализованных проектов показал достаточно неплохие значения коэф- фициента трансформации грунтовых геотермальных теплонасосных систем, который равен

[1]:

-для южных регионов России примерно 4,0;

-для северных регионов России – около 2,7.

Из-за того, что в российских условиях удельные капиталовложения в ТНУ в настоящее время существенно выше, чем для альтернативных нагревателей, тепловой насос наиболее це- лесообразно устанавливать лишь для обеспечения части расчетной отопительной нагрузки, с покрытием пиковой тепловой нагрузки от более дешевого нагревателя.

818

Определение доли теплового насоса в покрытии общей тепловой нагрузки потребителя

– это оптимизационная задача, которая должна решаться индивидуально в каждом конкретном случае. Ее результат зависит от схемы теплоснабжения дома, плотности графика продолжи- тельности стояния температур наружного воздуха в регионе, соотношения стоимости тепло- вого насоса и пикового нагревателя, стоимости электроэнергии в регионе.

Методика оценки эффективности проектов с ТНУ. Особенностью методики явля-

ется комплексный подход к вопросу оценки потенциальной эффективности проектов с ТНУ. Методика была апробирована на примере поселка малоэтажной застройки в Нижегородской области (центр, север и юг области), который объединяет 250 домов площадью 150 м2 каждый. Было проведено сравнение различных схем теплоснабжения данного поселка за расчетный период 25 лет:

-ТНУ «воздух-вода» с дублирующим электрокотлом;

-ТНУ «воздух-вода» с системой «теплый пол» и дублирующим электрокотлом;

-ТНУ «воздух-воздух» с дублирующим конвектором;

-геотермальная ТНУ с пиковым конвектором;

-единственный электрокотел;

-единственный газовый котел.

Главный критерий при сопоставлении результатов – минимум суммарных дисконтиро- ванных затрат на систему отопления (Рисунок 1). На основе разработанной методики произ- веден расчет удельных капитальных вложений в различные варианты теплоснабжения в Ни- жегородской области (Рисунок 2). Удельная стоимость собственно ТНУ (Рисунок 2) в зависи- мости от мощности иллюстрируется графиком (Рисунок 3) [2].

Рисунок 1 – Суммарные дисконтированные затраты в строительство ТНУ и котлов разных типов

819