.4.2. Особенности проектирования систем отопления и вентиляции

При приспособлении памятника архитектуры к новой функции системы отопления привносятся в существующие строительные конструкции и планировку помещений и должны быть тактично вписаны в интерьер. В этом случае наиболее важными из предъявляемых требований к отопительным системам вообще становятся следующие: архитектурно-строительные (соответствие интерьеру помещений, компактность, увязка со строительными конструкциями); санитарно-гигиенические (поддержание равномерной температуры помещений, ограничение температуры нагревательной поверхности и возможность ее очистки); эксплуатационные (долговечность, простота и удобство управления и ремонта, бесшумность, тепловая устойчивость).

Производственно-монтажные требования, предъявляемые к установкам отопления в современных зданиях, в реставрации не могут быть выполнены, так как механизация работ в памятниках архитектуры, как правило, невозможна, работы по монтажу систем отопления и сопутствующие строительные работы (пробивки отверстий, штраб и т.д.) выполняются вручную. Возможность использования типовых деталей и узлов минимальна.

В современных условиях старые традиционные способы отопления, как правило, не могут быть использованы. Они должны быть заменены на современные системы отопления с безусловным и максимальным использованием существующих в здании элементов старых отопительных систем (каналов, продухов и т.п.).

В современной практике в памятниках архитектуры используются системы отопления с различными теплоносителями. Наиболее часто применяются водяные системы с центральной теплосетью или местной котельной (угольной, газовой, электрической). Используются также системы воздушного отопления, реже — электроотопление с прямой трансформацией электроэнергии.

Водяное отопление. В памятниках наиболее широко используются горизонтальные однотрубные или двухтрубные системы с нижней разводкой магистралей (рие. 85).

85. Горизонтальная система отопления с нижней разводкой магистралей а — двухтрубная; б — однотрубная

Положительное качество этой схемы — малое число стояков, что сокращает число пробивок отверстий в перекрытиях. Нижняя разводка магистралей улучшает восприятие интерьера. Магистрали по возможности прокладываются скрыто в конструкциях здания (в полу, подпольных каналах, иногда в каналах и штрабах, расположенных в ограждающих конструкциях). При скрытом размещении магистралей требуется обеспечить свободный доступ к ним для осмотра, ремонта и замены в процессе эксплуатации систем. В качестве отопительных приборов чаще всего используются гладкоповерхностные радиаторы или ребристые конвекторы. Иногда в качестве отопительных приборов используют так называемые отопительные шкафы различных конструкций (водяные и электрические). Широкое распространение они нашли при отоплении памятников культовой архитектуры больших объемов, имеющих стенописи, что не позволяет установить другие отопительные приборы. В таких сооружениях применяется так же система панельно-лучистого отопления, нагревательные элементы которой размещаются в конструкции пола (рис. 86).

86. Панелъно-лучистое отопление а — схема нагревательных элементов в отопительной панели; б — конструкция бетонной отопительной панели: 1 — пол; 2 — цементная стяжка; 3 — тепловая изоляция; S — шаг регистров

При реставрации памятников архитектуры, имеющих старые отопительные печи, часто используют прием размещения современных отопительных приборов в реставрируемых и восстанавливаемых печах, создавая эффект их работы.

В очень высоких помещениях (например, в памятниках культового зодчества) обычные отопительные системы работают как бы только на нижнюю зону, верхняя же зона не прогревается. Теплый воздух из нижней зоны, поднимаясь вверх, соприкасается с холодными ограждающими конструкциями верхней зоны, имеющими малую строительную толщину и, следовательно, малую термостойкость. Создаются условия выпадания конденсата, образования наледей, промерзания. В этих случаях желательно, во-первых, утепление верхней зоны современными эффективными утеплителями (что не всегда оказывается возможным) и, во-вторых, устройство верхнего яруса отопления (при отсутствии настенной живописи).

Для поддержания теплового режима помещений на заданном уровне необходимо в процессе эксплуатации регулировать теплопередачу отопительных приборов. Система отопления памятников должна иметь средства, обеспечивающие индивидуальный режим работы с учетом особенностей каждого здания. Количественное регулирование теплопередачи приборов также должно быть индивидуальным, т.е. выполняться по каждому отопительному прибору.

