водопостачання та водовыдведення / Інженерне обладнання будинків. Кравченко В. С., Садлій Л. А., Давидчук В. І

7.4.3.Використання низькопотенціальних альтернативних джерел енергії для енергопостачання будинків

До найпоширеніших низькопотенціальних (слабонагрітих) альтернативних джерел енергії для енергопостачання будинків відносять: воду (ґрунтову, відкритих джерел, геотермальну, підігріту стічну), повітря та грунт (мал.7.17). Безпосереднє використання теплоти цих джерел для теплопостачання будинків у більшості випадків економічно недоцільне і, тому на практиці для підняття їх потенціалу додатково застосовують теплові насоси (мал.7.16).

Мал.7.16. Схема роботи теплового насоса

Принцип роботи теплового насосу (мал.7.16) аналогічний принципу роботи холодильної шафи, але його призначення – прямо протилежне. У компресійному тепловому насосі внаслідок підведення тепла від джерела теплової енергії (наприклад, грунтові води, грунт, повітря, сонячні установки тощо) відбувається випаровування холодоагенту у випарнику при низькій температурі та низькому тиску. У компресорі за рахунок механічної енергії здійснюється стискання холодоагенту, при цьому температура і тиск пари підвищуються. Через підвищення тиску підвищується також температура кипіння холодоагенту. У другому теплообміннику (конденсаторі) при високій температурі, споживачеві тепла віддається тепло випаровування (наприклад, опалювальним контуром), яке було сприйняте при низькій

375

температурі у випарнику. Потім у регулюючому клапані (дроселі) рідкий холодоагент знову дроселюється до низьких значень температури і тиску на вході до випарника.

Мал.7.17. Схема використання низькопотенціальних джерел енергії для теплопостачання будинків:

низькопотенціальні джерела енергії: 1 – грунт; 2 – грунтові води; 3 – вода відкритих водойм; 4 – повітря; теплоспоживачі: 5 – система опалення через опалювальні прилади; 6 – те ж саме, “тепла підлога”; 7 – система гарячого водопостачання

Найважливішим критерієм доцільності використання теплового насосу є так званий робочий коефіцієнт (відношення генерованої тепловим насосом теплової енергії до спожитої у вигляді електричного струму кількості енергії). Так, приміром, 81 кВт-год теплоти при спалюванні газу, перетворювані на електростанції на 25 кВт-год електроенергії, в тепловому насосі з робочим коефіцієнтом 4 будуть перетворені на 100 кВт год теплової енергії. Значення робочого коефіцієнта залежить, передусім, від різниці температур джерела тепла і його споживача (температура у трубопроводі подачі теплоносія). Зниження різниці температур на 1 0С зумовлює зменшення споживання струму приблизно на 2,5%.

Достатньо зручним джерелом теплоти для теплових насосів є вода, яка забезпечує найбільші значення коефіцієнта передачі теплоти. Так, наприклад, грунтові води впродовж усього року

376

зберігають практично постійну температуру і при використанні теплових насосів для систем опалення “тепла підлога” з температурою води у трубопроводі подачі 35 0С середньорічне значення робочого коефіцієнта становить біля 4 і залишається в раціональних межах навіть при температурі води в трубопроводі подачі 55 0С.

У тих випадках, коли використання ґрунтових вод недоцільне, можуть бути використані грунтові колектори (мал.7.18): горизонтальні (глибина прокладання труб 1 – 1,5 м) і вертикальні (грунтові зонди із заглибленням 20 – 150 м), які забезпечують досягнення достатньо високого (приблизно 2,5 – 3,5) робочого коефіцієнта теплового насоса. У цьому разі температура у трубопроводі подачі системи опалення не повинна перевищувати 450С. На новобудовах грунтові колектори можуть прокладатись на ділянках, призначених під насадження фруктових чи інших дерев. Грунтові зонди використовують лише в тому разі, якщо для прокладання ґрунтових колекторів не вистачає площі, а рівень ґрунтових вод настільки низький, що їх недоцільно використовувати у теплових насосах.

Мал.7.18. Схема влаштування горизонтального ґрунтового низькопотенціального колектора

Прокладати горизонтальні колектори слід не дуже глибоко (приблизно на 20 см нижче межі промерзання), оскільки в цьому випадку їх використання найефективніше. Трубопроводи не повинні прокладатися під забудованою площею, відстань від трубопроводів до будівель має становити не менше 1,5 м. Довжина теплообмінних

377

контурів не повинна перевищувати 100 м. Окрім того, важливе значення для якості джерела тепла має тип грунту (найкраще – насичений водою глинистий ґрунт).

