Компания WOLF запустила программу 5-летней гарантии на котлы отопления и бытовую вентиляцию. Расширенная гарантия 5 лет на оборудование WOLF будет предоставляться только в случае монтажа оборудования Сертифицированными Монтажниками WOLF и обслуживания оборудования в Авторизованных Сервисных Центрах (АСЦ).
Кто же такие Сертифицированные Монтажники WOLF?
Это специалисты, имеющие многолетний подтверждённый опыт работы с оборудованием WOLF и прошедшие обучающие интенсивы с техническими специалистами компании. Компания WOLF оказывает своим сертифицированным специалистам консультационную и техническую поддержку на протяжении всех проектов, а также размещает их адреса и телефоны на официальном сайте так, что частный заказчик может сам выбрать для себя специалиста по технике WOLF с подходящей локацией по району РФ.
На данный момент Сертифицированные Монтажники WOLF работают в 10ти регионах страны: Тюмень, Самара, Казань, Краснодар, Екатеринбург, Чеченская республика, Калуга, Иваново, Москва и Московская область. Обучающие интенсивы запланированы на 2020 год и уже почти все места заполнены желающими получить статус.
За 30 лет фирма ЛОГИКА стала крупной российской корпорацией с мощной производственной базой, развитой структурой, обеспечивающей не только разработку и серийное производство аппаратных и программных средств учета энергоносителей, но и полный комплекс сопутствующих работ и услуг в России и странах ближнего зарубежья.
Фирма ЛОГИКА была основана в 1989 году инициативной группой опытных разработчиков как независимая частная научно-производственная компания. Деятельность фирмы была ориентирована на взаимодействие с АО «Ленэнерго», специалисты которого принимали участие в формировании и постановке задач, связанных с автоматизацией учета энергоносителей. Глубокие знания в области расходометрии и практические навыки позволили за короткие сроки, уже в 1990 году, фирме ЛОГИКА организовать серийный выпуск приборов для систем контроля расхода нефтепродуктов и для учета отпуска и потребления тепла. Сейчас, по прошествии времени, можно с уверенностью сказать, что начало промышленного производства этой продукции фактически дало толчок формированию рынка современных отечественных средств учета потребления и отпуска энергии и энергоносителей.
За 30 лет фирма ЛОГИКА стала крупной, динамично развивающейся российской корпорацией с мощной производственной базой и развитой структурой. Главным отличием АО НПФ ЛОГИКА практически от всех ведущих производителей современных отечественных средств учета потребления является сопровождение выпускаемого энергосберегающего оборудования на всех стадиях его жизненного цикла. Мы обеспечиваем фирменное качество и высокий уровень сервиса для каждого потребителя при выполнении полного комплекса работ: от разработки, производства и поставки до внедрения, эксплуатации, ремонта и утилизации.
Предпосылкой успеха с самого начала были высокий профессионализм, квалифицированная и слаженная работа высококлассных специалистов, производство на основе собственных разработок, ориентация на решение задач коммерческого учета практически всех видов энергоносителей, реализация функций системного интегратора и создание развитой инфраструктуры рынка на базе региональных сервисных центров.
Сегодня фирма ЛОГИКА выпускает широкую гамму приборов автономной и многофункциональной серий V — VI поколений со сроком гарантии до 7 лет.
Программа разработок новой техники, реализуемая на фирме, рассчитана на максимальное удовлетворение потребности в средствах учета как поставщиков, так и потребителей всех используемых на практике видов энергоносителей: горячей воды и пара, электроэнергии, природного и различных технических газов, а также смесей углеводородов, используемых в газоперерабатывающей отрасли.
Автономные и многофункциональные тепловычислители серии СПТ, корректоры расхода природного и технических газов СПГ, сумматоры электрической энергии и мощности СПЕ, теплосчетчики и газовые измерительные комплексы серии ЛОГИКА используются во всех промышленных регионах России (от Южно-Сахалинска до Мурманска, от Благовещенска до Североморска), Белоруссии, Казахстана и других стран СНГ.
Неукоснительно отслеживая тенденции и потребности рынка, фирма регулярно осуществляет выпуск нового поколения приборов.
К своему 30-летнему юбилею фирма ЛОГИКА анонсирует выпуск новых преобразователей расхода ЛГК410 и обновленного сумматора электрической энергии и мощности СПЕ543.
За последние несколько лет научно-производственная фирма ЛОГИКА полностью обновила линейку выпускаемых тепловычислителей.
В октябре 2014 года фирма приступила к выпуску первого тепловычислителя VI поколения автономной серии с питанием от встроенной батареи СПТ941.20, позволяющего обслуживать один контур водяного теплоснабжения. Летом 2016 года в серийное производство был запущен еще один представитель автономной серии — тепловычислитель СПТ944, рассчитанный на два, а в некоторых конфигурациях — на три контура, а также тепловычислитель многофункциональной серии СПТ962, обслуживающий как водяные, так и паровые системы теплоснабжения с общим количеством контуров до шести. В первом квартале 2018 года начат серийный выпуск еще одного средства измерений — тепловычислителя СПТ963, ставшего самым многофункциональным и уникальным по своим характеристикам прибором от АО НПФ ЛОГИКА. Тепловычислитель рассчитан на обслуживание систем, включающих до восьми контуров теплоснабжения, где в качестве теплоносителя используется пар, вода или любые другие жидкости с известными теплофизическими свойствами. На базе тепловычислителя могут быть построены не только системы учета, но и системы регулирования режимов теплоснабжения (например, так называемого погодного регулирования) по четырем независимым контурам.
В сентябре 2018 года начат серийный выпуск самого простого и недорогого в своем классе тепловычислителя — СПТ940.
Рис. 2. Сумматор электрической энергии и мощности СПЕ543
Рис. 1. Преобразователи расхода ЛГК410
Как видно, номенклатура тепловычислителей СПТ достаточно широка. Перечисленными моделями можно «охватить» любые конфигурации схем учета, гарантируя при этом соответствие действующим правилам и нормативным актам, обеспечивая совместимость с информационными системами любой сложности и масштаба.
В области измерения расхода газовых смесей фирма ЛОГИКА предлагает линейку серийно выпускаемых в настоящее время корректоров автономной (СПГ742) и многофункциональной серии [СПГ761.1(2), СПГ762.1(2), СПГ763.1(2)]. Применение современных корректоров открывает широкие возможности по автоматизации учета и анализу режимов работы систем газоснабжения, благодаря чему приборы оказались востребованными на предприятиях страны. Все корректоры приведены в соответствие действующим нормативным документам.
Развернутая линейка выпускаемых средств автономной (энергонезависимой) и многофункциональной серий на базе приборов пятого и шестого поколений, отличающихся оптимальной ценой и повышенным качеством и надежностью, обеспечивает потребителям возможность выбора оборудования в зависимости от энергетической мощности объектов. Все выпускаемые АО НПФ ЛОГИКА средства учета сертифицированы органами Ростехрегулирования, на выпускаемые приборы получена декларация о соответствии требованиям технических регламентов Таможенного союза, обеспечивается сертификация продукции фирмы в странах СНГ.
Продукция компании АО НПФ ЛОГИКА широко применяется при строительстве объектов, заказчиками которых выступают крупнейшие ресурсоснабжающие организации, предприятия в сфере промышленности и ЖКХ, такие как: ПАО «ГАЗПРОМ», ООО «Газпром трансгаз Санкт-Петербург», ООО «Петербургтеплоэнерго», ПАО «ТГК-1», ГУП «ТЭК СПб», АО «Теплосеть Санкт-Петербурга», ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга», ПАО «Сбербанк», СПб ГУП «Пассажиравтотранс», Санкт-Петербургский государственный университет, БДТ им. Товстоногова и др.
Отличительной особенностью фирмы ЛОГИКА является разработка и серийное производство не только аппаратных, но и программных средств для комплексного решения задач автоматизации и диспетчеризации коммерческого учета практически всех видов энергоносителей.
С выпуском новых приборов фирменные программные продукты обновляются.
Широкомасштабное использование фирменных программ, их функциональные и коммуникационные возможности, а также открытость протоколов обмена приборов фирмы создали предпосылки для разработки лицензионными центрами фирмы ЛОГИКА собственных программных продуктов, учитывающих разнообразие региональных требований к системам диспетчеризации и коммерческого учета.
Сегодня корпоративные программные средства включают в себя два пакета: фирменный и региональный, которые распространяются свободно и бесплатно.
Комплектные поставки теплосчетчиков и газовых измерительных комплексов серии ЛОГИКА, а также узлов учета газа, тепла, воды и пара в готовом к монтажу виде, модульных тепловых пунктов, запорной арматуры, регуляторов расхода, давления и температуры, теплообменников, насосов, манометров, термометров и др. оборудования выполняются во все регионы России и страны СНГ с объединенного склада Консорциума специализированной фирмой по комплектным поставкам АО «Комплектэнергоучет».
С целью повышения качества и оперативности обслуживания заказчиков в одиннадцати крупных городах открыты обособленные подразделения АО «Комплектэнергоучет». Филиалы на местах имеют собственные укомплектованные склады для осуществления поставок для клиентов региона.
Проектирование, монтаж и пусконаладку узлов учета энергоресурсов, АИТП, ЦТП, котельных, систем тепло- и водопотребления, инженерных сетей выполняет проектно-монтажная структура Консорциума — АО «Теплоэнергомонтаж».
Многолетний опыт, высокая квалификация специалистов и портфель типовых решений позволяют гарантировать заказчикам оптимальную стоимость и высокое качество реализуемых проектов.
Сервисное обслуживание узлов учета, индивидуальных тепловых пунктов и других энергетических объектов, включая организацию дистанционного снятия показаний и формирования отчетности о потреблении производит сервисная структура Консорциума — ООО «Энергомонтаж».
Ремонт и поверку средств измерений, расходомеров всех типов, вычислителей и корректоров газа, теплосчетчиков, газовых измерительных комплексов, датчиков давления, термометров и комплектов термометров, манометров и дифманометров осуществляет универсальный метрологический центр АО «ТЭМ» Консорциума.
Обширная сервисная сеть, созданная на базе лицензий фирмы ЛОГИКА, позволяет обеспечить высококачественный и оперативный сервис всем пользователям наших приборов в России и за рубежом. Сегодня региональная сервисная сеть включает в себя более 120 лицензионных центров в России и СНГ, которые обеспечивают поставку продукции фирмы, а также выполняют гарантийное и послегарантийное обслуживание продукции, проектные, монтажные, пусконаладочные работы.
Существенное увеличение спроса на изделия и стремление приблизить продукцию к потребителю обусловили открытие региональных производств на Урале и в Беларуси.
Большой вклад АО НПФ ЛОГИКА вносит в развитие научно-технического потенциала отрасли. Компания последовательно проводит политику обучения специалистов сервисных центров. Кроме того, ежеквартально уже более 30 лет проводятся семинары для технического персонала организаций, которые используют программные и аппаратные средства фирмы, с участием ведущих специалистов АО НПФ ЛОГИКА, специализированных корпоративных структур, ОАО «ТГК-1». В 2017 году по многочисленным просьбам специалистов состоялся первый, ставший уже традиционным, специализированный семинар по учету газа. В 2018 году семинар был включен в план обучения сотрудников ООО «Газпром межрегионгаз метрология».
Активно внедряя информационные технологии в процесс обучения, фирма ЛОГИКА первый день семинаров проводит в формате вебинара, позволяющего объединить на одной площадке специалистов из разных городов. Для региональных клиентов разработана программа выездных семинаров по вопросам коммерческого учета энергоресурсов.
Продукция постоянно экспонируется как нашей фирмой, так и региональными представителями и отмечена дипломами на международных выставках, специалисты фирмы и лицензионных центров принимают активное участие в работе конференций и форумов.
Информация о нашей продукции размещена в Федеральной государственной информационной системе ценообразования в строительстве (ФГИС ЦС) Минстроя России, электронном Каталоге отечественных производителей Комитета по строительству Администрации Санкт-Петербурга (Каталог импортозамещения); в нормативно-справочной базе промышленной продукции (Каталоге) на основе Единого номенклатурного номера.
В 2019 году фирма ЛОГИКА прошла конкурсный отбор на право получения государственной поддержки по специальной программе «Сертификация». Выделение средств господдержки является заслуженной высокой оценкой деятельности фирмы на уровне Правительства Санкт-Петербурга.
Стратегия интеллектуальной собственности является одной из главных составляющих маркетинговой политики, которая является важным корпоративным активом фирмы. Основными направлениями в области интеллектуальной собственности фирмы, кроме продажи лицензий, является правовая защита разработок на базе авторского и патентного права и института коммерческой тайны, брендинг и мультибрендинг на базе широко известного бренда «ЛОГИКА».
Комплексный подход в решении задач, эффективность региональных производств, развитая инфраструктура сервиса и надежные партнеры позволяют Консорциуму занимать лидирующее положение в области коммерческого учета энергоносителей и энергосбережения в целом.
Мы с уверенностью смотрим в будущее и выражаем надежду на плодотворное сотрудничество со всеми, кто применяет продукцию фирмы ЛОГИКА при решении сложных и актуальных задач в сфере энергосбережения и повышения энергетической эффективности.
Л. А. Сугробов, технический представитель компании HL Hutterer&Lechner GmbH
В настоящее время на строительном рынке предлагается большое количество устройств для отвода воды с поверхности пола — трапов и лотков, которые различаются по названию, типу, конструкции и фирме-производителю. Такой широкий ассортимент данного типа продукции — это благо, но, с другой стороны, проектировщику или заказчику стало очень трудно определиться, а какой же трап или лоток лучше выбрать. На смену советским трапам из эмалированного чугуна пришли трапы из более современных материалов — различных пластмасс: полипропилена (ПП), полиэтилена (ПЭ), акрилонитрилбутадиенстирола (АВС). Изменилась и конструкция самих трапов, кроме того, появились устройства для линейного водоотведения стоков с поверхности пола — душевые лотки. В этой статье мы расскажем о том, на что следует обратить особое внимание при выборе и как правильно подобрать то, что вам необходимо.
Австрийская компания HL Hutterer & Lechner GmbH и ее российская дочерняя компания ООО «ХЛ-РУС» выпускают душевые лотки и различные трапы следующего назначения:
— для балконов и террас;
— для внутренних помещений;
— для подвалов и полуподвалов;
— для гаражей;
— дворовые;
— для наружных ливнестоков.
Поэтому первый вопрос, на который необходимо ответить, — это назначение помещения, в котором планируется установка трапа. Регламенты по обязательной установке трапов во внутренних помещениях любого здания содержатся в СП30.13330.2016 «Внутренний водопровод и канализация зданий» Актуализированная редакция СНиП 2.04.01-85*. Допустим, мы с вами определились — трапы нам нужны для установки внутри здания. Можно выбрать трапы с вертикальным выпуском, например, HL310N, HL3100, или с горизонтальным выпуском — HL510N, HL5100.
На что еще следует обращать внимание при выборе трапа для внутренних помещений? Прежде всего на высоту гидрозатвора в сифоне — эта цифра приводится в паспорте на трап. Убедитесь, что высота гидрозатвора составляет не менее 50 мм. Почему это так важно? При меньшей высоте гидрозатвора происходит так называемый срыв гидрозатвора — при спуске воды от любого другого сантехприбора в канализацию в стояке возникает разрежение, которое высасывает воду из сифона гидрозатвора и заставляет ее перетекать в стояк системы канализации. Вода из гидрозатвора уходит практически полностью, и неприятный запах из канализации беспрепятственно поступает в помещение, где могут находиться люди.
Второй вопрос, ответ на который мы должны знать, следующий: трап необходим для постоянного отвода воды из помещения или он необходим для отвода воды от случая к случаю? Например, в душевых трапы необходимы для постоянного отвода воды, а в технических помещениях и санузлах — только если вода случайно попала на пол. Разница между ними заключается в следующем. Основным требованием для трапов в душевых является их высокая пропускная способность, т. е. трап должен пропускать большее количество воды, чем вытекает из душа. Для трапов в технических помещениях и санузлах на первый план выходит требование обеспечения отсутствия запаха из трапа даже в случае пересыхания гидрозатвора. Дело в том, что с течением времени вода из гидрозатвора испаряется и запахи из канализации беспрепятственно проникают в помещение.