Принимая во внимание большую роль оптимальных параметров воздуха для сохранности ограждающих конструкций памятников архитектуры, все системы отопления должны проектироваться со средствами регулирования параметров температуры и влажности воздуха в широких пределах. Для регулирования влажности воздуха предусматриваются различного рода автономные приборы увлажнения и осушения воздуха. Для наблюдения за параметрами температурно-влажностного режима и его стабилизации в каждом помещении устанавливаются контрольно-измерительные приборы: баротермогигрометр, термограф, гигрограф.

Воздушное отопление использовалось и в прошлом, во многих случаях элементы его системы сохранились в памятниках архитектуры. При реставрации памятников необходимо стремиться использовать эти элементы в их старой функции, хотя часто это весьма затруднительно. Современные отопительные агрегаты не размещаются в старых помещениях, а воздуховоды и газоходы обычно оказываются в разрушенном состоянии, и их использование практически невозможно. Поэтому чаще всего используются современные схемы и элементы отопления.

Воздушные системы отопления бывают местные и централизованные, бесканальные и канальные (рис. 87).

87. Принципиальные схемы систем воздушного отопления а — местная система; б — центральная система: 1 — калорифер; 2 — помещение; 3, 4 — подающий и обратный воздуховоды

При бесканальной системе внутренний воздух, имеющий температуру t1' нагревается первичным теплоносителем в калорифере до температуры t2 и перемещается вентилятором в помещение. Калориферы в этом случае размещаются непосредственно в помещении, иногда они устанавливаются в старых печах, каминах.

В канальных системах теплый воздух из калорифера подается в транспортирующий канал и через вентиляционные решетки раздается в помещения более равномерно. Калориферы размещаются в тепловой камере вместе с элементами управления и контроля работы системы и сигнализации. Воздушные каналы обычно выполняются подпольными, иногда используются существующие в памятнике архитектуры элементы старых систем отопления.

Для выравнивания температурного поля подача воздуха в помещение должна быть равномерной. Увеличение числа воздухораспределительных решеток дает возможность также уменьшить скорость выхода воздуха в интерьер, а это весьма существенно для помещений, имеющих настенную живопись или другой декор. Скорость воздуха должна быть достаточной для обеспечения переноса тепла и создания циркуляции, но не избыточной, с точки зрения сохранности живописи, декора. Регулирование температуры воздуха осуществляется на калорифере путем включения необходимого числа элементов-секций и т.п. Регулирование влажности при воздушном отоплении может быть достигнуто с помощью увлажняющей установки. Увлажняющие форсунки устанавливаются в воздухораспределительных каналах при непосредственной подаче воздуха в помещение.

Электроотопление находит широкое применение при реставрации памятников архитектуры, особенно в случае значительного удаления их от теплофикационных магистралей, котельных. Электроотопление имеет ряд преимуществ: оно дешево, доступно в любом месте, при его применении отсутствует необходимость в устройстве каких-либо каналов, существует возможность переделок и расширения уже существующей установки и т.п. Но главное преимущество электроотопления — простота регулирования температурного режима и возможность ведения режима отопления по индивидуальному графику.

Электроэнергия чаще всего используется для питания электрокотлов, а схема отопления в этом случае строится как система водяного отопления с некоторыми особенностями. Но иногда электроэнергия используется при отоплении помещений по схеме прямой трансформации электроэнергии в тепловую. В качестве отопительных приборов в этом случае используются различные ребристые электронагреватели радиаторного типа, небольшие электропечи, которые устанавливаются как водяные радиаторы под оконными проемами, на наружных стенах. Часто используются в качестве отопительных приборов электронагреватели для воздушной среды типа «тэн», которые монтируются в металлическом шкафу (отопительный шкаф) или размещаются в конструкции старой отопительной печи с некоторой ее реконструкцией. Регулирование температуры воздуха производится автоматически, по сигналу датчика температуры. Регулирование влажности в этом случае возможно только с помощью автономных приборов увлажнения.