Системи з повітряним тепловим насосом мають найпростішу конструкцію (мал.7.19), проте, внаслідок низької температури джерела тепла у період найбільшої потреби в ньому (взимку) насоси працюють із низьким значенням робочого коефіцієнта і температура у трубопроводі подачі не перевищує 350С.

Мал.7.19. Схема теплопостачання будинку з повітряним тепловим насосом

При використанні теплових насосів із певним джерелом тепла повинно бути враховано:

-система монтажу має зменшити шум, що виникає при роботі теплового насосу (насос встановлюється на ізоляційних матах із використанням гнучких з’єднань);

-для запобігання частим запускам і зупинкам насосу в циркуляційному контурі має бути передбачено технічний резервуар ємністю 100 – 300 л.

У більшості випадків у житловому будівництві застосування опалювальних установок на базі теплових насосів не є економічно вигідним. Доцільніше використовувати як альтернативне джерело теплопостачання відпрацьовані теплі води промисловості або природні гарячі джерела.

378

7.5. Енергоекономічні будинки

Будинки, в яких архітектурні, об’ємно-планувальні та інженерні рішення направлені в реальних умовах експлуатації на обґрунтовану економію енергії, що витрачається на обігрів приміщення в холодну пору року (або охолодження в теплу пору року), називають енергоекономічними або будинками із ефективним використанням енергії. Процес проектування енергоекономічних будинків повинен починатись із аналізу об’ємно-планувальних рішень. До заходів, які сприяють підвищенню теплової ефективності будинків відносять: зменшенням показника питомого периметра зовнішніх стін; максимально можливе скорочення площ світлопрорізів (віконних та дверних); розташування ліфтів в глибині будинку; проектування квартир у двох рівнях; раціональне розташування будинку відносно сторін світу; застосування широких видовжених багатосекційних будинків; збільшення кількості поверхів; застосування сучасних огороджувальних конструкцій та їх утеплення. Так наприклад, збільшення кількості секцій будинку з 4 до 10 буде сприяти зменшенню питомих витрат тепла на опалення на 5 ... 7%; збільшення ширини будинку з 12 до 15 м дасть 9 ... 10% економії тепла, а збільшення висоти з 5 до 9 поверхів – 3 ... 5%.

При проектуванні будинків з метою збереження тепла належить, якщо немає обмежень прямокутної модульної сітки, приймати орієнтацію будинків такою, щоб на північ була зорієнтована найменша поверхня фасадів. При цьому влітку світлові прорізи повинні мати ефективний сонцезахист. Крім того, орієнтація будинку повинна враховувати напрямок панівних вітрів. Будинки, які орієнтовані видовженими фасадами до панівних в зимовий час вітрів, мають підвищені тепловтрати, а у літній час вимагають більше витрат енергії на кондиціювання повітря.

В різних приміщеннях втрати тепла різні, але в цілому приблизно половина тепла втрачається через стіни, четверть – через вікна та двері і решта переважно через вентиляційні системи. Більшість будинків характеризуються недостатнім рівнем теплозахисту, і зниження величини тепловтрат через огороджувальні конструкції за рахунок використання сучасних архітектурних і будівельноконструктивних рішень суттєво позначиться на витратах енергоносіїв для обігріву приміщення і забезпечить раціональну енергоефективну експлуатацію будинку. Цьому сприяють введені в 1994 році в Україні будівельні норми, які регламентують застосування в житлових і громадських новобудовах (а також при реконструкції старих будинків) стін, покриттів і вікон, теплозахисні характеристики яких наближені до європейських вимог.

379

Стіни. Раніше стіна завтовшки у дві цеглини (51 см) вважалася задовільним бар’єром на шляху проникнення холоду в приміщення. При цьому термічний опір такої стіни був рівним приблизно 0,95 (м2 0С)/Вт. Згідно з чинними нормами теплозахисту, товщина цегляної стіни за розрахунком повинна становити 1,5 м із термічним опором 2,5 (м2 0С)/Вт. Звичайно, будинки з такими стінами ніхто не будуватиме. Тому нині споруджують будинки з утепленими стінами. Ефективність утеплювача можна оцінити за діаграмою на мал.7.20.