Еще более важный характер эта проблема приобретает в помещениях с теплыми полами — за счет более высокой температуры пола вода испаряется быстрее. Следовательно, необходим трап, который даже с отсутствием воды в гидрозатворе не будет пропускать запахи. Вопрос защиты от проникновения запахов из канализации является очень важным. Это связано с тем, что канализационные газы токсичны и взрывоопасны. Решается эта задача различными способами. Для трапов, которые устанавливаются внутри помещений и вода в которые попадает нерегулярно, лучше всего применять так называемые «сухие» сифоны. В артикуле трапов с «сухими» сифонами присутствует обозначение Pr, например HL310NPr и HL3100Pr — это трапы с «сухими» сифонами с вертикальным выпуском, HL90Pr, HL510NPr и HL5100Pr — с горизонтальным выпуском.
HL541
HL510NPrG
HL3100
Трапы с «сухим» сифоном также применяются в котельных, вентиляционных камерах и технических помещениях. Здесь нормативными документами предусмотрена установка трапов, необходимых на случай аварийного сброса теплоносителя или воды. Трапы никто не обслуживает, вода из гидрозатворов испаряется, и в помещения могут проникать канализационные газы. Для таких помещений рекомендуется устанавливать трапы с «сухим» сифоном и чугунной решеткой в чугунном подрамнике, выдерживающие максимальную нагрузку до 1,5 т. Примеры обозначения таких трапов — HL310NPrG, HL90PrG. Единственным недостатком трапа с «сухим» сифоном по сравнению с трапом с обычным гидрозатвором является его меньшая пропускная способность (10%), что связано с конструкцией «сухого» сифона.
Трапы для внутренних помещений устанавливаются в полу и, таким образом, являются самыми низко расположенными сантехническими устройствами. Существует опасность затопления помещения через трап, например, при сливе воды из ванной, в случае если и ванна и трап присоединены к одному и тому же отводящему трубопроводу. Напомним, что стандартный объем ванной составляет 170 л, расчетный расход от ванной составляет 1,1 л/с, следовательно, полная ванная будет опорожняться примерно 160 секунд. В течение этого времени отводящий трубопровод (особенно если он проложен с уклоном меньше расчетного) может быть полностью заполнен стоками, и, чтобы эти стоки не затопили помещение через трап, он должен быть оборудован клапаном для защиты от подтопления. Такой клапан не является обязательно герметичным, достаточно чтобы за время слива воды из ванной стоки не выходили через решетку трапа. В этом случае можно применять проходные трапы HL300, HL304 с обратным клапаном и трапы с запахозапирающими устройствами HL2000RS, HL2020.
HL2000RS — это «сухой» сифон с дополнительным обратным клапаном, который может быть установлен в качестве запахозапирающего устройства в трапы серии HL310N, HL510N. HL2020 — это «сухой» сифон новой конструкции Primus blue, который защищает от проникновения канализационных газов (запаха) при избыточном давлении, разрежении в канализации или при пересыхании гидрозатвора. В настоящее время этот «сухой» сифон применяется только в трапе HL541, в планах компании разработать такие же сифоны для использования в других трапах вместо «сухих» сифонов, используемых сейчас.
Теперь более подробно о душевом трапе HL541. Это «младший брат» хорошо известного душевого трапа HL540, он обладает всеми его преимуществами и имеет существенно меньшую высоту монтажа (всего 62 мм!), поэтому идеально подходит как для ремонта, так и нового строительства. При монтаже корпус трапа крепится к основанию с помощью трех монтажных уголков, затем заливается стяжкой, и после ее затвердевания выступающая часть корпуса подрезается по месту, тем самым исключаются ошибки при монтаже. В комплект поставки входит гидроизоляционный комплект для обмазочной гидроизоляции. Он устанавливается без инструментов и позволяет отводить воду с уровня гидроизоляции. Съемный «сухой» сифон дает возможность прочистить отводящий трубопровод механическим способом (тросиком для прочистки). Помимо комплектации со стандартной решеткой, HL предлагает вариант трапа с новой дизайн-решеткой под вклейку плитки HL541I (Individual) и 7 вариантов дизайн-решеток из нержавеющей стали V4А.
В случае если необходим обратный клапан, запирающийся герметично и защищающий помещение от подтопления, например, в случае засора канализации, следует использовать трапы с обратными клапанами HL70, HL77. Обратный клапан трапов выдерживает давление до 5 м водяного столба.
В последнее время во всем мире при строительстве душевых кабин наметилась тенденция к использованию душевых лотков вместо трапов. Душевые лотки выглядят красиво, современно и сами по себе являются элементом дизайна ванной комнаты. Кроме того, душевые лотки позволяют создать безбарьерную душевую, то есть душевую без поддона и ограждений. Отказ от душевого поддона и стен душевой кабины позволяет и зрительно и фактически увеличить пространство ванной комнаты, что особенно важно, если ванная комната имеет небольшую площадь. Конечно, при строительстве безбарьерной душевой следует особенно тщательно выполнять гидроизоляцию всего помещения и герметичность ее соединения с душевым лотком.
Популярные в России лотки серии HL50W.0 и HL50F.0 имеют высоту монтажа 110 мм, высоту гидрозатвора 50 мм и могут применяться в зданиях любой этажности. Лотки типа HL50W.0 предназначены для пристенного монтажа (угловые), а лотки типа HL50F.0 — для монтажа в середине душевой кабины (плоские). Лотки типа HL50FV.0 имеют вертикальный выпуск. Все типы лотков длиной от 600 до 1300 мм (с шагом 100 мм) имеют один сифон и пропускную способность 0,8 л/с, лотки длиной от 1400 до 2100 мм имеют два сифона и пропускную способность 1,4 л/с. Лотки типов HL50FF (FU), HL50WF (WU) имеют высоту гидрозатвора 30 (24 мм) и пропускную способность от 0,46 до 1,2 л/с и могут применяться либо в одноэтажных зданиях, либо в многоэтажных, но в этом случае должны использоваться с воздушным клапаном, чтобы исключить срыв гидрозатвора.
Радикальный вариант решения проблемы, позволяющий раз и навсегда забыть о срыве или пересыхании гидрозатвора, — использовать душевой лоток с «сухим» сифоном, например, HL531. Лоток устанавливается вплотную к стене душевой кабины, его водоприемная решетка размером 480 х 50 мм изготавливается из нержавеющей стали. Существует шесть видов решеток, в том числе «индивидуальная» решетка для вклейки мозаичной плитки. Обращает на себя внимание очень малая высота монтажа — всего 79 мм! Пропускная способность душевого лотка составляет 0,6 л/с.
Таким образом, компания HL предлагает клиентам разнообразные трапы и душевые лотки самого высокого качества для удовлетворения любых потребностей клиентов и для разных областей применения.
Особенно хочется отметить, что с 2016 года оборудование HL производится в России, на заводе компании ООО «ХЛ-РУС» в городе Жуковском Московской области. Открытие завода — это серьезный шаг, который позволил перенести производство ближе к потребителю, чтобы оперативнее реагировать на запросы клиентов и сократить сроки поставки товара. Помимо этого, выполняется решение Правительства Российской Федерации по импортозамещению. Теперь вместо изделий, произведенных в Австрии, для комплектации объектов используются такие же изделия, произведенные в России.
При наличии вопросов по оборудованию HL вы всегда можете обратиться к дилерам или техническим представителям компании. Чертежи, фотографии и описание трапов (лотков) вы можете самостоятельно найти на сайте www.hlrus.com.
В зависимости от технологий производства труб из разных полимерных материалов изменяется шероховатость их внутренней поверхности, что приводит к изменению коэффициента эквивалентной шероховатости, входящего в нормативную зависимость СП 40-102-2000 для гидравлического расчета труб из полимерных материалов. Следствием этого является изменение величины потерь напора по длине трубопроводов.
Предложено разработать в нормативную зависимость СП 40-102-2000 значения величин коэффициентов эквивалентной шероховатости для труб из разных полимерных материалов.
Ключевые слова: шероховатость труб из полимерных материалов, гидравлический расчет, потери напора.
Целью гидравлического расчета трубопроводов из разных видов полимерных материалов является определение величин потерь напора на трение по длине для последующего выбора характеристик насосов, транспортирующих жидкость на расстояние [1, 3].
Эксплуатационной характеристикой любого трубопровода, транспортирующего воду, является его гидравлический потенциал или совокупность значений фактического расхода при заданном давлении qф, л/с, фактической скорости потока жидкости Vф, м/с и фактических потерь напора на трение по длине трубопровода iф , мм/м [2].
Значения характеристик гидравлического потенциала трубопроводов из разных видов труб из полимерных материалов зависят от технологий производства труб и от значений технологических допусков на толщину стенок e и допусков на номинальный наружный диаметр dн , предусмотренных стандартами на выпускаемые трубы из разных полимерных материалов [2, 3].
Поэтому величины фактических значений qф , Vф и iф определяют точность гидравлического расчета труб из разных полимерных материалов. Фактическая средняя скорость потока Vф определяется по заданному расходу q по формуле:
, м/с, (1)
где:
— площадь живого сечения труб, м2.
q— заданный расход жидкости, м3/с;
— фактический внутренний диаметр труб, м;
Так как величины фактических внутренних диаметров труб зависят от величин технологических допусков на толщину стенок труб e и допусков на их номинальный наружный диаметр dн, поэтому значения величин допусков и определяют фактическую толщину стенки трубы eф и величину их номинального фактического наружного диаметра . На рис. 1 приведены геометрические характеристики труб из полимерных материалов.
Рис. 1. Геометрические характеристики труб
м. (2)
Гидравлический расчет трубопроводов из полимерных материалов в соответствии с требованиями норматива [1] производится по двум критериям: фактическому числу Рейнольдса и фактическим удельным потерям напора 1000iф по длине.
Фактическое число Рейнольдса определяется по формуле:
(3)
где:
Vф — фактическая средняя скорость потока, м/с;
— фактический внутренний диаметр, зависящий от величин значений технологических допусков на толщину стенок труб и их номинальный наружный диаметр, м [4];
υ — коэффициент кинематической вязкости воды, зависящий от температуры, м2/с [2].
Действующими стандартами на трубы из разных видов полимерных материалов также установлены технологические допуски на толщину стенок труб и их номинальный наружный диаметр. Поэтому фактический внутренний диаметр труб, произведенных по разным технологиям, должен учитывать значения этих допусков, так как его величина повлияет на величину фактически транспортируемого расхода qфи фактические потери напора по длине трубопровода [4] iф.
Фактические удельные потери напора на трение по длине трубопровода 1000iф определяются по формуле Дарси-Вейсбаха [2]:
мм/м, (4)
где:
λ — коэффициент гидравлического сопротивления трения по длине, зависящий от значения фактического числа Рейнольдса Reф и от значения измеренного прибором высотного параметра шероховатости стенок труб Ra [3, 4];
g— ускорение свободного падения, м/с2.
Расчет значения λ производится по нормативной зависимости [1], имеющей упрощенный вид [1, 5]:
, (5)
где:
— некоторое число подобия режимов движения жидкости.
При условии b>2, значение b принимают равным b= 2;
lg Reф — фактическое число Рейнольдса;
— число Рейнольдса, соответствующее началу квадратичной
области гидравлических сопротивлений;
Кэ — коэффициент эквивалентной (гидравлической) шероховатости, м, со значением
Кэ ≥ 0,00001 м, рекомендованным нормативом [1], зависящим от значения величины шероховатости стенок труб, характеризуемой значением высотного параметра шероховатости Ra, м [2, 3];
— число подобия параметров трубопровода, отражающее изменение значений фактического внутреннего диаметра труб и изменение значений высотного параметра шероховатости стенок труб Ra;
— фактор, характеризующий изменение фактического расходаqф, в зависимости от изменения значений фактического внутреннего диаметра , связанного с влиянием технологических допусков на толщину стенок e и номинального наружного диаметра труб dн
, м, (6)
где:
dн — номинальный наружный диаметр по стандарту, м;
e— толщина стенок труб по стандарту, с учетом допусков.
Таким образом, расчет значения λ сводится к определению значений трех параметров: b, m и n, определив которые по формуле (5), подсчитывают значение λ и далее по формуле (4) фактические удельные потери напора 1000 iф.
Между Кэ и Ra экспериментально установлена математическая зависимость, имеющая вид [2, 3]:
м. (7)
Доказано, что, измерив с помощью приборов значение высотного параметра шероховатости Ra, можно без проведения трудоемких гидравлических экспериментов рассчитать по формуле (5) значение величины коэффициента гидравлического сопротивления λ. Затем, подставив его в формулу (4), произвести расчет удельных потерь напора 1000 iф.
В настоящее время в стране и за рубежом серийно выпускаются трубы из следующих видов полимерных и металлополимерных материалов:
— полиэтиленовые ПНД по ГОСТ 18599-2001, Ra = 0,410 мкм;
— поливинилхлоридные ПВХ по ГОСТ 52134-2013 и из молекулярно-ориентированного ПВХ по ГОСТ 56927-2016, Ra = 0,350 мкм;
— стеклопластиковые по ГОСТ 32415-2013, Ra = 0,370 мкм;
— — стальные электросварные прямошовные с внутренним полимерным покрытием «Амеркот-391» по ГОСТ 20295-85, Ra = 0,298 мкм;
— чугунные раструбные из высокопрочного чугуна ВЧШГ с шаровидным графитом с внутренним и наружным полиуретановым покрытием по EN545-2010, Ra = 0,304 мкм.
Для приведенных материалов по 30 исследованным образцам труб разного диаметра были установлены (измерены) значения высотной характеристики шероховатости стенок труб Raи по формуле (7) рассчитаны значения коэффициента эквивалентной шероховатости Кэ. Результаты исследований и расчетов представлены в таблицах 1 и 2.
Из табл. 1 и 2 следует, что для труб из разных полимерных материалов, в зависимости от технологий их производства, изменяется значение величин параметров Ra в диапазоне от Ra= 0,25÷0,43 мкм, то есть на 41,86%, или в 1,72 раза.
Это приводит к изменению значений величин коэффициентов эквивалентной шероховатости в диапазоне Кэ = 0,316÷0,650 мкм, то есть на 51,38%, или в 2,06 раза.
Следствием этого является изменение значений величин потерь напора в трубах из разных полимерных материалов.
В табл. 3 представлены результаты расчета характеристик гидравлического потенциала труб при фактических значениях Кэ с учетом влияния технологических допусков на толщину стенок труб и их номинальный наружный диаметр.
Покажем это на примере. По трубам диаметром 630 мм транспортируется заданный расход q= 0,300 м3/с при t = 10 °C (υ = 0,00000131 м2/с). В табл. 3 представлены результаты гидравлического расчета труб диаметром 630 мм из разных полимерных и металлополимерных материалов.
Приведем для сравнения аналогичный гидравлический расчет труб при условии, что значение Кэ соответствует нормативному м. Результаты сравнения сведем в табл. 4.
Сравнение значений удельных потерь напора 1000 i(табл. 4), рассчитанных с использованием нормативного значения и фактического показывает, что для труб из разных полимерных материалов, при одних и тех же фактических значениях iф условия сравнения, процент расхождения стремится в меньшую сторону в диапазоне значений меньших (3,09 ÷5,76) %. То есть фактические удельные потери напора 1000 iфдля сравниваемых труб всегда больше, чем потери напора, рассчитанные с использованием нормативного значения Кэ = 0,00001 м.
Поэтому при выборе характеристик насосного оборудования для трубопроводов из разных полимерных материалов это обстоятельство необходимо обязательно учитывать.
Вывод
Требуется разработать и внести изменения в действующий стандарт СП 40-102-2000, касающиеся значений величины коэффициента эквивалентной шероховатости Кэ для труб из разных полимерных материалов, влияющего при гидравлическом расчете на величину значений потерь напора по длине и на выбор характеристик насосного оборудования для транспортирования воды на расстояние.
Литература
СП 40-102-2000 Свод правил по проектированию и строительству. Проектирование и монтаж трубопроводов систем водоснабжения и канализации из полимерных материалов. Общие требования. // М.: Госстрой России, ГУП ЦПП, 2001.
Продоус О. А. Прогнозирование потерь напора в трубопроводах из разных полимерных материалов // Журнал «Водоснабжение и санитарная техника», № 11, 2018. — С. 60–64.
Продоус О. А. Таблицы для гидравлического расчета труб напорных из полиэтилена. Справочное пособие. Издание 3-е — дополненное. // СПб.: ООО «Свое издательство», 2017. — 240 с. ил.
Продоус О. А., Терехов Л. Д. Пропускная способность напорных трубопроводов из полимерных материалов // Журнал «ВВВ», № 2019/5 (137). — С. 52–56.