Кроме основной системы отопления в музейной практике и для памятников архитектуры электроотопление чаще всего используется в качестве дополнительной системы отопления на наиболее трудные для памятника периоды (весна— осень), когда основное отопление по графику отключено. Для этих целей применяются переносные приборы, подключаемые к электросети через розетки.

Кондиционирование — это система поддержания оптимального значения температуры, относительной влажности, давления и чистоты воздуха внутри помещений, рассчитанная на создание санитарных условий, но не на отопление. Именно поэтому многие кондиционеры рассчитаны на летний режим. Системы же, работающие по полному циклу, громоздки, требуют больших производственных площадей, наличия водоснабжения, канализации, источников не только тепла, но и холода, хорошей герметизации помещений, а также большого числа воздуховодов внутри помещений. В памятнике архитектуры все эти требования осуществить по большей части невозможно.

Вентиляция. Вентиляционные установки наравне с отопительными установками призваны обеспечивать создание в обслуживаемых ими помещениях гигиенической обстановки, с точки зрения температуры, влажности и чистоты воздуха, для персонала, находящегося в помещении. Однако при реставрации памятников архитектуры основное внимание уделяется сохранности ограждающих конструкций и декора памятников, и вентиляционные системы в этом случае призваны обеспечить необходимый для памятника температурно-влажностный режим.

Число вентиляционных установок, их мощность зависят от приспособления памятника. Вентиляционные установки в полном объеме по классической схеме «приток—вытяжка» в памятнике архитектуры проектируются в редких случаях, если он приспосабливается под помещения с массовым пребыванием людей. При необходимости устройства системы приточно-вытяжной вентиляции в памятнике архитектуры применяется практика отказа от централизованных систем, принятых в новом проектировании, так как это вызывает необходимость устройства вентиляционных коробов практически по всему объему помещений.

В практике реставрации чаще всего проектируются локальные системы вентиляции. Это приводит к некоторому увеличению количества вентиляционных агрегатов, но дает возможность избежать пробивок перекрытий, сводов, ограждающих конструкций. В этом случае необходимо найти вариант системы, максимально удовлетворяющий техническим требованиям и наносящий минимальный ущерб памятнику архитектуры, его интерьеру. Часто ограничиваются устройством только вытяжной вентиляции с неорганизованным притоком воздуха через неплотности дверных и оконных проемов.

В качестве вентиляционных каналов необходимо использовать имеющиеся в памятниках элементы старой конструкции (воздушные каналы, каминные, печные трубы и т.п.) по возможности не только для вытяжки, но и для организации притока воздуха в помещение. Если в памятнике архитектуры нет элементов, которые можно использовать для целей вентиляции, то вытяжная шахта проектируется внутри помещений с выходом на чердак или кровлю и лишь в исключительных случаях во внешних стенах. Все такие возможности надо учитывать при определении назначения отдельных помещений. В большинстве же случаев в памятниках архитектуры предусматривается естественная вентиляция, и специальные системы вентиляции не проектируются.

В культовых сооружениях для обеспечения естественной вытяжки в окнах барабана предусматривается установка автоматических клапанов-хлопушек (рис. 88).

88. Конструкция вентиляционного клапана 1 — короб; 2 — ось-стержень; 3 — клапан {латунь б- 0,2 мм); 4 — передняя рамка; 5 — задняя рамка; 6 — жалюзипная лопатка

Клапан имеет две жалюзийные решетки: наружную стационарную для предохранения от проникания в помещение наружного воздуха; внутреннюю рабочую, выполненную из легких подвижных латунных лепестков, которые под давлением восходящего потока внутреннего воздуха приподнимаются и выпускают излишки воздуха наружу. Живое сечение клапана рассчитывается на однократный обмен воздуха в помещении при скорости движения воздуха, близкой к естественной W= 0,5—1 м/с. Эти клапаны вписываются во фрагменты столярки и устанавливаются в окна, ориентируемые на благоприятные по розе ветров стороны света. В зависимости от направления наружного ветра и его силы работают клапаны с подветренной стороны, а клапаны, установленные с наветренной стороны, остаются закрытыми.

В случае использования в здании воздушного отопления система вентиляции рассчитывается совместно с отоплением.