Мал.7.20. Діаграма товщини матеріалів, які забезпечують еквівалентні теплоізоляційні характеристики

Утеплювач захищають від механічних пошкоджень та від вологи незалежно від того, з якого боку стіни його прикріплюють (мал.7.21).

Мал.7.21. Схеми утеплення стінової конструкції:

а – зовнішнє; б – зсередини: в – зовнішнє з вентильованим шаром:

1 – стінова конструкція; 2 – внутрішній оздоблювальний шар; 3 – утеплювач; 4 - зовнішній оздоблювальний шар; 5 – пароізоляція; 6 – вентильована порожнина; 7 – металеве кріплення зовнішнього оздоблювального шару

380

Найкраще утеплювати стіну ззовні. Стіна утеплена зсередини, має певні недоліки. По-перше, несуча стінова конструкція не захищена від морозу і коливань зовнішньої температури. По-друге, внутрішню теплоізоляцію неможливо виконати скрізь. Наприклад, у місцях сполучення стіни із залізобетонним перекриттям вкласти теплоізоляційний матеріал практично неможливо. Тут можливе утворення містку холоду, на межі якого з повітрям приміщення утвориться волога. Зовнішня теплоізоляція також має недоліки. Головний – вона дорожча за внутрішню. Крім того, механічне руйнування зовнішнього оздоблювального шару призводить до намокання теплоізоляційного шару дощовою водою. Тому цей шар виконують з міцних і довговічних матеріалів. Іноді оздоблювальний шар виконують на деякій відстані від шару ізоляції – так, щоб між ними була вентильована порожнина (мал.7.20,в).

Двері. В житлових і громадських будинках переважно використовують уніфіковані дерев’яні або алюмінієві дверні блоки, які складаються з дверної коробки з навішеними дверними полотнами. З метою зменшення продування, збільшення звукоізоляції та покращення теплозахисту вхідних дверей, ущільнюють притули пінополіуретановими прокладками та спеціальною профільною гумою. Крім того, дверне полотно може додатково утеплюватись, або влаштовують тамбури чи додаткові (подвійні) двері.

Вікна. Необхідний термічний опір вікон для більшості районів України не повинен перевищувати 0,5 (м2 0С)/Вт. Це вимагає застосування двокамерних (з трьома шибками) склопакетів. Однокамерні склопакети з двох шибок відповідають нормативним вимогам тільки тоді, коли одне з них виконане зі спеціальною тепло відбивальною поверхнею. Теплопровідність вікон зменшують, удосконалюючи теплоізоляцію віконних рам: конвекцію всередині герметичного склопакета – методом його часткового вакуумування або заповнення інертним газом; променисту складову теплообміну, - застосовуючи шибки зі спеціальним покриттям. Термічний опір таких вікон сягає до 0,8 ...1,0 (м2 0С)/Вт. Щоправда, такі вікна досить дорогі.

При проектуванні засклених фасадів архітекторам слід пам’ятати, що яким би досконалим не було засклення, його термічний опір у кілька разів менший від термічного опору утепленої стіни.

381

8. ВЕРТИКАЛЬНИЙ ТРАНСПОРТ

8.1.Основні відомості

Вертикальний транспорт будівель і багатофункціональних комплексів є важливою складовою частиною інженерного обладнання, яка забезпечує ефективне використання будівель і комплексів, комфортність роботи і проживання в них. Задачі проектування вертикального транспорту полягають у вивченні функціональних пасажиро- і вантажопотоків в будівлях та визначенні видів вертикального транспорту.

До вертикального транспорту будинків відносять ліфти, ескалатори та патерностери. Крім того, рухомим транспортом є тротуари, що рухаються. Розрахунок вертикального транспорту будівель полягає у визначенні:

-кількості, вантажопідйомності і швидкості ліфтів, організації їх руху в будівлі;

-кількості і параметрів ескалаторів і пасажирських конвеєрів;

-кількості і параметрів підйомних платформ для інвалідів;

-системи роботи ліфтів;

-розміщення ліфтів та інших засобів вертикального транспорту в будівлі;

-оптимального групування ліфтів.

Л і ф т и застосовують у житлових (понад 5 поверхів), промислових і громадських будівлях. Сучасні ліфти є доволі складною системою, яка містить механічні, електричні, автоматичні і електронні підсистеми. Ліфт – це підйомник періодичної дії, в якому люди і вантажі перевозяться з одного рівня на інший у кабіні, що рухається вертикальними напрямними, встановленими на всю висоту шахт, і забезпечений на посадочних майданчиках дверима, які закриваються.