Продоус О. А., Васильева М. А. Упрощенный вид нормативной зависимости для проведения гидравлических расчетов трубопроводов из полимерных материалов // Журнал«Водоснабжение и санитарная техника», № 9, 2017. — С. 53–55.
15 апреля 2014 года Постановлением № 326 Правительства РФ была утверждена Государственная программа «Охрана окружающей среды на период до 2030 г.». После принятия программы в нее почти ежегодно вносились изменения, направленные на уточнение и дополнение отдельных моментов (13 августа 2016 г., 31 марта и 6 июля 2017 г., 12 февраля и 30 марта 2018 г., 29 марта 2019 г.).
Программа «Охрана окружающей среды» предусматривает:
— снижение общей антропогенной нагрузки на окружающую среду на основе повышения экологической эффективности экономики по целому ряду направлений;
— сохранение благоприятной окружающей среды для удовлетворения потребностей нынешнего и будущих поколений граждан Российской Федерации и реализации права каждого человека на благоприятную окружающую среду;
— укрепление правопорядка в области охраны окружающей среды и обеспечения экологической безопасности.
Так, например, программой предусмотрено уменьшение не менее чем на 20% совокупного объема выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух в наиболее загрязненных городах.
Одной из ключевых проблем, обусловливающих снижение уровня экологической безопасности Российской Федерации, является неэффективность системы нормирования негативного воздействия на окружающую среду.
В настоящей статье мы хотим остановиться на мероприятиях, позволяющих выполнить снижение уровня загрязнения атмосферного воздуха от объектов коммунальной энергетики и отсутствующих в программе.
По разным источникам, уровень выбросов вредных веществ в атмосферу от коммунальных котельных оценивается в 15–20% от общего объема выбросов загрязняющих веществ.
Основными вредными веществами, загрязняющими атмосферу в результате сгорания топлива, являются:
летучие углеводороды
Cx Hy
на всех видах топлива
окись углерода
СО
на всех видах топлива
оксиды серы
SOx
при сжигании твердого и жидкого топлива
оксиды азота
NOx
на всех видах топлива
зола
—
на всех видах топлива, кроме газообразного
окислы ванадия
—
только при сжигании жидкого топлива
бензо(а)пирен
—
только при сжигании газообразного и жидкого топлива
В целом объем и состав загрязняющих веществ существенно зависят от типа используемого топлива, способа и качества его сгорания, конструктивных особенностей котла и горелки.
Оксиды азота являются единственными загрязняющими веществами, которые не могут быть устранены путем смены типа топлива, поскольку чаще всего они образуются при соединении азота с кислородом в выбрасываемых в атмосферу дымовых газах.
Под термином «оксид азота» формула NOx объединяет в себе три вещества:
— NO (одноокись азота, монооксид азота);
— NO2 (двуокись азота, диоксид азота);
— N2O (закись азота).
Окись азота NO быстро преобразуется в двуокись NO2 и кислород O2. Позднее двуокись азота NO2 удаляется из атмосферы. При окислении она преобразовывается в азотистую кислоту HNO2 и далее в азотную кислоту HNO3, которая способствует образованию кислотных дождей.
NO2 является естественной и постоянной составной частью атмосферы (хотя и очень незначительной). В основном она образуется при окислении аммиака во время микробиологических реакций в органических веществах, присутствующих в земле и в воде.
Количество N2O стабильно и остается в атмосфере на долгие годы. Данное вещество вместе с углекислым газом CO2 и другими газообразными выбросами способствует образованию парникового эффекта посредством реакции с озоном O3.
Монооксид азота (NO) — это бесцветный, без запаха, плохо растворимый в воде газ. Он составляет более 90% от всех оксидов азота, образуемых при высокотемпературном горении. Если концентрация находится в пределах от 10 до 50 ppm, он не является сильно токсичным раздражающим веществом. Монооксид азота NO, который присутствует в атмосфере, может самопроизвольно переходить в диоксид азота NO2 при фотохимическом окислении.
Диоксид азота (NO2) — это газ, который заметен даже при небольшой концентрации, он имеет коричневато-красноватый цвет и особый острый запах. При концентрации более 10 ppm является сильным коррозийным веществом и сильно раздражает носовую полость и глаза. При концентрации более 150 ppm вызывает бронхит, а свыше 500 ppm — отек легких, даже если воздействие длилось всего несколько минут.
2. Оценка существующих экологических рисков при работе котельных на природном газе.
На сегодняшний день на всей территории Российской Федерации наблюдается четкая тенденция разделения топливного баланса.
В центральных регионах большинство котельных работают на природном газе. Районы Западной Сибири (Омская область, Новосибирская область) — это регионы со смешанным балансом (природный газ и уголь). Далее на восток идут регионы, где основным топливом для котельных является уголь (бурый, каменный и т. д.). При этом максимальная плотность населения России — это центральные регионы.
Проводя оценку экологических рисков отдельных регионов, большинство экспертных организаций выбирают атмосферный воздух как один из первых показателей оценки степени выраженности экологических рисков для различных компонентов окружающей природной среды и состояния здоровья населения. По составу атмосферного воздуха оценивается концентрация кислорода, азота и азотосодержащих соединений, оксида железа, абразивной пыли и другие компоненты. На изменение климата резко влияют оксиды и диоксиды углерода, серы и зола, из чего следует, что сжигание газа снижает экологическую нагрузку и оказывает значительно меньшее влияние на климатические процессы.
3. Основные факторы, влияющие на образованиеNOх.
Соединения NOx образуются при камерном сжигании топлива (в топочном объеме). Факторы, влияющие на образование NOx
3.1. Температура в зоне горения топлива.
Температура в зоне горения топлива в первую очередь зависит от теплового напряжения топочного объема котла. В среднем для получения качественных экологических показателей величина теплового напряжения топочного объема должна быть в пределах 1000 кВт/м³.
При сжигании газа в двухходовых жаротрубных котлах с реверсивной топкой дымовые газы при проходе к дымогарным трубам сужают пространство, в котором находится факел, до объема меньшего, чем сама камера сгорания. Часть лучистой энергии, отраженной от стенок камеры сгорания, передается пламени, температура пламени повышается, и увеличивается образование тепловых оксидов азота.
3.2. Коэффициент избытка воздуха.
Снижение избытков воздуха возможно лишь до тех пор, пока это не приводит к интенсивному росту продуктов неполного сгорания. Уменьшение ниже определенного критического значения приводит к резкому увеличению химического недожога и возрастанию содержания NOх, сажи и полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), в частности, бенз(а)пирена. Кроме этого, происходит увеличение содержания горючих в уносе и высокотемпературная коррозия. Поэтому, необходимо учитывать, что снижение избытков воздуха возможно лишь при определенных размерах топки котла и правильного подбора горелочного устройства.
3.3. Время пребывания компонентов топливно-воздушной смеси в зоне высоких температур.
Данный фактор во многом зависит от конструкции самого котла. К примеру, жаротрубные двухходовые котлы с реверсивными топками (самые продаваемые жаротрубные котлы в России) ни при каких условиях не смогут достигнуть более или менее приемлемых экологических показателей.
Как альтернатива таким котлам — трехходовые котлы, в которых конструктивно уже заложена (или можно применить) система рекуперации дымовых газов, что существенно уменьшит объем NOх. Дополнительно используя с трехходовыми котлами специализированные горелки (горелки с добавлением рекуперационных газов непосредственно в топливно-воздушную смесь), можно снизить объем NOх более чем в два раза.
4. Сравнение экологических требований по выбросам от коммунальных котлов в РФ и ЕС.
Сравнение экологических требований представлено в виде двух таблиц.
4.1. Нормативные документы РФ (табл. 2).
Таблица 2
№
Нормативный документ
Требования охраны окружающей среды
1
Обозначение: ГОСТ 30735-2001 (взамен ГОСТ 10617-83).Наименование: котлы отопительные водогрейные теплопроизводительностью от 0,1 до 4,0 МВт.Статус: действует (данные сайта: https://www.rags.ru/gosts/gost/6363/, а также: https://www.rags.ru/gosts/gost/55599/).УДК 697.326:006.354Группа Е21ОКС 27.060.30
97.100
ОКП 49 3111
49 3112Дата издания: 13.01.2004
Дата введения в действие: 01.01.2003
Дата последнего изменения: 12.09.2018
Область примененияНастоящий стандарт распространяется на отопительные — водогрейные котлы (далее — котлы) номинальной теплопроизводительностью от 0,1 до 4 МВт с рабочим давлением воды до 0,6 МПа (6 кгс/см2) и максимальной температурой воды на выходе из котла до 115 °С, предназначенные для теплоснабжения зданий и сооружений. Стандарт не распространяется на конденсационные и электрические котлы и котлы специального назначения.
Ссылка в нормативном документе (Приложение 1):
Страница: 10–11.
Раздел 6. Требования охраны окружающей среды.
Таблица 2. Содержание оксидов азота (в пересчете на NO2) и оксида углерода в сухих неразбавленных (в пересчете на коэффициент избытка воздуха, равный единице, и нормальные физические условия: 760 мм рт. ст. и 0 °С) уходящих газах
Вид топлива и топливо- сжигающего
устройства
Номинальная
теплопроизво- дительность,
МВт
Содержание вредных веществ в сухих неразбавленных
уходящих газах, мг/м³
оксид углерода (СО)
оксиды азота в пересчете
на NО2 (NOx)
класс I
класс II
класс III
класс I
класс II
класс III
…
…
…
…
…
…
Дутьевые горелки (природный газ)
Св. 0,1 до 4,0
130
80
120
200
2
Обозначение: ГОСТ Р 50591-2013 (взамен ГОСТ 50591-93).Наименование: агрегаты тепловые газопотребляющие. Горелки газовые промышленные. Предельные нормы концентраций NOx в продуктах сгорания.Статус: действует (данные сайта: Росстандарт. Федеральное агентство по техническому регулированию https://www.gost.ru).УДК 662.951.2:006.354ОКС 27.060.20ОКП 36 9610
Дата издания: 19.03.2014
Дата введения в действие: 01.01.2014
Дата последнего изменения: 12.09.2018
Область примененияНастоящий стандарт устанавливает предельные нормы концентраций NOх (суммы концентраций NO и NO2) в сухих неразбавленных продуктах сгорания. Стандарт распространяется на:- газопотребляющие тепловые агрегаты [котлы: типов ДКВР, Е (ДЕ) и ПТВМ и аналогичные им; водогрейные отопительные согласно ГОСТ 30735; водогрейные и водогрейные отопительные других типов; печи: плавильные; стекловаренные; нагревательные проходные металлургической промышленности; нагревательные и термические; обжиговые; трубчатые];- промышленные газовые горелки (газогорелочные устройства) в части испытаний;- радиационные трубы
Предельная норма концентрации NОx при а = 1,0, мг/м³, не более
эксплуатируемые и выпускаемые (с 01.01.2005)
вновь разработанные (с 01.01.2012)
Паровые котлы типов ДКВР, Е (ДЕ) и аналогичные им
—
1,0–2,5
Природный
Без подогрева
145
135
—
4,0–25,0
Природный
Без подогрева
210
140
…..
…..
…..
…..
…..
…..
…..
Водогрейные котлы других типов
4,0–16,0
—
Природный
Без подогрева
250
140
Водогрейные отопительные котлы
0,1–4,0
—
Природный
Без подогрева
Согласно ГОСТ 30735-2001
4.2. Нормативные документы Евросоюза (табл. 3).
Таблица 3
№
Нормативный документ
Требования охраны окружающей среды
1
Обозначение: Директива 2010/75/ЕС (взамен Директивы Совета ЕС 96/61/ЕС от 24 сентября 1996 года и Директивы 2008/1/ЕС от 15 января 2008 года) Наименование:Директива Европейского парламента и Совета Европейского союза 2010/75/ЕС от 24 ноября 2010 года «О промышленных выбросах (о комплексном предотвращении загрязнения и контроле над ним)» [Directive 2010/75/EU of the European Parliament and of the Council of 24 November 2010 on industrial emissions (integrated pollution prevention and control)]. Дата издания: 24.11.2010Дата введения в действие: 01.01.2011
Область примененияНормативный акт, которым регулируется соблюдение правил по предупреждению, сокращению и по возможности предотвращения загрязнения от промышленной деятельности. Данный стандарт касается основных загрязнителей, образующихся при сжигании органического топлива в крупных установках тепловой мощностью более 50 МВт(для котельных установок, получивших лицензию до 7 января 2013 года и пущенных в эксплуатацию до 7 января 2014 года, а также для котельных установок, которые будут действовать после 1 января 2016 года, предельные значения удельных выбросов сернистого ангидрида, оксидов азота, оксида углерода и твердых частиц).
Ссылка в нормативном документе (Приложение 3):
Страница: 60. Предельные значения концентрации (мг/м3) оксидов азота и оксида углерода для котельных установок, сжигающих газ, которые будут действовать после 01.01.2016 г.
NOx
СО
Котельные установки, сжигающие природный газ
100
100
2
Обозначение: COMMISSION REGULATION (EU) No 813/2013 of 2 August 2013 implementing Directive 2009/125/EC of the European Parliament and of the Council with regard to ecodesign requirements for space heaters and combination heaters (взамен Directive 2009/125/EC of the European Parliament and of the Council of 21 October 2009 establishing a framework for the setting of ecodesign requirements for energy-related product).Дата издания: 02.08.2013Дата введения в действие: 06.09.2013
Область примененияНастоящая директива устанавливает основу для определения требований европейского сообщества к экодизайну энергосвязанных изделий с целью обеспечения свободного перемещения этих изделий в пределах внутреннего рынка.
Ссылка в нормативном документе (Приложение 4): Страница: 148.
4. REQUIREMENTS FOR EMISSIONS OF NITROGEN OXIDES(a) From 26 September 2018 emissions of nitrogen oxides, expressed in nitrogen dioxide, of heaters shall not exceed the following values:— fuel boiler space heaters and fuel boiler combination heaters using gaseous fuels: 56 mg/kWh fuel input in terms of GCV;…
Свободный перевод: 4. Требования для выбросов оксидов азотаа) с 26 сентября 2018 года выбросы оксидов азота, выраженные в диоксиде азота, от нагревателей не должны превышать следующие значения: — обогреватели топливного котла и комбинированные обогреватели топливного котла, работающие на газообразном топливе: расход топлива 56 мг/кВтч в условия GCV;…(Примечание: 56 мг/кВтч соответствует 65мг/м3 согласно ГОСТ Р50591-2013)
5. Выводы
5.1. Существующая нормативная база по применяемому и производимому на территории Российской Федерации котельному оборудованию в части экологических показателей не обладает конкретикой. Действующие нормативные документы противоречат друг другу и определяют разный уровень выбросов от котлов. В России разрешено применение экологически вредных двухходовых дымогарных котлов с реверсивной топкой, запрещенных к применению в коммунальной энергетике во всех странах Евросоюза?!
5.2. Экологические требования по горелочному оборудованию и по котлам не согласованы.
5.3. Не определен порядок применения того или иного документа, отсутствует деление документов по территориальному принципу с определением конкретных экологических показателей.
5.4. Российские экологические требования по выбросам резко отстают от современных мировых значений. Оценивая мировые экологические требования по котельному оборудованию, видим, что в Европе требования более чем в два раза «жестче» (65 мг/м3 в Европе и 140 мг/м3 в России). При этом наибольшая требовательность в плане экологии наблюдается в странах Азии (начиная с 2018 года — 40 мг/м3 в Китае).
5.5. Запрет на применение «экологически грязных» котлов в Европе привел к тому, что действующие европейские предприятия переориентировались на сбыт данной продукции в Россию и другие страны бывшего СНГ.
Одна из первых жестких директив Евросоюза была введена еще 2001 году и ограничила проектирование, монтаж и эксплуатацию реверсивных котлов мощностью более 1 МВт на всей территории Евросоюза.
6. Предложения по изменению нормативной базы.
6.1. Предлагается внести изменения в нормативные документы, ограничивающие использование на территории РФ в коммунальной энергетике «экологически грязного» оборудования, а именно:
6.1.1. Запретить начиная с 2023 года установку в строящихся коммунальных котельных двухходовых дымогарных котлов с реверсивной топкой.
6.1.2. Внести изменения в ГОСТ и другие нормативные документы, касающиеся ужесточения величины выбросов NOx на уровне норм Евросоюза.
6.1.3. Вернуть практику письменного согласования возможности использования конкретного типа горелки конкретному типу котла (протокол соответствия, подтвержденный РТН РФ).
