Микроклимат и система отопления, нормы и требования

Задачи, которые должны решаться для удовлетворения требований микроклимата внутри помещения с помощью систем отопления

Современная методология проектирования систем отопления основана на расчетах тепловых балансов здания для создания необходимого микроклимата в характерные периода года. Для нас этими периодами приходятся: наиболее холодная пятидневка, отопительный период, расчетный год. В этом случае, оптимизация теплоэнергетического воздействия наружного климата на тепловой баланс здания, за счет выбора его формы и ориентации, даст следующие результаты:

- для наиболее холодной пятидневки - снижение установочной мощности системы отопления;

- для отопительного периода - снижение затрат теплоты на отопление;

- для расчетного года - снижение затрат энергии на обогрев и охлаждение здания.

В общем случае оптимизировать теплоэнергетическое воздействие наружного климата на тепловой баланс здания можно для любого характерного периода времени. В создании необходимого микроклимата в помещении участвуют система отопления, вентиляция и ограждающие конструкции, определяющие способность пропускать сквозь себя тепловые потоки.

В традиционном понимании оптимизация теплозащиты наружных ограждающих конструкций зданий – это метод вычисления толщины теплоизоляции конструкции «по минимуму приведенных затрат». Приведенные затраты в общем случае включают в себя два показателя: затраты на производство конструкций (единовременные затраты) и затраты на их использование (эксплуатационные затраты). Расчет теплоизоляции «по минимуму приведенных затрат» относится к объективному методу, признанному во всем мире, но содержит в своей сущности скрытую опасность, отражающую объективную реальность экономических возможностей, которая может стать непреодолимым препятствием реализации метода на практике. Это связано с использованием показателей стоимости энергии и материалов.

К наружным ограждающим конструкциям предъявляется, в общем случае, достаточно большое количество требований. Высокий уровень теплозащиты в холодный период в условиях теплопередачи, близкой к стационарному режиму, высокий уровень теплоустойчивости в теплый и холодный периоды, в условиях теплопередачи, близкой к периодическому режиму, низкая энергоемкость внутренних слоев при колебаниях теплового потока внутри помещения, высокая степень воздухонепроницаемости, низкая влагоемкость и так далее.

То есть задачей выбора параметров системы отопления для создания необходимого микроклимата становится определение двух взаимосвязанных показателей: количества энергии и способа ее распределения (раздачи). По существу, речь идет о том, чтобы рассчитать такую систему управления и распределения энергии, чтобы обеспечить при ее использовании минимальный расход.

На начальном этапе суть решения такой задачи состоит в минимизации времени разогрева помещения. Если иметь в виду, что реальное помещение — это совокупность теплоемких ограждающих конструкций и теплоемкого внутреннего оборудования (мебели), то процесс нагрева предполагает повышение температуры всей совокупности элементов помещения, то есть ограждающих конструкций и оборудования.

Элементы высокой тепловой аккумуляции потребуют большего времени на разогрев. Следовательно, минимизация времени разогрева помещения достигается минимизацией времени разогрева элементов высокой тепловой аккумуляции. Можно сразу указать два простых случая: время разогрева помещения будет стремиться к минимуму, если внутренние поверхности ограждающих конструкций имеют низкие значения коэффициента теплоусвоения материалов, а также если имеет место высокая интенсивность конвективного теплообмена между внутренним воздухом и внутренними поверхностями ограждающих конструкций.

Оптимальный результат достигается, если совпадают оба случая. При этом энергосберегающие решения зданий, рассматриваемые при выборе систем отопления для обеспечения необходимого микроклимата внутри, включают в себя следующие мероприятия:

- тепловая защита здания: утепление стен, покрытия, потолков подвалов, замена оконных заполнений, балконных и входных дверей;

- реконструкция тепловых вводов в здание с установкой приборов учета, контроля и регулирования расхода энергоносителей;

- переход от систем отопления с постоянным гидравлическим режимом к системам с регулируемым гидравлическим режимом;

- модернизация систем вентиляции с устройством отбора и повторного использования теплоты;

- реконструкция систем горячего водоснабжения с установкой счетчиков расхода воды и дискретно регулирующей запорной арматуры.

Таким образом, в качестве задач, которые должны решаться для удовлетворения требований микроклимата внутри помещения с помощью систем отопления, можно указать:

- Система отопления должна возмещать потери тепла помещения через все его ограждающие конструкции;

- Система отопления должна независимо от колебаний наружной температуры поддерживать внутри помещения установленную температуру;

- Температура внутреннего воздуха должна быть возможно равномерной как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях (по горизонтали разница температур не должна превышать 2 °С, по вертикали - 1 °С на 1 метр высоты помещения);

- Внутренние поверхности должны иметь температуру, приближающуюся к температуре воздуха в помещении и обеспечивать минимальное время нагрева элементов высокой тепловой аккумуляции;

- Система отопления должна обеспечивать достижение максимального теплоиспользования в течение всего отопительного периода.

Кроме требований, необходимых для решения указанных задач, к системам отопления предъявляется ряд дополнительных требований:

- санитарно-гигиенические;

- технико-экономические;

- архитектурно-строительные;

- монтажно-эксплуатационные;

- эстетические.

Наиболее важные из них — это санитарно-гигиенические и монтажно-эксплуатационные требования, которые обуславливаются необходимостью поддерживать заданную температуру в помещениях в течение отопительного сезона. По этому показателю преимущество перед другими видами имеют воздух и вода, так как при использовании горячего воздуха можно постоянно поддерживать равномерной температуру каждого отдельного помещения путем быстрого изменения его температуры, а при использовании воды -  поддерживать равномерную температуру помещения путем регулирования подаваемой в отопительные приборы воды с помощью термических регуляторов и регуляторов расхода теплоносителя в стояках.

К санитарно-гигиеническим требованием относится ограничение температуры на поверхности нагревательных приборов, так как при температуре свыше 60 °C, начинается разложение, и сухая возгонка органической пыли в помещении с их поверхности.

Технико-экономические требования – это простота устройства системы, наименьший расход материалов и трудовых затрат при монтаже и эксплуатации.

Архитектурно-строительные и эстетические требования сводятся к тому, чтобы отдельные элементы отопительных установок не нарушали внешнего архитектурного облика и дизайн здания, гармонировали с внутренней отделкой помещений и не занимали излишних площадей. Необходимо также учитывать теплотехнические характеристики здания, его геометрию.

Современная система отопления должна не только восполнять теплопотери, но и своевременно реагировать на возможные теплопоступления в помещение (например, присутствие 1 взрослого человека почти равноценно 1 секции чугунного радиатора), при этом повышаются требования к распределению тепла в объеме помещения, что возможно только при учете взаимодействия системы отопления с ограждающими конструкциями и их температурным режимом.