За своїм призначенням ліфти поділяють на пасажирські, які служать для підйому і спуску людей, вантажно-пасажирські – для підйому і опускання вантажів і людей, лікарняні – для підйому і опускання хворих на ліжках або ношах разом із супроводжуючими особами, вантажні з провідником, вантажні без провідника, малі вантажні – для підйому і спуску вантажів масою менше 160 кг (магазинні).

Всередині будівель для розміщення ліфтів влаштовують глухі ліфтові шахти з межею вогнестійкості огороджувальних конструкцій не менше 1 год. Вантажопідйомність пасажирських ліфтів встановлюють залежно від кількості пасажирів, які можуть розташуватись в кабіні ліфта. Вантажні ліфти за обслуговуванням майже не відрізняються від

382

пасажирських. Класифікація і технічні характеристики основних типів ліфтів наведені в табл.8.1.

Модернізація ліфтів полягає у збільшенні строку служби ліфтів, впровадженні ліфтового обладнання без машинних приміщень, встановленні додаткових пристроїв для переміщення інвалідів і пасажирів з дитячими колясками (за рахунок збільшення параметрів розсування дверей і часу їх відкривання), впровадженні ефективних засобів диспетчерського контролю, автоматичних систем димовидалення.

П а т е р н о с т е р и. Для вертикального транспорту в громадських будівлях інколи застосовують багатокабінні підйомники з безперервним рухом з кабінами на одного або двох чоловік. Одна частина кабін піднімається нагору, інша опускається вниз. Зверху і знизу кабіна переходить з однієї направляючої на іншу, не перевертаючись, що є безпечним для пасажирів. Швидкість руху кабін становить 0,25...0,3 м/с. Однак підйомники такого типу не достатньо комфортні для пасажирів, тому використовуються рідко.

Е с к а л а т о р и відносять до класу підйомників безперервної дії, які зазвичай застосовують у громадських будівлях з інтенсивними пасажирськими потоками та метрополітені. Один ескалатор шириною 1 м може перемістити до 150 пасажирів за хвилину. За призначенням розрізняють пасажирські і вантажно-пасажирські ескалатори.

Ескалатор складається із закріпленого на нахиленому металічному каркасі приводу, двох нахилених замкнутих ланцюгів, які огинають дві пари шківів (зірочок), верхня з яких є ведучою, нижня – натяжною. Верхня частина полотна – робоча, нижня – холоста. Ескалатор обладнаний поручнями, що рухаються синхронно зі східцями, піддонами-сміттєзбірниками та мастильними пристроями. Кут нахилу ескалатора до 30 °. Рух сходового полотна ескалатора направлений в одну сторону – на спускання або піднімання, тому, як правило, роблять не менше двох ліній. Зазвичай ширина сходового полотна

383

ескалаторів становить 1000, 650 або 660 мм для розміщення на кожному східцю по два або одному пасажиру. Глибина східця приймається 400 мм, висота 200 мм. Швидкості руху ескалаторів в будівлях – 0,5...0,75 м/с, в метрополітені – 0,75...1,0 м/с. Висота підйому ескалатора 4,5...66 м. Ширина машинного відділення для двох ескалаторів з приводами і моторами становить близько 6 м, трьох ескалаторів – 15 м і чотирьох – 17,5 м. Машинні відділення ескалаторів будівель мають невеликі розміри або зовсім відсутні. В останньому випадку привід розташовують всередині ферми ескалатора, а самі ескалатори спирають на перекриття суміжних поверхів без проміжних опор і фундаментів. Відстань між двома паралельними ескалаторами приймають залежно від призначення ескалаторів і вантажопотоку. Мінімальна відстань від крайнього поручня одного ескалатора до крайнього поручня іншого – 0,6...1,2 м.

Мал. 8.1. Схема ескалатора

Т р о т у а р, щ о р у х а є т ь с я – це той же ескалатор, але розташований горизонтально. Тротуари влаштовують в переходах значної довжини, в аеропортах і вокзалах. Рухомі тротуари створюють комфортні умови для руху людей. Під тротуаром, що рухається, влаштовують траншею, якою може проходити обслуговуючий персонал. Канал виконують з монолітного або збірного залізобетону, оштукатурюють, обкладають плиткою і забезпечують системою водовідведення. Також можливе влаштування тротуарів на великих вулицях і переходах під залізничною колією або автомобільними дорогами.

384