6.1.4. Внести изменения в ГОСТ Р 50591-2013 и ГОСТ 30735-2001, ввести новую классификацию по выбросам NOx при работе на природном газе для различных типов котлов с горелками в зависимости от класса котла и региона РФ (табл. 4, 5, 6).
Таблица 4
Экологический класс котлов
Предельная норма концентрации NОx в продуктах сгорания котлов при а = 1,0[1]
Класс 1 (перспективный класс)
Не более 50 мг/м³
Класс 2
Не более 60 мг/м³
Класс 3
Не более 70 мг/м³
Класс 4
Не более 80 мг/м³
Класс 5
Не более 90 мг/м³
Класс 6
Не более 100 мг/м³
Класс 7
Не более 120 мг/м³
6.2. Для конкретизации новых экологических требований предлагаем новую классификацию выпускаемых и применяемых котлов по категориям (табл. 5).
Таблица №5
Категориякотлов
Технические характеристики
Действующие нормативныедокументы
Предлагаемые периоды введения в действие новых классов выбросов
с 1 января 2021 года
с 1 января 2023 года
Категория 0
Котлы водогрейные единичной мощностью до 100 кВт
Предложения по ограничению выбросов NОx на данную категорию котлов в данном документе не рассматриваются
Категория 1
— Котлы водогрейные двухходовые и трехходовые с реверсивной топкой (конвекционные, конденсационные, жаротрубные, водотрубные, стальные, чугунные и комбинированные) единичной мощностью от 0,1 до 5,0 МВт.- Избыточное (рабочее) давление: до 0,6 МПа- Рабочая температура: до 115 °С.- Основное топливо: природный газ.- Аварийное/резервное топливо: любое (ограничения по выбросам NОx не распространяются).- Котлы должны быть изготовлены в соответствии с:
Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых котлов с давлением пара не более 0,07 МПа (0,7 кГс/см²), водогрейных котлов и водоподогревателей с температурой нагрева воды не выше 388 К (115 град. Цельсия) (Приложение 6).
ГОСТ 30735-2001 «Котлы отопительные водогрейные теплопроизводительностью от 0,1 до 4,0 МВт» (Приложение 1).
От120 мг/м³(от 0,1 до 4,0 МВт)до140 мг/м³(более 4,0 до 5,0 МВт)
Откласс 7120 мг/м³(от 0,1 до 1,0 МВт)дозапрета на использование данного типа котлов единичной мощностью более 1 МВт
Откласс 7120 мг/м³(от 0,1 до 0,5 МВт)дозапрета на использование данного типа котлов единичной мощностью более 0,5 МВт
Категория 2
— Котлы водогрейные двухходовые и трехходовые с проходной топкой (конвекционные, конденсационные, жаротрубные, водотрубные, стальные, чугунные и комбинированные) единичной мощностью от 0,1 до 25,0 МВт.- Избыточное (рабочее) давление: до 0,6 МПа- Рабочая температура: до 115 °С.- Основное топливо: природный газ.- Аварийное/резервное топливо: любое (ограничения по выбросам NОx не распространяются).- Котлы должны быть изготовлены в соответствии с:
1. «Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых котлов с давлением пара не более 0,07 МПа (0,7 кГс/см²), водогрейных котлов и водоподогревателей с температурой нагрева воды не выше 388 К (115 град. Цельсия)» (Приложение 6).
2. ГОСТ 30735-2001 «Котлы отопительные водогрейные теплопроизводительностью от 0,1 до 4,0 МВт» (Приложение 1).
От120 мг/м³(от 0,1 до 4,0 МВт)до140 мг/м³(более 4,0 до 25,0 МВт)
Откласс 4(не более 80 мг/м³)докласс 6(не более 100 мг/м³)
Откласс 2(не более 60 мг/м³)докласс 4(не более 80 мг/м³)
Категория 3
— Котлы паровые с рабочим давлением до 0,07 МПа (0,7 кГс/см²).- Котлы должны быть изготовлены в соответствии с:- «Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых котлов с давлением пара не более 0,07 МПа (0,7 кГс/см²), водогрейных котлов и водоподогревателей с температурой нагрева воды не выше 388 К (115 град. Цельсия)» (Приложение 6).- Аварийное/резервное топливо: любое (ограничения по выбросам NОx не распространяются).
120 мг/м³
Откласс 4(не более 80 мг/м³)докласс 6(не более 100 мг/м³)
Откласс 2(не более 60 мг/м³)докласс 4(не более 80 мг/м³)
Категория 4
— Котлы водогрейные (конвекционные, конденсационные, жаротрубные, водотрубные, стальные, чугунные и комбинированные) единичной мощностью от 1,0 до 50,0 МВт.- Избыточное (рабочее) давление: свыше 0,6 МПа.- Рабочая температура: свыше 115 °С.- Основное топливо: природный газ.- Аварийное/резервное топливо: любое (ограничения по выбросам NОx не распространяются).- Котлы должны быть изготовлены в соответствии с «РД 10-249-98 Нормы расчета на прочность стационарных котлов и трубопроводов пара и горячей воды» (Приложение 7).
140 мг/м³
Откласс 4(не более 80 мг/м³)докласс 6(не более 100 мг/м³)
Откласс 2(не более 60 мг/м³)докласс 4(не более 80 мг/м³)
Категория 5
— Котлы паровые двухходовые и трехходовые с реверсивной топкой (конвекционные, конденсационные, жаротрубные, водотрубные, стальные, чугунные и комбинированные) единичной паропроизводительностью до 10,0 т пара в час.- Избыточное (рабочее) давление: свыше 0,07 МПа (0,7 кГс/см²).- Основное топливо: природный газ.- Аварийное/резервное топливо: любое (ограничения по выбросам NОx не распространяются).- Котлы должны быть изготовлены в соответствии с «РД 10-249-98 Нормы расчета на прочность стационарных котлов и трубопроводов пара и горячей воды» (Приложение 7).
140 мг/м³
Класс 7(не более 120 мг/м³)
Откласс 7(не более 120 мг/м³)до запрета на использование данного типа котлов единичной паропроизводительностью более 0,65 т/ч.
Категория 6
— Котлы паровые двухходовые и трехходовые с проходной топкой (конвекционные, конденсационные, жаротрубные, водотрубные, стальные, чугунные и комбинированные) единичной паропроизводительностью до 25,0 т пара в час.- Избыточное (рабочее) давление: свыше 0,07 МПа (0,7 кГс/см²).- Основное топливо: природный газ.- Аварийное/резервное топливо: любое (ограничения по выбросам NОx не распространяются).Котлы должны быть изготовлены в соответствии с «РД 10-249-98 Нормы расчета на прочность стационарных котлов и трубопроводов пара и горячей воды» (Приложение 7).
140 мг/м³
Откласс 4(не более 80 мг/м³)докласс 6(не более 100 мг/м³)
Откласс 2(не более 60 мг/м³)докласс 4(не более 80 мг/м³)
Категория 7
— Котлы паровые паропроизводительностью более 25,0 т пара в час и котлы водогрейные единичной мощностью более 50,0 МВт.
Предложения по ограничению выбросов NОx на данную категорию котлов в данном документе не рассматриваются
6.3. Предложение по дифференциации территорий РФ по экологическим требованиям (табл. 6).
Таблица 6.
№
Территории РФ
Предельные нормы концентраций NOx в продуктах сгорания котлов
с 1 января2021 года
с 1 января2023 года
1
Города с численностью населения более 500 000 человек.
Заповедники и заказники.
Курортные зоны.
Территории санаториев и профилакториев, а также другие лечебно-профилактические учреждения.
Территории химических, нефтехимических и металлургических предприятий.
Территории детских лагерей отдыха, загородные лагеря отдыха и оздоровления детей, детские оздоровительные центры, детские базы и комплексы.
Территории дошкольных, школьных и высших учебных заведений.
Территории больниц, госпиталей и других стационарных медицинских учреждений.
Территории особых экономических зон.
Не более 80 мг/м³
Не более 60 мг/м³
2
Города с численностью населения 50 000–500 000 человек.
Территории промышленных предприятий.
Территории водозаборных учреждений.
Морские прибрежные зоны до 5 км включительно.
Речные прибрежные зоны до 1 км включительно.
Не более 90 мг/м³
Не более 70 мг/м³
3
Города и населенные пункты с численностью населения менее 50 000 человек.
Территории, не указанные ранее.
Не более 100 мг/м³
Не более 80 мг/м³
Литература
ГОСТ 30735-2001 Котлы отопительные водогрейные теплопроизводительностью от 0,1 до 4,0 МВт.
ГОСТ Р 50591-2013 Агрегаты тепловые газопотребляющие. Горелки газовые промышленные. Предельные нормы концентраций NOx в продуктах сгорания.
Директива Европейского парламента и Совета Европейского союза 2010/75/ЕС от 24 ноября 2010 года «О промышленных выбросах (о комплексном предотвращении загрязнения и контроле над ним)» [Directive 2010/75/EU of the European Parliament and of the Council of 24 November 2010 on industrial emissions (integrated pollution prevention and control)].
Commission regulation (EU) No 813/2013 of 2 August 2013 implementing Directive 2009/125/EC of the European Parliament and of the Council with regard to ecodesign requirements for space heaters and combination heaters.
Оценка экологических рисков на территории малых городов Московской области (на примере г. Дубны). Международный университет природы, общества и человека «Дубна». Россия, 141980, Дубна Московской обл., Университетская, 19.
Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых котлов с давлением пара не более 0,07 МПа (0,7 кГс/см2), водогрейных котлов и водоподогревателей с температурой нагрева воды не выше 388 К (115 град. Цельсия).
РД 10-249-98 «Нормы расчета на прочность стационарных котлов и трубопроводов пара и горячей воды».
[1] Требования к методам измерения концентрации NOx предлагается проводить по ГОСТ 29134-97 «Горелки газовые промышленные. Методы испытаний» и ГОСТ Р 51383-2012 «Горелки газовые автоматические с принудительной подачей воздуха. Технические требования безопасности и методы испытаний».
Нагретые воздушные струи завес, защищающих открытые двери и ворота, предотвращают понижение температуры внутреннего воздуха при контакте его с холодным наружным. Поскольку этот эффект обозначается как снижение теплопотерь через открытые проемы, то определение эффективности завес, на первый взгляд, не представляет трудности. Однако, как только вопрос переходит в руки специалистов, кажущаяся простота сменяется неоднозначностью и противоречивостью в предлагаемых оценках эффективности. Именно по этой причине при разработке стандарта ГОСТ 32512-2013 «Воздушные завесы. Общие технические условия» сообществом специалистов было принято решение не включать в стандарт определение эффективности завес и требования к ней.
Попытки оценить эффективность завес предпринимались еще в [1] по минимуму приведенных затрат при соотношении цен на материалы, трудозатрат и энергоносителей середины прошлого столетия в СССР. Некоторые аспекты эффективности завес (скорее, в плане постановки вопроса) были рассмотрены в [2]. В [3] использована энергетическая характеристика завесы как машиностроительного изделия, и аэродинамический КПД завесы как инженерного сооружения. Авторы [4–6] также коснулись этой темы. Однако ни в одной из упомянутых работ, за исключением [4], вопрос не нашел однозначного и окончательного решения. Лишь в [4] коэффициент тепловой эффективности наиболее точно соответствует существу темы данной работы.
1. Общая постановка вопроса об эффективности завес допускает рассмотрение данной темы в следующих аспектах:
— предмет оценки: завеса — какмашиностроительное изделие (устройство для формирования нагретой струи с той или иной величиной потока импульса) или как инженерное сооружение(проектное решение по защите проема на заданные атмосферные и архитектурно-строительные условия, состоящее из комплекта завес — машиностроительных изделий);
— способ защиты проема: защита смесительного типа (без противодействия струями втекающему снаружи потоку) или защита шиберующего типа (активное струйное противодействие затеканию наружного воздуха);
— способ тепловой компенсации теплопотерь: при шиберующей защите воздух струи нагрет непосредственно в завесе или организована раздельная аэродинамическая защита холодными струями и тепловая компенсация подачей нагретых отдельно масс воздуха;
— подход к оценке эффективности: для расчетных зимних условий по расчетной тепловой мощности или для всего отопительного периода с переменной наружной температурой по суммарным затратам энергии;
— организация защиты: предусмотрено регулирование работы завесв зависимости от наружной температуры, в частности, изменением частоты вращения вентиляторов (изменением расхода воздуха), или регулирование отсутствует.
Здесь будут рассмотрены завесы как инженерные сооружения для защиты шиберующего и смесительного типов.
2. Трактовка эффективности завес как инженерного сооружения имеет смысл относительного уменьшения энергетических затрат (включая остаточные теплопотери и дополнительные компенсационные затраты) при защите проема завесой в сравнении с незащищенным проемом [2]. Она принята в справочнике ASHRAE [4] и имеет вид
Э = [Q1 – (Q2 + Qз)]/Q1 = 1 – (Q2 + Qз)/Q1, (1)
где Q1 — тепловая мощность мгновенных теплопотерь через открытый проем при неработающей завесе;
Q2 — тепловая мощность мгновенных теплопотерь через открытый проем при защите завесой;Qз — тепловая мощность завесы.
Область применения выражения (1) ограничена защитой шиберующего типа, поскольку при защите смесительного типа Q1 = Q2 и величина Э принципиально не может быть положительной.
Приведем без выкладок составляющие выражения (1), опираясь на общие балансовые соотношения для завес любой установки (верхних и боковых) [2]. Определим величину Q1 как тепловую мощность, необходимую для синхронного подогрева затекающего в проем наружного воздуха от расчетной зимней температуры t1 до внутренней температуры t2. Расход втекающего воздуха определяется по разности давлений в проеме ΔР. Величину Q2 определим как тепловую мощность синхронного подогрева втекающей в проем смеси (при защите завесой) от температуры смеси tсм до температуры t2 . При этом второе слагаемое в (1) примет вид
где Q̅пот = Qпот / СрGз(tз – t1) — безразмерные потери тепла с уходящими наружу частями эжектированного снаружи воздуха.
Выражение (3) записано с учетом составляющей, привносящей в баланс теплоту внутренней эжекции с температурой t2 . Так требуется для верхних завес [2]. Для боковых завес принимается, что эжектируемые изнутри массы имеют температуру tсм [1]. Поэтому в выражении (3) из числителя и знаменателя удаляются слагаемые с коэффициентом эжекции, после чего остается
θсм = [1 – Q̅пот]q/ θ2. (3-1)
Подставляя (3) в (2), получим составляющую (1) в виде
‹Q› = β[1/q – 1 + Q̅пот/ θ2]. (4)
Выражение (4) совместно с (3) позволяет анализировать эффективность способов тепловой компенсации теплопотерь. Рассмотрим случай, когда вся тепловая мощность для полной компенсации теплопотерь подводится через завесу: tсм = t2 , θсм = 1, откуда по (3) имеем
θ2 = (1 – Q̅пот) q (5)
и далее по (4)
‹Q›(зав) = β[1/ (1 – Q̅пот) q – 1]. (6)
Для численной оценки по (6) примем q = 1, Q̅пот = 0,5. Это дает ‹Q›(зав) = β. Величина β лежит в диапазоне β = 0,12 – 0,2. Отсюда получается, что при полной защите проема завесой с нагревом наибольшая эффективность Э = 0,80 – 0,88.
Другой случай — раздельная аэродинамическая и тепловая защита — подразумевает защиту холодной завесой (θ2 = 1) совместно с тепловой компенсацией вне зоны действия завесы. При этом из (4) имеем
‹Q›(разд) = β[1/q – 1 + Q̅ пот]. (7)
Разделив (6) на (7) и полагая равенство показателей защиты, после преобразования получим
откуда следует, в соответствии с [2], что при Q̅пот ~ 0,5 раздельная защита может достигать двукратного преимущества перед полной защитой через завесу. В предельном режиме завес из (8) имеем (q = q*, Q̅пот = 0)
‹Q›(зав) / ‹Q›(разд) = 1 (10)
и различие между способами защиты исчезает.
Выражение (1) допускает не только оценку текущей тепловой мощности при фиксированной температуре наружного воздуха (например, расчетной зимней), но и интегральную энергетическую оценку за весь отопительный период. В этом случае под составляющими (1) следует понимать не тепловые мощности, а затраты теплоты (энергии) соответствующего вида за отопительный период. Текущая и интегральная за отопительный период оценки могут существенно различаться. С повышением наружной температуры режим работы завесы уходит от расчетного и, если ничего не менять, струи завесы начнут вылетать из проема, унося на улицу тепловую мощность завесы. Разность (Q1 – Q2) начнет уменьшаться, и вместе с нею эффективность Э. Как минимум для сохранения эффективности в [2, 8] разработаны рекомендации по изменению частоты вращения вентиляторов (расхода воздуха через завесу) при повышении наружной температуры.
3. Оценка эффективности по выражению (1) имеет специфический характер: сопоставляется ситуация, когда открытый проем защищен завесой, с ситуацией, когда проем не защищен. В этом проявляется, до некоторой степени, ее абсурдность, как если бы эффективность отопления помещения оценивалась по ситуации полного отсутствия его теплозащиты. Иными словами, сравнивались бы объекты, имеющие стены и потолок и не имеющие их. Информация, которую несет выражение (1), принципиально отличается от принятой в системе энергетических оценок технических объектов и опирающейся на привычное всем представление о коэффициенте полезного действия (КПД). Оценка типа (1) — результат применения объекта в некоей системе, при этом качество самого объекта вторично. Смысл КПД состоит в выведении на первый план собственно объекта путем сопоставления идеализированной (теоретической) его специфики с реальностью. Оставаясь в энергетических представлениях, КПД завесы должен быть отношением минимально возможной тепловой мощности на защиту проема завесой к мощности, реально затрачиваемой. В такой постановке и аэродинамический КПД по [3] не является коэффициентом полезного действия, а, скорее, носит характер оценки типа (1).
Как следует из предыдущего, минимальные тепловые затраты на защиту проема обеспечивает раздельная аэродинамическая и тепловая защита. Тепловой КПД защиты можно было бы определить, в этом случае, как
ηq = Qразд / Qз, (11)
где под Qз понимается тепловая мощность оцениваемой завесы с проектной величиной температуры смеси tсм/з, а под Qразд — тепловая мощность раздельной защиты, обеспечивающей конечную температуру потока воздуха в ареале проема, равную tсм/з. Все исходные условия защиты проема для числителя и знаменателя (11) следует принимать одинаковыми. Иными словами, числитель описывает аэродинамическую защиту проема холодной завесой на тех же условиях, что и знаменатель.
Парадокс состоит в том, что в предельном режиме q = q*, т. е. при слабой аэродинамической защите, согласно (10), ηq = 1. В то же время при полной защите q = 1 КПД имеет наименьшую величину. Разрешение парадокса простое. Потери тепла, связанные с затеканием в проем наружного воздуха при q < 1, одинаковы в числителе и знаменателе (11), они максимальны при q = q * и равны нулю при q = 1. Потери с уходящими массами, напротив, равны нулю при q = q* и максимальны при q = 1, причем эти потери больше в знаменателе. В связи с этим выражение (11) не может служить оценкой эффективности.
4. На практике качество работы завес, чаще всего, оценивается по тому, как подогрет затекающий в проем воздух. Недаром в [6] прямо сказано, что «критерием эффективности завес любого типа является температура смеси», а в [4] в качестве эффективности защиты охлаждаемых помещений введена безразмерная температура смеси θ в виде, приспособленном для этого. Исходя из теплового баланса, температура смеси (3) есть сумма всех тепловых поступлений и потерь. Безразмерная температура смеси по определению
θсм = (tсм – t1)/( t2 – t1) (12)
говорит о том, что это есть отношение мер реальной тепловой мощности к такой идеальной, которая может быть интерпретирована, как целевая установка приближения к внутренней температуре при защите проема. Таким образом, выражение (12) следует считать термическим КПД любого типа шиберующей защиты
ηt = θсм. (13)
При tсм → t1 ηt = 0, при tсм → t2 ηt = 1. В своде правил СП 60.13330.2012 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха» указаны нормированные минимальные температуры смеси. Их величины не зависят от наружной температуры. Можно считать, что этим задаются нормированные минимальные термические КПД на любые наружные условия. Максимальные значения КПД не ограничены. Однако следует принять во внимание, что стремление к повышению КПД во всех видах техники всегда сопровождается удорожанием объекта. Поэтому необходим разумный баланс между КПД и затратами на объект.
Для боковых завес используется выражение (3-1) с графиками Q̅пот от F̅ и от q по [9].
Если зафиксировать размеры проема, ширину сопел завесы, разность давлений в проеме, температуру струи завесы, то вариация расхода завесы приведет к изменению коэффициента эжекции λ и показателя зашиты q. С наращиванием расхода будет увеличиваться показатель защиты (уменьшение проникновения наружного воздуха) и относительные потери тепла. В целом термический КПД будет расти вплоть до единицы. Холодные завесы (θ2 = 1) имеют наименьший КПД.
Проиллюстрируем численно оценку по выражению (14) на примере стандартного проема 4х4 м с температурами воздуха –26 0С, +18 0С, скоростью ветра 4 м/с, водой 95/70 0С. Этим условиям соответствует разность давлений в проеме 6,06 Па. Верхняя завеса состоит из двух модулей КЭВ-230П7020W. Угол струи к плоскости проема 300. Ширина сопла 150 мм, скорость струи в сопле 12,5 м/с. Температура струи на выходе 43 0С. Неизменные параметры:
ΔР = 6,06 Па, F̅̅ = 26,7 , Q̃пот = 0,338. Температуру струи при варьировании будем удерживать постоянной изменением выходных параметров воды, поэтому полагаем θ2 = 0,638 = const. Результат, соответствующий принятым условиям, приведен во втором столбце табл. 1. В остальных столбцах показано влияние вариации расхода воздуха и скорости струи в этой завесе. В диапазоне режимов работы от предельного (q* = 0,49) до полной защиты (q = 1) термический КПД возрастает от 0,846 до 1 одновременно с ростом потока импульса. Этим подтверждается непротиворечивый характер введенного термического КПД по (14). Не вызывает удивления, что максимальная эффективность при заданных фиксированных условиях достигается в режиме полной защиты на максимальном расходе воздуха и при максимальной тепловой мощности. Равенство КПД единице в первых двух столбцах означает защиту высокой температурной эффективности tсм = t2. Если, к примеру, разность давлений в проеме увеличится до 10,0 Па, то режим вплотную приблизится к предельному и КПД станет равным ηt = 0,85 (tсм = 11,4 0С). В отсутствие нагрева КПД опустится до ηt = 0,66, что в условиях нашего примера соответствует tсм = 3,0 0С.
Оценим влияние уменьшения ширины сопла с ростом скорости при неизменном потоке импульса выбранного единичного модуля Iз = 1,2 х 0,15 х 2,0 х 12,52 = 56,3 Н = const. Температура струи, по-прежнему, остается неизменной θ2 = 0,638 = const. Расчет для верхней завесы по [2] приведен в табл. 2.
Таблица 2. Термический КПД при условии I = 56,3 Н = const
Параметр
Величина параметра
bз, м
0,15
0,12
0,10
0,08
0,06
vз, м/с
12,5
14,0
15,3
17,1
19,8
Vз, м3/час
27 000
24 190
22 030
19 700
17 100
F̅
26,7
33,3
40,0
50
66,7
q
0,91
0,86
0,81
0,76
0,70
η
0,91
0,88
0,84
0,82
0,79
εL
0,44
0,49
0,55
0,62
0,73
Q̃пот
0,34
0,37
0,40
0,44
0,49
Q̅пот = η Q̃пот
0,31
0,32
0,34
0,36
0,39
ηt = θсм
0,994
0,96
0,927
0,90
0,865
Из табл. 2 видно, что увеличение скорости приводит к очевидному падению показателя защиты и вместе с ним термического КПД. Это объясняется нарастанием масштабного фактора F‾ (гидравлической длины струи) при неизменном потоке импульса.
Во всех оценках табл. 1 и 2 коэффициент качества струи был принят равным ξ = 0,8. Напомним, что коэффициент качества характеризует внешнее влияние на начальное состояние струи, приводящее в дальнейшем к ее размыванию, которое выражается в степени снижения максимальной скорости на оси струи по отношению к скорости стандартной невозмущенной турбулентной струи [2] ξ = vm/‹vm›. Внешнее влияние на струи завес может выражаться в сильной турбулизации потока тангенциальными вентиляторами, внесении неравномерности скорости по сечению сопла препятствиями и поворотами, разделением струи на части при истечении из разнесенных сопел. Обычно в завесах ξ = 0,8–0,9. Однако в случаях плохо организованных сопел коэффициент качества опускается до 0,6. На примере модуля КЭВ-230П7020W для принятых выше условий покажем, как поведет себя термический КПД c понижением качества струи (см. табл. 3).
Таблица 3. Влияние коэффициента качества на термический КПД
Параметр
Величина параметра
ξ
0,9
0,8
0,7
0,6
λ
2,98
3,26
3,58
3,95
q
0,96
0,91
0,87
0,82
η
0,96
0,91
0,88
0,85
Q̅пот = η Q̃пот
0,33
0,31
0,30
0,29
ηt = θсм
1,0
0,99
0,98
0,96
Из табл. 3 видно, что коэффициент качества значительно сильнее влияет на аэродинамику, чем на тепловые характеристики — термический КПД лишь слабо убывает. Это объясняется тем, что при почти неизменяющихся потерях Q̅пот увеличение поступления холодного наружного воздуха с понижением q компенсируется приростом внутренней эжекции (рост λ).
Таким образом, термический КПД является полноценным инструментом для оценки действительной эффективности завесы как инженерного сооружения и сравнения между собой различных вариантов.
5. Наиболее непростой вопрос — это оценка эффективности завес смесительного типа. Выражение (1) для этих целей непригодно по существу и дает отрицательное значение Э. Выражение (12) также непригодно, поскольку, в отличие от шиберующих завес, в смесительных происходит лишь перемешивание втекающего холодного и подаваемого нагретого воздуха и температура смеси определяется из обычного теплового баланса. Как было сформулировано еще в [7], энергетическая эффективность защиты смесительного типа по отношению к альтернативным способам компенсации теплопотерь через открытые двери проявляется как результат интенсивного струйного перемешивания воздушных масс для минимизации тепловой мощности на подготовку воздуха, подаваемого в помещение. К сожалению, этому очевидному качественному соображению невозможно придать форму количественной оценки. Не отвергая высказанного, представим защиту смесительного типа как часть раздельной аэродинамической и тепловой защиты, в которой аэродинамическая часть или полностью отсутствует, или заменена комплексом архитектурно-строительных препятствий втеканию наружного потока в помещение. В этом случае становится возможным ввести понятие теплового КПД защиты смесительного типа, в числителе которого будет условно минимизированная тепловая мощность при наличии идеализированной аэродинамической защиты, а в знаменателе реальная тепловая мощность оцениваемой ситуации
ηсмес = Qид / Qсмес. (17)
В качестве идеализированного случая примем защиту герметичного помещения. Согласно [7], его можно интерпретировать, как ситуацию с наддувом условного тамбура. Это минимизирует втекание наружного воздуха и вытекание внутреннего, соответственно, теплопотери (Qид) также станут минимальными. Расход наружного воздуха для этого случая определим как
Gнар/герм = μнизК2Fпр/герм(2ρ1ΔPпр/герм)0,5,(18)
где ΔPпр/герм = 9,8(ρ1 – ρ2)(Нпр/4) — разность давлений в нижней части проема герметичного помещения (в данном случае условно герметизированного наддувом тамбура);
μниз — коэффициент расхода втекающего через нижнюю половину дверей наружного воздуха; К2 — коэффициент, учитывающий количество людей, проходящих через дверь в течение часа по [9];
Fпр/герм = В(Нпр/2).
При этом идеализированные теплопотери равны
Qид = Cp Gнар/герм (tсм – t1), (19)
где tсм — заданная температура смеси втекающего наружного воздуха и нагретого, подаваемого завесой. Знаменатель (17) определим через расчетную разность давлений в проеме
Qсмес = Cp Gнар (tсм – t1)
Gнар = μпрК2Fпр(2ρ1ΔPпр)0,5, (20)
где Fпр= ВНпр, а ΔPпр определяется по [9] через расчетную высоту hрасч, зависящую от этажности здания. Подставляя (18) – (20) в (17) получим после упрощений
Для иллюстрации, принимая Нпр = 2 м, высоту этажа 3 м и вычисляя hрасч по [9], а также принимая ориентировочно μниз = 0,6, μпр = 0,7, найдем по (21) величины КПД для продуваемых зданий:
Понятно, что с ростом этажности здания тепловой КПД убывает. При защите помещения герметичного типа hрасч = Нпр/4 и ηсмес = 1. В случаях «мягкого» шиберования втекающего потока, описанных в [10], коэффициент расхода μпр снижается против принятого табличного значения, что повысит КПД такой защиты.
Выводы
Общепринятая эффективность завес по выражению (1) основана на сопоставлении полного отсутствия защиты проема с эффектом действия завесы. При таком подходе невозможно оценить инженерное сооружение в представлении о коэффициенте полезного действия.
Оценка по (1) непригодна для защиты смесительного типа.
Предложенная в [4] тепловая эффективность является полноценным термическим коэффициентом полезного действия защиты шиберующего типа (14).
Для защиты смесительного типа предложен тепловой КПД по (21).
Литература
Эльтерман В. М. Воздушные завесы. Изд. 2-е. М.: Машиностроение. 1966.
Марр Ю. Н. Воздушно-тепловые завесы. Расчет и проектирование завес для защиты проемов промышленных и общественных зданий. — СПб.: АО «НПО «Тепломаш», 2017, — 160 с.
Караджи В. Г., Московко Ю. Г. Вентиляционное оборудование. Технические рекомендации для проектировщиков и монтажников. — М.: АВОК-ПРЕСС, 2010 — 432 с.
Стронгин А. С. Расчетные параметры и эффективность применения воздушных завес у ворот охлаждаемых помещений // Инженерные системы. АВОК-Северо-Запад. № 2. 2019.
Гримитлин А. М., Стронгин А. С. Воздушные завесы для зданий и технологических установок. Учебное пособие. 2018. — 136 с.
Гримитлин А. М., Дацюк Т. А., Крупкин Д. Я., Стронгин А. С., Шилькрот Е. О. Отопление и вентиляция производственных помещений. Издательство «АВОК Северо-Запад». СПб. 2007. — 400 с.
Марр Ю.Н. О завесах смесительного типа//Инженерные системы. АВОК-Северо-Запад. № 1. 2012.
Марр Ю. Н. Проблемы регулирования шиберующих завес// Инженерные системы. АВОК-Северо-Запад. № 2. 2018.
Справочник проектировщика. Внутренние санитарно-технические устройства. Часть 3. Вентиляция и кондиционирование воздуха. Книга 1. / В. Н. Богословский, А. И. Перумов, В. Н. Посохин и др. 4-е издание. М.: Стройиздат. 1992.
Марр Ю. Н. Экономичная и комфортная защита входных дверей общественных зданий завесами с «мягким» шиберованием // Инженерные системы. АВОК-Северо-Запад. № 2. 2016.
В предыдущем номере журнала была опубликована статья «Отопление и вентиляция зданий — цена, качество, энергоэффективность, экология», рассматривавшая, как соблюдаются перечисленные требования на примере проекта многоквартирного 6-этажного дома премиум-класса по адресу: Москва, Всеволожский пер., вл. 5, основные положения которого изложены в журнале «АВОК» № 3 и 4 за этот год [1 и 2], где были проанализированы исходные данные расчета составляющих теплового баланса жилого дома для определения расчетных теплопотерь и энергетической эффективности проекта здания. Показано, что заложенный в проекте воздухообмен в квартирах превышает нормируемые по СП 60.13330 значения, а расчетные теплопотери,по которым подбираются отопительные приборы, также завышены, что создает запас мощности в запроектированной системе отопления, который при проектных параметрах теплоносителя в системе отопления приведет к перегреву отапливаемых помещений.
Анализ раздела проекта, устанавливающий энергоэффективность рассматриваемого дома, выполненный по методике, изложенной в разделе 10 СП 50.13330, как и ожидалось, показал запредельное снижение удельной теплозащитной характеристики здания по сравнению с базовым значением, при этом проектная энергоэффективность здания оказалась более чем в 1,5 раза выше базовой.Наши расчеты, выполненные по стандарту СТО НОП 2.01-2014 [3], в основу которого положен СНиП 23.02.2003, показали, что удельный годовой расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию дома, по которому оценивается энергетическая эффективность дома, определенный при нормативном воздухообмене в квартирах, соответствует только нормальному классу энергоэффективности вместо высочайшего по проектной документации. А при завышенном в проекте воздухообмене удельная величина этого расхода будет превышать базовый на 68% и проект дома будет соответствовать тогда наинизшему классу энергетической эффективности.
В настоящей статье рассмотрены требования к автоматическому регулированию подачи и потреблению теплоты на отопление жилых зданий, обеспечивающие соответствие фактического теплопотребления проектным показателям при соблюдении нормируемых санитарно-гигиенических условий и комфортного микроклимата, а также показаны причины, почему не выполняются решения Правительства России о повышении энергоэффективности многоквартирных домов, и предлагаются решения по устранению этого негативного явления.
Требования к автоматическому регулированию подачи и потреблению теплоты
Возвращаясь к проекту жилого дома премиум-класса по Всеволожскому пер., вл. 5, следует напомнить, что, несмотря на то, что при подборе отопительных приборов учтен расход тепловой энергии для нагрева наружного воздуха в объеме, более чем в 2 раза превышающем нормативный для вентиляции квартир, проектом предусмотрена дополнительно подача индивидуально в каждую квартиру нагретого воздуха в объеме «не менее однократного воздухообмена квартиры» (почти в 3 раза превышающем нормативный воздухообмен). Но если из соображений энергоэффективности и экологичности с перегревом из-за превышения воздухообмена при подборе площади нагрева отопительных приборов можно бороться путем пересчета расчетных параметров теплоносителя, циркулирующего в системе отопления, и настройкой контроллера регулятора подачи теплоты на поддержание температурного графика в зависимости от изменения наружной температуры и с учетом теплового баланса здания и выявленного запаса тепловой мощности системы отопления (именно с учетом всех этих обстоятельств определено годовое теплопотребление на отопление рассматриваемого дома, соответствующее базовому значению и нормальному классу энергоэффективности), то дополнительная подача нагретого воздуха индивидуальной системой механической приточной вентиляцией будет излишней и резко понизит класс энергетической эффективности здания до неприемлемого.
С учетом того, что часть жителей может не пользоваться индивидуальной приточной установкой, а как показывает практика, такое весьма часто встречается, нельзя при настройке контроллера, единого на всю систему отопления дома, исключить из теплового баланса составляющую нагрева наружного воздуха, поскольку в квартирах, где отключена механическая приточная вентиляция, будет холодно. Поэтому в этих условиях возрастает роль индивидуальных терморегуляторов (термостатов) на отопительных приборах — только они могут снять перегрев, связанный с подачей в квартиры дополнительного объема нагретого приточного воздуха механическими системами вентиляции, при наличии возможности нагрева его в нормативном объеме отопительными приборами.
К сожалению, пока практика показывает неэффективность термостатов. Так, в процессе наших исследований в жилом доме 59 по ул. Обручева в Москве [4], где система отопления была оборудована термостатами на отопительных приборах и центральной установкой автоматического регулирования (АУУ), которая до 20.12 находилась в рабочем режиме, но с 20.12 по 19.01 автоматика АУУ была отключена (это четко видно по резкому увеличению расхода теплоносителя на отопление до максимума с 2,4 до 4,5 т/ч, почти в 2 раза), расход теплоты, потребляемый системой отопления, также вырос на 40–50% по сравнению с требуемым — термостаты не смогли снять этот перегрев. И только когда вновь была включена автоматика на АУУ, теплопотребление восстановилось до проектного. Почему же термостаты не стали закрываться при таком колоссальном перегреве?
Это произошло потому, что терморегуляторы были оборудованы термостатическими головками с максимальным пределом температурной настройки в 26 °С. А это означает, что при полном открытии термостата (а менталитет российского жителя оказался таков, что он не будет искать промежуточных положений, тем более что терморегуляторы не оцифрованы по градусам температуры) их клапан не будет автоматически закрываться, пока температура воздуха в помещении не превысит 26 °С. Естественно, даже самые теплолюбивые жильцы воспринимают такую температуру как избыточную и раскрывают окна, сбрасывая теплоту на улицу.
В отношении завышения сверх нормативного воздухообмена в здании при проектировании систем отопления и поразительной энергоэффективности таких зданий при расчете по СП 50.13330.2012 можно проследить также на примере результатов альтернативных расчетов энергетической эффективности 5-этажного 6-секционного жилого дома на 90 квартир, построенного в г. Волгограде и подвергшегося капремонту. В проекте указано, что заложенный в расчеты воздухообмен составлял до реновации 1,02 ч-1, а после реновации — 0,81 ч-1, то есть превышает нормируемый, соответственно, в 2,8 и 2,2 раза. Тем не менее при оценке энергоэффективности дома по удельной характеристике расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания по СП 50 после реновации она составила 0,308 Вт/(м3·°С) при базовом нормируемом значении 0,359 Вт/(м3·°С). Отклонение этих значений составило (0,308 – 0,359)·100/0,359 = -14,2%, что соответствует нормальному классу энергоэффективности, хотя из-за завышения отапливаемого объема дома авторы проекта считали, что он соответствует высокому классу энергоэффективности.
Наши расчеты в [5],выполненные по стандарту СТО НОП 2.01-2014 [3], показали, что после реновации при сохранении завышенного воздухообмена, как было заложено в проекте, удельный годовой расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию составит 144 кВт·ч/м2 при нормативном значении для 5-этажного дома в г. Волгограде 97 кВт·ч/м2. Отклонение значения проектного удельного годового расхода энергетических ресурсов от базового уровня составит: (144 – 97)·100/97 = 49%, что соответствует классу энергоэффективности F низкий (ничего другого, при более чем двукратном превышении заложенного воздухообмена по сравнению с нормируемым, не могло и быть). Требуемое значение удельного годового расхода энергетических ресурсов при соблюдении нормативных показателей, в том числе и по воздухообмену, составило также 97 кВт·ч/м2. Тогда отклонение его от базового уровня будет 97 – 97 = 0%, что соответствует классу энергоэффективности D нормальный. Но достигнуть таких показателей возможно только правильной настройкой графика, закладываемого для поддержания в контроллер регулятора подачи теплоты в систему отопления, отличающегося от принятого в проекте.
Почему не выполняются решения Правительства России о повышении энергоэффективности многоквартирных домов, и как добиться соответствия проектному значению удельного годового расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию.
В действительности, как уже было указано в предыдущей статье (ИС № 3-2019), в нашей стране уже было сорвано требование Постановления Правительства РФ от 25.01.2011 г. № 18 о повышении энергетической эффективности вновь создаваемых зданий на 15% с 2011года, затем требование последующего Постановления Правительства РФ от 20.05.2017 г. № 603 о повышении энергетической эффективности вновь создаваемых зданий на 20% с 1 января 2018 года было перенесено Приказом Минстроя России от 17.11.2017 г. № 1550 на дату с 1 июля 2018 года. Заканчивается уже 2019 год, а оно так и продолжает не выполняться, несмотря на переданные НП «АВОК» от 11.06 и 23.07.2019 г. в Минстрой и Минэкономразвития России и оказавшиеся невостребованными предложения по изменению действующих нормативных правовых актов Правительства Российской Федерации и федеральных органов исполнительной власти, позволяющие при минимальных затратах устранить все препятствия на пути реализации повышения энергетической эффективности строящихся и эксплуатируемых зданий. Причина сегодняшнего отставания в том, что:
Во-первых, на федеральном уровне отсутствует методика определения удельного годового расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию жилых и общественных зданий— показателя, характеризующего выполнение требований энергоэффективности этих зданий, согласно п. 7 Правил, утвержденных ППРФ № 18. Вернее, она была сформулирована в СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий», где этот расход относился к единице площади квартир и полезной площади отапливаемых нежилых помещений МКД (или к их отапливаемому объему) и градусо-суткам отопительного периода, ГСОП (формулировка п. 2 обязательного Приложения Б к СНиП). Но сразу после выхода ППРФ № 18 этот СНиП новым авторским коллективом был актуализирован в СП 50.13330.2012 с тем же названием, где в нарушение этого постановления удельный годовой расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию МКД для отдельных регионов со своими конкретными ГСОП в размерности кВт·ч/м2 былзаменен на удельную характеристику расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию в размерности Вт/(м3·°С) [6]. При этом эта «характеристика расхода» относится уже не к площади квартир, а к отапливаемому объему всего здания или к сумме площадей этажей здания, измеряемых от внутренней поверхности наружных стен, что как минимум на 35% больше площади квартир на этих этажах, потому что отапливаемый объем здания помимо квартир включает лестнично-лифтовые узлы, внутренние перегородки и перекрытия.
Поскольку показатели нормируемой (базовой) удельной характеристики расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию, отнесенные к отапливаемому объему здания (табл. 14 СП 50), приняты из табл. 9 СНиП 23-02-2003, хотя в последней они относились к объему квартир,то, сравнивая рассчитанную в проекте удельную характеристику расхода с большим значением базового показателя (потому что удельная величина последнего относилась к объему квартир, а не отапливаемому объему здания), получаем на бумаге экономию, а реальное энергопотребление здания остается тем же, жители по-прежнему будут потреблять на отопление то же количество тепловой энергии, и реальной экономии государство не получит, что и подтверждается приведенными выше примерами расчета реальных домов в Москве и Волгограде.
Таким образом, расчет энергетической эффективности проектируемых МКД, после замены СНиП 23-02-2003 по Постановлению Правительства РФ от 26.12. 2014 г. № 1521 его актуализацией в СП 50.13330.2012, стал проводиться по этому СП, и расчетные значения удельной характеристики расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию таких зданий при базовом уровне их тепловой защиты оказались изначально на 30–45% ниже требуемых по таблице 14 СП без применения каких бы то ни было энергосберегающих решений, в том числе по утеплению здания (это можно проследить и по примеру расчета в Приложении П СП 50, где расчетная удельная характеристика расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию получилась равной 0,219 Вт/(м3·°С) при требуемой по табл. 14 — 0,319 Вт/(м3·°С), то есть на (0,219 – 0,319)·100/0,319 = -31% ниже!).
При этом в соответствии с пунктом 5.2 СП сопротивление теплопередаче наружных стен в проекте может быть еще снижено против базовых величин на 37%. И, как показывает практика, можно делать при расчете какое хотите количество ошибок как при подсчете геометрических размеров объема здания или площади наружных ограждений, так и при назначении удельных величин бытовых теплопоступлений или завышенного воздухообмена в квартирах, здания по классу энергетической эффективности выходят на высший уровень, а их теплопотребление, согласно п. 5.2 СП 50, будет даже расти — полная деградация правительственной концепции повышения энергоэффективности!
Ссылка в п. 6 Требований вышеприведенного Приказа Минстроя № 1550, «…удельный годовой расход энергетических ресурсов на отопление и вентиляцию определяется актами, предусмотренными в пунктах 35 и 42 Перечня, в результате применения которого на обязательной основе обеспечивается соблюдение требований Федерального закона «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений», утвержденного ППРФ № 1521 от 26.12.2014 г.», не соответствует действительности [7].Перечень национальных стандартов и сводов правил не позволяет определить искомые показатели, потому что ни в СП 50.13330.2012 СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» (п. 35 Перечня), ни в СП 60.13330.2012 СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха» (п. 42 Перечня), нет определения удельного годового расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию.
Практически из-за отсутствия этих методик расчета не могло быть выполнено требование повышения энергетической эффективности не только общественных зданий, но и многоквартирных домов.
В представленном для внесения изменений в ФЗ № 261 Перечне нормативных правовых актов под п. 3 приводится поручение Минстрою России разработать проект приказа «Об утверждении формы, содержания и порядка заполнения энергетического паспорта многоквартирного дома, общественного здания». На фоне отсутствия на федеральном уровне методик расчета «показателей, характеризующих годовую удельную величину расхода энергетических ресурсов в многоквартирных домах и общественных зданиях», представляется целесообразным включить эти методики (выполнение части д) раздела 101 ППРФ № 87) и расчета «нормируемых показателей удельных годовых расходов энергетических ресурсов и максимально допустимых величин отклонений от таких нормируемых показателей» (выполнение части е) раздела 101) в методическое пособие «Требования к составу, содержанию и расчету показателей энергетического паспорта проекта жилого и общественного здания, а также с учетом результатов энергетического обследования».
Базой такого методического пособия мог бы стать разработанный в 2014 году НП «АВОК» по заданию Национального объединения проектировщиков НОП (ныне НОПРИЗ) стандарт СТО НОП 2.01-2014 «Требования к содержанию и расчету показателей энергетического паспорта проекта жилого и общественного здания» [3]. В этом стандарте приводятся не только полный состав энергетического паспорта отдельного здания, подключенного к сетям централизованного тепло-, электро- и водоснабжения, но и методики расчета всех составляющих теплового баланса здания, методики определения удельных расходов тепловой энергии на отопление и вентиляцию за нормативный отопительный период для всех регионов России, на горячее водоснабжение, а также электрической энергии в целом на здание, и в том числе на общедомовые нужды для МКД, как в годовом исчислении, так и максимально часовые (расчетные) значения. Необходимо только уточнить с учетом вышедшего позже Постановления Правительства РФ № 603 и настоящего проекта изменений ФЗ № 261 таблицы классов энергетической эффективности и базовых значений удельного годового расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию МКД и общественных зданий, предварительные предложения по которым прошли общественное обсуждение, будучи опубликованы в научно-технических журналах, в том числе и в журнале «Инженерные системы. АВОК Северо-Запад» [6 и 7] .
Во-вторых, Минстрой России до настоящего времени не выдвигает требований при повышении энергоэффективности обязательного увеличения сопротивления теплопередаче наружных ограждений, без которого, как показывает практика нормирования в странах ЕС, невозможно сократить расход тепловой энергии на отопление зданий. При подготовке Приказа Минстроя РФ от 17 ноября 2017 года № 1550/пр в его первой редакции была представлена таблица с конкретными значениями повышения сопротивления теплопередаче наружных ограждений с 2018 года, согласно Постановлению Правительства РФ от 20 мая 2017 года № 603, но при утверждении приказа эта таблица была исключена. Хотя в представленных в предыдущей статье публикациях показано, что для всех регионов нашей страны инвестиции в увеличение толщины имеющихся утеплителей примерно в полтора раза окупаются в интервале 6–8 лет, и при этом ограждения по сопротивлению теплопередаче будут все еще ниже европейских с учетом нашей суровости зимы.
Для примера приводим таблицу нормативных требований в странах ЕС, Беларусь и России.
Таблица. Требуемые значения приведенного сопротивления теплопередаче для жилых зданий в некоторых европейских странах, Республике Беларусь и Российской Федерации
Страна
Градусо-сутки ото-пительногопериода
Год введения норм
Коэффициент сопротивления теплопередаче ограждений, м2·°С/Вт:
стены
окна
покрытие
перекрытие
Финляндия*)
4230
2010
5,88
1,0
11,1
5,88
Норвегия*)
3750
2007
5,56
0,83
7,69
6,67
Швеция*)
3445
2008
5,56
0,76
7,69
6,67
Дания*)
2820
2010
6,67
0,7
10,0
10,0
Германия
2600
2009
3,57
0,77
5,00
2,86
Нидерланды
2100
2011
3,45
0,45
3,45
3,45
Великобритания*)
2080
2010
5,55
0,67
6,67
4,76
Франция
1800
2005
2,78
0,56
5,0
3,7
Беларусь
4000
2009
3,2
1,0
6,0
2,5
Рос-сия**)
Москва
4550
2000
3,0
0,49
4,48
3,95
Новосибирск
6210
2000
3,57
0,61
5,31
4,69
Якутск
10310
2000
5,0
0,76
7,36
6,54
Примечание. *) Для стран Северной Европы и Великобритании приводится сопротивление теплопередаче по глади, что на 20–35% выше, чем приведенное сопротивление теплопередаче с учетом мостиков холода.
**) В действительности в России с 1 июля 2015 года, когда утверждена обязательность применения СП 50.13330, нормируемое значение приведенного сопротивления теплопередаче стен снижено на 37%, светопрозрачных конструкций на 5% и остальных наружных ограждений на 20%, потому что, как показано в начале статьи, из-за ошибок в пересчете удельного расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию зданий в удельную тепловую характеристику этого расхода по этому СП настолько снижается эта характеристика против базовой величины, что, согласно п. 5.2, допускается такое уменьшение нормируемых значений.
***) Таблица заимствована из статьи О. Сеппанена «Требования к энергоэффективности зданий в странах ЕС». «Энергосбережение» № 7-2010 с добавлениями автора настоящей статьи. ГСОП России — по СП 131.13330.
Следует в новой редакции Приказа Минстроя № 1550/пр восстановить таблицу нормируемого повышения сопротивления теплопередаче наружных ограждающих конструкций для проектируемых зданий и для капитально ремонтируемых, в том числе многоквартирных домов. Далее, в п. 8 Приказа Минстроя № 1550 предусматривается «для реконструируемых или проходящих капитальный ремонт зданий (за исключением многоквартирных домов) уменьшение с 1 июля 2018 года нормируемого удельного годового расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию на 20% по отношению к базовому. Почему для многоквартирных домов такого уменьшения не предлагается? Ведь стоимость утеплителя в затратах на проведение работ по утеплению наружных стен здания составляет не более 20–30% и увеличение на 20% толщины утеплителя приведет к увеличению стоимости работ всего на 4–6%, а сократит годовой расход теплоты на отопление до 10%. Так почему не использовать такую возможность для многоквартирных домов, тем более что в общественных зданиях рекомендуется такое уменьшение?
В-третьих, отмечаемое на практике в ряде примеров большее, чем регламентируется нормами и ожидаемое в проекте, фактическое теплопотребление на отопление и вентиляцию МКД, построенных после 2000 года или после комплексного капитального ремонта с утеплением, объясняется, как было продемонстрировано нами в [4], неправильной настройкой или отсутствием контроллера, регулирующего подачу теплоты в систему отопления зданий. Дело в том, что при расчете энергоэффективности дома мы из определенных за отопительный период теплопотерь здания, включающих теплопотери через наружные ограждения и на нагрев наружного воздуха для вентиляции квартир, вычитаем в полном объеме бытовые теплопоступления за тот же период времени. А на практике при построении температурного графика, поддерживаемого контроллером в зависимости от изменения температуры наружного воздуха и реализуемого уравнением (1), получается, что с повышением этой температуры все в меньшем объеме учитываются бытовые теплопоступления, хотя величина их сохраняется постоянной в течение всего отопительного периода.
от = Qот /Qот.р.пр = (tв – tн) / (tв – tн р), (1)
где Qот — расход тепловой энергии на отопление при текущей температуре наружного воздуха tн, кВт;
Qот.р.пр — расчетный расход тепловой энергии на отопление при расчетной температуре наружного воздуха для проектирования отопления tнр, кВт;
tв — расчетная температура внутреннего воздуха в здании, °С, принимают минимальную из оптимальных температур по ГОСТ 30494–2011;
tн — текущая температура наружного воздуха, °С;
tнр —расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления, °С.
Это происходит, потому что при определении расчетного расхода теплоты на отопление бытовые теплопоступления входят в него как составляющая теплового баланса дома, но из приведенного уравнения получается, что с повышением температуры наружного воздуха величина этих теплопоступлений уменьшается, также как и теплопотерь. Более правильно это уравнение преобразовать в (2): представить отдельно составляющую расчетных теплопотерь, зависящих от изменения температуры наружного воздуха, для чего сложить расчетный расход теплоты на отопление и бытовые теплопоступления, равные в сумме теплопотерям, умножив эту сумму на отношение разностей температур, и вычесть из этого произведения бытовые теплопоступления, которые останутся постоянной величиной:
где tвопт — оптимальная температура воздуха в отапливаемых помещениях, принимаемая при регулировании без коррекции по температуре внутреннего воздуха равной минимальной из оптимальных температур по ГОСТ 30494–2011, °C.
После приравнивания этого уравнение нулю из него находится температура наружного воздуха, при которой следует прекращать отопление, когда относительный расход тепловой энергии на отопление жилого дома равен нулю, tн при от.ж = 0 — 2-я реперная точка для построения графика (для упрощения tв.опт= tв):
Если по уравнению (1) график приходит в ноль относительного расхода теплоты при tн = 20 °C, то по уравнению (2) в зависимости от степени утепления здания и соотношения Qбыт/Qот.р.тр график приходит в ноль при температурах наружного воздуха ниже 20 оС. Переход на график по уравнению (2) для домов муниципального типа с заселенностью 20–25 м2/человека позволяет получить годовую экономию теплоты от 15 до 20%.
Второе направление получения экономии теплоты при эксплуатации зданий — это выявление запаса в тепловой мощности системы отопления из-за нарушений при проектировании системы отопления дома. Дело в том, что в настоящее время в связи с исключением из СНиП 41-01-2003 и последующих его актуализаций обязательных в СНиП 2.04.05-91* Приложения 9 Потери теплоты через ограждающие конструкции помещений, Приложения 10 Расход теплоты на нагревание инфильтрующегося наружного воздуха через ограждающие конструкции помещений и Приложения 12 Расчет теплового потока и расхода теплоносителя в системе водяного отопления, устанавливающих порядок и методы расчета системы водяного отопления, на практике оказалось, что подавляющее большинство зданий запроектированы с избыточным запасом тепловой мощности. А при сохранении в проекте расчетных параметров теплоносителя, циркулирующего в системе отопления, например, 95–70 °С, при эксплуатации эти дома перегреваются примерно на такой же процент запаса мощности без превышения температуры возвращаемого теплоносителя требуемому по графику теплосети. Для исключения этого перегрева необходимо пересчитать расчетные параметры теплоносителя, например, при запасе мощности в 17% расчетные параметры должны быть 85–64 °С, а в 38% — 77-59 вместо проектных 95–70 °С.
Запас мощности устанавливается сопоставлением проектной расчетной нагрузки системы отопления с установленной расчетом по стандарту СТО НОП 2.1-2014, задавая нормируемые объемы воздухообмена и удельную величину внутренних теплопоступлений исходя из фактического заселения дома. Следует заметить, в отношении расчетного расхода тепловой энергии на отопление, определенного при расчетной для проектирования отопления температуре наружного воздуха, что если при проектировании жилых домов наиболее распространенных типовых серий московского строительства до 1975 года (серии П-49/9, П-18-01/9,12, П-30/12) наблюдается недостаток тепловой мощности системы отопления в расчетных условиях на 18–12%, который компенсировался за отопительный период увеличением доли бытовых теплопоступлений в тепловом балансе здания при повышении наружной температуры выше расчетной (за отопительный период ожидаемый проектный расход тепловой энергии даже несколько превышал требуемый), то в домах, запроектированных с начала 1980-х годов, наоборот, наблюдается запас тепловой мощности системы отопления, составляющий 7–11%, а в домах запроектированных после 2000 года, когда резко повысились требования к повышению теплозащиты зданий, запас возрос на 26% в серии П-3М, на 38% в серии П-46М и до 51% в серии П-44Т [8].
При выявлении несоответствия фактической производительности системы отопления Qот.р.пр (проектный расчетный расход тепловой энергии на отопление, на который подобраны отопительные приборы; принимают из проекта или по результатам фактических испытаний) требуемому расчетному расходу тепловой энергии на отопление Qот.р.тр (определяют согласно СТО НОП 2.1-2014) необходимо рассчитать новые значения расчетных температур воды в подающем и обратном трубопроводах системы отопления. Выразив отношение фактической производительности системы отопления к требуемому расходу тепловой энергии на отопление из энергетического паспорта проекта конкретного здания в виде коэффициента запаса поверхности нагрева отопительных приборов Kзап = Qот.р.пр / Qот.р.тр, определяют требуемые значения температур воды в подающем tо1тр и обратном t2тр трубопроводах системы отопления, соответственно по формулам из [8]:
tо1 тр (4)
(5)
где tв.мин — традиционно принимают равной 18 °С [9], сейчас это минимальная из допустимых температур внутреннего воздуха по ГОСТ 30494–2011 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях»;
τо1 — расчетная температура теплоносителя в подающем трубопроводе отопления, °С;
τ2 — расчетная температура теплоносителя в обратном трубопроводе, °С;
от — относительный расход тепловой энергии на отопление; принимают по формулам (1) или (2) в зависимости от выбранного режима работы;
m — показатель степени в формуле изменения коэффициента теплопередачи отопительного прибора; как правило, принимают равным 0,25.
Для определения значений требуемых температур при расчетной для проектирования отопления температуре наружного воздуха tнр необходимо подставить от= 1.
В рассматриваемом проекте жилого дома премиум-класса проектный расчетный расход тепловой энергии системы отопления наземной части дома составил Qот.р.пр = 305 кВт [2]. По нашим расчетам требуемый расчетный расход тепловой энергии системы отопления наземной части дома, исходя из приведенного сопротивления теплопередаче наружных стен Rст.пр = 3,16 м2·оС/Вт, окон Rок.пр = 0,54 м2.оС/Вт, удельной величины бытовых теплопоступлений qбыт = 10 Вт/м2 жилой площади квартиры, нормативного вентиляционного воздухообмена 0,35 от объема квартиры, инфильтрации через окна и двери ЛЛУ и окна нежилых помещений 1-го этажа, а также теплопотерь трубопроводов системы отопления, проходящих через неотапливаемые помещения, βтп = 1,07, составит:
Отсюда запас тепловой мощности системы отопления будет Kзап = Qот.р.пр/ Qот.р.тр = 305/235 = 1,3. Для исключения перегрева отапливаемых помещений при запасе тепловой мощности в 30% пересчитываются расчетные параметры теплоносителя, циркулирующего в системе отопления, подставляя в формулы (4 и 5) от = 1. Они составляют в расчетных условиях 71,8–52,5 °C вместо проектных 85–60 °C.
Годовая экономия теплоты за счет учета запаса тепловой мощности и перехода на график регулирования подачи теплоты в систему отопления по уравнению (2) составляет при Qбыт.р= qбыт·Аж·10-3 = 10·1474·10-3 = 14,7 кВт, средней температуре наружного воздуха за отопительный период -2,2 оС, его длительности 205 суток и ГСОП = (20+2,2)·205 = 4551:
Или экономия теплоты от проектного значения: 207070·100/740300 = 28%.
Таким образом, для обеспечения энергосбережения в системе отопления при ее эксплуатации должна быть выполнена перенастройка контроллера АУУ или АИТП с учетом пересчета расчетных параметров теплоносителя, циркулирующего в системе, при наличии выявленного запаса тепловой мощности и уточнения графика регулирования по соотношению бытовых теплопоступлений к установленному расчетному расходу тепловой энергии на отопление из раздела энергоэффективность. И это должно быть сделано еще на стадии разработки проектной документации.
Для реализации этого предлагается в «Состав разделов проектной документации и требований к их содержанию», утвержденный ППРФ № 87 от 16.02.2008 г. с изменениями от 08.09.2017 г., и в представленном для внесения изменений в ФЗ № 261 Перечне нормативных правовых актов под п. 2, в раздел 101 р) 2-м абзацем добавить: «Определение коэффициента запаса тепловой мощности запроектированной системы отопления сопоставлением расчетной тепловой нагрузки системы отопления в проекте ОВ и ожидаемой при расчете согласно 101 б), с учетом которого пересчитать требуемые расчетные параметры теплоносителя, циркулирующего в системе, и в зависимости от соотношения величины бытовых теплопоступлений к расчетной нагрузке системы отопления установление угла наклона температурного графика, поддерживаемого контроллером регулятора подачи теплоты в систему отопления, размещаемого в АИТП или АУУ (при теплоснабжении от ЦТП)».
А также в п. 6.1.2 СП 60.13330.2016, говоря об «автоматическом регулировании подачи (а не потребления, как в тексте) тепловой энергии в системы отопления в зависимости от изменения температуры наружного воздуха», необходимо добавить также, что следует из содержания настоящей статьи: «и с учетом теплового баланса здания и возможного запаса тепловой мощности системы отопления», что на 20–40% увеличивает энергоэффективность зданий в эксплуатации. Класс энергетической эффективности зданий следует определять после устранения выявленного их перегрева.
В отношении п. 6.1.2 СП 60, помимо этого уточнения, было много нареканий специалистов, связанных с тем, что для нашей страны, самой холодной по климату, раскинувшейся на 9 часовых поясах (а по меридиональному исчислению — на 11) и практически включающей все существующие на земле природные зоны, в области теплоснабжения нельзя ограничить присоединение тепловых пунктов зданий к тепловым сетям предложенными в этом СП решениями. По результатам обсуждения содержания этого пункта на форуме специалистов, организованном НП «АВОК» в интернете и изложенном в [10], было предложено п. 6.1.2 СП 60.13330.2016 изложить в следующей редакции (красным шрифтом — внесенные изменения в оригинальный текст):
«Системы отопления зданий различного назначения следует присоединять к тепловым сетям централизованного теплоснабжения или автономного источника теплоты по независимой схеме через индивидуальные тепловые пункты (ИТП), с автоматическим регулированием подачи теплоты в систему отопления в зависимости от изменения температуры наружного воздуха и с учетом теплового баланса здания и возможного запаса тепловой мощности системы отопления. В ИТП следует также осуществлять автоматическое поддержание заданной температуры и давления горячей воды в системе горячего водоснабжения. В зданиях с периодическим режимом работы следует предусматривать автоматическое снижение подачи теплоты в систему отопления этого здания в нерабочее время.
Автоматическое регулирование подачи теплоты в систему отопления многоквартирных домов должно осуществляться отдельно в каждом доме (части дома при расчетной нагрузке на отопление превышающей 0,7 МВт) в ИТП или в АУУ (автоматизированном узле управления системой отопления) при подключении группы домов через существующий ЦТП. При возникновении в условиях эксплуатации необходимости замены внутриквартальных сетей теплоснабжения от ЦТП или замены основного оборудования в ЦТП следует узлы приготовления горячей воды, преобразования параметров теплоносителя для отопления, авторегулирования и учета теплоты переносить в создаваемый АИТП каждого дома.
Индивидуальный тепловой пункт жилых и общественных зданий следует размещать в обслуживаемом здании, здесь же размещается узел учета тепловой энергии, измеряющий суммарное теплопотребление зданием и подводомер холодной воды, направляемой на горячее водоснабжение. В АУУ, как правило, измерение расхода тепловой энергии осуществляется раздельно на отопление и горячее водоснабжение дома.
При наличии в здании калориферов приточной вентиляции или секций подогрева кондиционеров система внутридомового теплоснабжения их подключается к тепловым сетям по зависимой схеме с обеспечением автоматической защиты от повышенного давления. Допускается при централизованном теплоснабжении группы малоэтажных домов (до 3 этажей включительно) присоединять к тепловым сетям через ЦТП с автоматическим регулированием подачи теплоты во внутриквартальные сети отопления и параметрами теплоносителя, циркулирующего в этих сетях, требуемыми для систем отопления подключенных к ним зданий.
Присоединение систем отопления через элеватор, даже автоматизированный, не допускается, но он может быть использован в обвязке циркуляционного насоса в качестве резервного смесительного устройства (без дополнительного переключения) в районах с нестабильным электроснабжением. Присоединение систем отопления строящихся или реконструируемых отдельных зданий (внутри сложившейся застройки с общим для группы зданий тепловым пунктом) необходимо предусматривать через автоматизированный насосный узел смешения».
Указанные предложения были переданы в Минстрой России, но вместо них в изменениях № 1 к СП 60.13330.2016, утвержденных приказом от 22 января 2019г. № 24, появилась лаконичная запись: «Пункт 6.1.2 изложить в новой редакции: Системы внутреннего теплоснабжения зданий различного назначения следует присоединять к тепловым сетям централизованного теплоснабжения или автономного источника теплоты согласно СП 124.13330.2012 с учетом теплового баланса здания [6].», где 6 — это СП 41-101-95 «Проектирование тепловых пунктов». Но в п. 6.14 СП 124.13330 речь идет о присоединении системы отопления, а не внутреннего теплоснабжения, затем после 2012 года этот СП не пересматривался, как все другие, и этот пункт изложен в неконкретной форме, как теперь требуется: «могут присоединяться», «как правило», «допускается присоединять при обосновании». Более того, в п. 14.2 СП 124 указано: «Проектирование тепловых пунктов должно осуществляться в соответствии с СП 60.13330 и [6]», а в изменениях к СП 60.13330 только лаконичная запись, отсылающего читателя к тому же СП 124.13330, а основное содержание, как проектировать тепловые пункты и конкретно присоединять к тепловым сетям, что было в предложениях НП «АВОК», — исключено!
В представленном для внесения изменений Перечне нормативных правовых актов под п. 5 приводится поручение Минстрою России разработать проект приказа Минстроя России «О внесении изменений в Требования к составу, содержанию и порядку оформления заключения государственной экспертизы проектной документации …, утвержденные Приказом Минстроя России от 08 июня 2018 г. № 341/пр».
Следует заметить, что в цитируемом приказе ни словом не говорится о требованиях к экспертизе оценивать энергетическую эффективность проекта вновь сооружаемого или капитально ремонтируемого здания.
Опять же из текста Требований энергетической эффективности зданий, утвержденных Приказом Минстроя № 1550, по сравнению с последней редакцией странным образом из перечня обязательных лиц, участвующих в строительном процессе, исчезли лица (организации),осуществляющие экспертизу проектной документации, предусмотренные ранее в п. 2 Правил установления требований энергетической эффективности зданий, утвержденных ППРФ № 18 от 25.01.2011 и № 603 от 20.05.2017: «…подлежат применению при проектировании, экспертизе, строительстве, вводе в эксплуатацию и в процессе эксплуатации построенных, реконструированных или прошедших капитальный ремонт отапливаемых зданий…». В результате получается, что экспертиза устранена от контроля за энергоэффективностью строящихся и капитально ремонтируемых зданий, что фактически приводит к снижению их энергоэффективности, отмеченное выше.
Задача экспертизы в этой области проверить, соответствуют ли выбранные конструкции наружных ограждений требуемому приведенному сопротивлению теплопередаче, учтены ли все составляющие теплового баланса здания при определении удельного теплопотребления на отопление и вентиляцию, соответствуют ли заданным значениям исходные показатели, принятые в расчетах, и соответствует ли запроектированное здание нормируемым требованиям энергетической эффективности и какой проекту можно присвоить класс энергоэффективности.
Утверждает класс энергетической эффективности построенного и капитально отремонтированного многоквартирного дома или общественного здания согласно ФЗ № 261 Госстройнадзор, но эта организация расчеты не проводит и не проверяет их, а должна ориентироваться на результаты заключения экспертизы по проектной документации и подтверждение застройщиком этих результатов с использованием инструментально-расчетных методов при вводе здания в эксплуатацию в соответствии с п. 10 настоящего приказа.
Далее, в части 3 статьи 49 ФЗ 261 установлено, что экспертиза проектной документации не проводится в отношении документации объектов капитального строительства, получившей положительное заключение экспертизы,применяемой повторно, но для оценки энергетической эффективности это неправильно. Современные дома типовых серий являются типовыми только по принятой конструкции оболочки здания, они различны по этажности, количеству и типу секций (рядовая, торцевая, угловая) и набору квартир (2, 3 или 4 на этаже), а поэтому удельные расходы тепловой энергии на отопление и вентиляцию для разных домов одной и той же типовой серии будут различны, и энергетические паспорта тоже будут разные. В экспертизу следует представлять энергетический паспорт каждого привязываемого по типовому проекту жилого дома, в том числе привязываемого по типовому проекту, ранее согласованного с экспертизой, а вместе с ним и раздел проекта «Отопление и вентиляция» с расчетной нагрузкой системы отопления здания.
Последнее важно для обеспечения расчетной экономии тепловой энергии от утепления здания при наличии запаса в поверхности нагрева отопительных приборов. Экспертиза проверяет правильность выбора требуемого температурного графика подачи теплоты на отопление в зависимости от установленного запаса поверхности нагрева отопительных приборов, а также соответствие проекту и изложенным выше требованиям автоматизированного теплового пункта.
Это следует и из Постановления Правительства Российской Федерации от 12 ноября 2016 г. № 1159 «О критериях экономической эффективности проектной документации», в котором указывается:
«2. Установить, что проектная документация повторного использования, а также проектная документация, подготовленная в соответствии с частью 3 статьи 48.2 Градостроительного кодекса Российской Федерации, признаются экономически эффективной проектной документацией при условии их соответствия следующим критериям:
…б) объект капитального строительства, предусмотренный в проектной документации, имеет подтвержденный заключением государственной экспертизы класс энергетической эффективности не ниже класса C (нормальный по СНиП 23-02-2003, теперь это класс D)».
Из приведенного следует, что в текст рассматриваемого приказа следует внести указание, что до утверждения класса энергоэффективности государственным строительным надзором в проектной документации на новое строительство, повторного применения и на капремонт должен указываться ожидаемый класс энергоэффективности, и он должен быть подтвержден экспертизой.
Приложение
Выдержки из Требований к составу, содержанию и порядку оформления заключения государственной экспертизы проектной документации (утв. Приказом Минстроя РФ от 8 июня2018 года № 341/пр) с дополнениями НП «АВОК» в части установления класса энергетической эффективности
«… 4. Заключение экспертизы должно содержать титульный лист, а также следующие разделы:
1) общие положения и сведения о заключении экспертизы;
2) сведения, содержащиеся в документах, представленных для проведения экспертизы проектной документации, в том числе установленный на основании расчетов класс энергетической эффективности зданий (красным шрифтом — дополнения НП «АВОК»);
3) сведения, содержащиеся в документах, представленных для проведения экспертизы результатов инженерных изысканий;
4) описание рассмотренной документации (материалов), в том числе Энергетический паспорт проекта здания и расчет показателя энергетической эффективности при проектировании — удельного годового расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания, отнесенного к общей площади квартир и полезной площади нежилых помещений (при их наличии в многоквартирном доме) или полезной площади отапливаемых помещений общественного здания;
5) выводы по результатам рассмотрения.
… 13. Раздел «выводы по результатам рассмотрения» включает:
3) общие выводы (указывается итоговый вывод о соответствии или несоответствии проектной документации и (или) результатов инженерных изысканий установленным требованиям), в том числе соответствует ли рассматриваемый проект здания требованиям энергетической эффективности и требуемому классу энергетической эффективности;
II. Сведения, содержащиеся в документах, представленных для проведения экспертизы проектной документации
… 2.1. Сведения об объекте капитального строительства, применительно к которому подготовлена проектная документация
2.1.1. Сведения о наименовании объекта капитального строительства, его почтовый (строительный) адрес или местоположение
2.1.2. Сведения о функциональном назначении объекта капитального строительства
2.1.3. Сведения о технико-экономических показателях объекта капитального строительства, в том числе показатель энергетической эффективности, коэффициент запаса тепловой мощности системы отопления и подтверждение достигнутого в проекте класса энергетической эффективности (при сложном объекте — по каждому зданию, входящему в этот объект капитального строительства)
… V.Выводы по результатам рассмотрения
… 5.2. Выводы в отношении технической части проектной документации
5.2.2. Выводы о соответствии или несоответствии технической части проектной документации результатам инженерных изысканий и требованиям технических регламентов, в том числе в части энергетической эффективности проекта здания
6. Общие выводы.
Литература
1. Агафонова И. А., Милованов А. Ю., Шилкин Н. В. Многоэтажный жилой дом премиум-класса с гибридной вентиляцией. «АВОК», № 3-2019.
2. Агафонова И. А., Милованов А. Ю., Шилкин Н. В. Инженерные системы многоэтажного жилого дома премиум-класса. «АВОК», № 4-2019.
3. Стандарт организации СТО НОП 2.01-2014 «Требования к содержанию и расчету показателей энергетического паспорта проекта жилого и общественного здания». Издание Национального объединения проектировщиков. Москва 2014, 188 стр.
4. Ливчак В. И.Выбор приоритета в авторегулировании теплоотдачи систем отопления жилых зданий. «Инженерные системы» АВОК Северо-Запад, № 1-2016.
5. Ливчак В. И. Обоснование изменения методики расчета показателя энергетической эффективности зданий изложенной в СП 50.13330.2012. «Энергосбережение», № 5-2019.
6. Ливчак В. И., Горшков А. С. Обоснование величин базового удельного годового расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию жилых и общественных зданий для разных регионов России «Инженерные системы» АВОК Северо-Запад, № 2-2018.
7. Ливчак В. И., Горшков А. С. Почему приказ Требования энергетической эффективности зданий это движение назад, в прошлый век? «Инженерные системы» АВОК Северо-Запад, № 4-2017.
8. Ливчак В. И. Фактическое теплопотребление зданий как показатель качества и надежности проектирования. «АВОК», № 3-2009.
9. Соколов Е. Я. Теплофикация и тепловые сети. — М. Энергия, 1975.
10. Ливчак В. И. Комментарии к дискуссии на форуме АВОК по пункту 6.1.2 СП 60.13330.2016, новая формулировка. «АВОК», № 3-2018.
По оценкам специалистов, мировое энергопотребление центров обработки данных составляет около 2–3% от общего потребления электроэнергии на земле. В результате столь высокого уровня энергопотребления возникает все большая необходимость во внедрении высокоэффективных решений. В частности, технологии свободного охлаждения и испарительного охлаждения являются одними из наиболее перспективных решений для охлаждения центров обработки данных, особенно для недавно построенных площадок. Подобные проекты предусматривают разделение между холодными и горячими потоками воздуха, допуская при этом более высокую температуру приточного воздуха, как указано в нормативных актах ASHRAE TC 9.1.
В последние годы были разработаны различные решения как для прямого (ПИО), так и косвенного испарительного охлаждения (КИО). Наиболее оптимальный вариант зависит от погодных условий и ограничений при установке, при этом всегда учитывается баланс между энергосбережением и обеспечением бесперебойного функционирования систем, что крайне важно в подобных применениях.
Среди вышеописанных решений в последние годы системы косвенного испарительного охлаждения (КИО) являются особенно интересными благодаря разработке различных конфигураций и совершенствованию технологий. По мере роста количества установок все производители отрасли стремятся улучшить эти технологии и перейти на следующий уровень.
Рис. 1. Пример установки системы КИО
Данная система состоит из кондиционера, который рециркулирует воздух из центра обработки данных и использует наружный воздух для охлаждения через воздухо-воздушный перекрестноточный теплообменник (рис. 1). Этот наружный, или «вторичный», воздушный поток проходит через теплообменник без попадания в центр обработки данных, что позволяет избежать попадания загрязняющих веществ в воздух. Зимой наружный воздух достаточно холодный, чтобы обеспечить охлаждение, а в летний период испарительный охладитель снижает температуру «вторичного» воздуха, одновременно повышая его влажность до насыщения, с максимальным охлаждением рециркуляционного воздуха, при этом не влияя на его влажность. Охлаждающий змеевик (прямого расширения или c охлажденной водой) может обеспечить дополнительную охлаждающую способность, если это необходимо, а также обеспечить непрерывное обслуживание. Воздух подается в «холодный» вентиляционный канал и распределяется через решетки или диффузоры, после чего возвратный вентилятор забирает воздух из «горячего» вентиляционного канала.
Улучшенная эффективность
Общая эффективность системы данного типа зависит от производительности двух отдельных компонентов: сердца системы — пластинчатого теплообменника и адиабатического увлажнителя. Компании Carel и Recuperator уже много лет работают вместе в поисках новых возможностей для повышения эффективности этой технологии и предоставления производителям систем вентиляции наилучших решений по объединению этих двух компонентов.
Теплообменник
Теплообменник B ∙ Blue
В настоящее время существуют различные типы теплообменников, однако наиболее подходящей технологией является применение перекрестноточного алюминиевого теплообменника со специальным покрытием (рис. 2), поскольку это дает ряд преимуществ:
— Лучшая сухая эффективность, то есть испарительное охлаждение используется только при необходимости, таким образом оптимизируя количество использованной воды.
— Гарантирует лучшую воздушную и водонепроницаемость: в частности, последнее очень важно для предотвращения попадания воды в серверную комнату. Эта характеристика делает перекрестноточные теплообменники наиболее подходящей технологией по сравнению с роторными теплообменниками. При использовании роторов нельзя избежать перекрестного загрязнения (перетока между приточным и вытяжным потоками воздуха), что делает практически невозможным использование испарительного охлаждения.
— Устойчивость к высокому перепаду давления между двумя воздушными потоками, что обеспечивает более гибкую компоновку двух воздушных потоков с их собственной скоростью и давлением воздуха.
— Устойчивость к образованию льда благодаря собственной упругости алюминия, так как охлаждающее устройство работает круглый год и должно быть надежным в течение всего времени использования.
— Легкая чистка с помощью аппаратов высокого давления без повреждений, что обеспечивает высокую надежность с течением времени.
Адиабатический увлажнитель
Рис. 3. Система КЕС
Существуют разные способы испарительного охлаждения «вторичного» воздушного потока. В одной из технологий используется так называемая «влажная губка» (WET PAD), картон или пластиковый носитель, пропитанный водой, через который проходит воздух, поглощая влагу и тем самым охлаждаясь. Альтернативным способом является распыление воды в воздушный поток, создающее при этом мелкие капли для облегчения испарения. Например, в таких системах, как Carel KEC (рис. 3) используется насос для повышения давления воды до 15 бар, распыляющий ее через форсунки с последующим эффективным поглощением для оптимального охлаждающего эффекта. Ниже представлены преимущества системы испарительного охлаждения под давлением KEC:
— Лучшая эффективность поглощения благодаря каплям меньшего размера.
— Лучший контроль температуры, так как насос управляется инвертором, который дает возможность регулирования количества распыляемой воды. Кроме того, сниженная инерция системы обеспечивает более быструю реакцию, что имеет первостепенное значение для контроля температуры подачи (рис. 4).
Рис. 4. Сравнение разницы температур воздуха в ЦОД между конфигурациями WET PAD и KEC
— Меньший перепад давления по сравнению с системой, в которой используется «влажная губка», что означает более низкую совокупную стоимость для конечного клиента благодаря более низкому потреблению энергии вентилятором.
— Сокращение технического обслуживания, так как «влажную губку» необходимо периодически заменять.
— Возможность достижения непрерывного обслуживания путем удвоения системы распыления. Двойная «влажная губка» означает либо два канала, либо удвоение потерь давления.
— Возможность смачивать поверхность теплообменника (если это позволяет тип теплообменника), обеспечивая охлаждающую способность для испарения при контакте.
Совместные исследования, проводимые компанией Recuperator и Carel, направлены на то, чтобы определить, какое расположение системы KEC является наилучшим для оптимального распределения воды на пластинах теплообменника с ограниченным потреблением воды. Адиабатический увлажнитель среднего давления KEC позволяет выбирать различные варианты, чтобы найти наиболее оптимальный. Для достижения этого были исследованы экспериментально всевозможные конфигурации, при этом производительность измерялась при разных рабочих условиях: увлажнение сверху, сбоку, снизу, сверху под углом 45 ° и снизу под углом 45 ° (рис. 5).
Рис. 5. Конфигурации системы KЕС и теплообменника
Результаты показывают, что наибольшая охлаждающая способность достигается при вертикальной ориентации пластин теплообменника и подачи воды/вторичного воздуха сверху: на входе в теплообменник происходит предварительное увлажнение, а испарение воды равномерно распределяется по теплообменнику. Сопла, расположенные в противотоке к воздушному потоку, еще больше увеличивают охлаждающую способность всей системы (рис. 6).
Производительность систем, не показанных на графике: верхняя и нижняя конфигурации под углом 45 ° имеет промежуточную производительность между компоновкой снизу и сверху.
Пластинчатый теплообменник: B ∙ Blue
Для дальнейшего увеличения охлаждающей способности системы косвенного испарительного охлаждения (КИО) компания Recuperator разработала специальную серию B ∙ Blue. Основой этой серии является перекрестноточный теплообменник типа «воздух — воздух», предназначенный для косвенного и адиабатического испарительного охлаждения. Благодаря специальному покрытию он может противостоять самым агрессивным типам воды в течение многих лет. Это уникальное покрытие имеет функцию защиты и повышения производительности системы.
Рис. 6. Сравнение разных конфигураций системы KEC + теплообменник
Рекуператоры серии B ∙ Blue обладают всеми функциями, необходимыми для использования в центрах по обработке данных. Специальное оребрение было разработано для увеличения распределения воды на поверхности пластин во время адиабатического процесса. Распределение и форма турбулентной геометрии позволяют воде распределяться по всей пластине. Синий цвет теплообменника обусловлен цветом специального гидрофильного покрытия, которое повышает смачиваемость пластин.
Это покрытие было разработано и проверено в лаборатории Миланского политехнического института в сотрудничестве с поставщиком алюминия компании Recuperator, чтобы увеличить образование водной пленки и улучшить удержание воды на поверхности, таким образом обеспечивая более высокую охлаждающую способность при меньшем потреблении воды.
Предложена модель ревитализации депрессивных производственных зон современного города на основе строительства технопарков. Показано, что создание технопарков путем взаимовыгодного симбиоза науки и производства является эффективным способом системного обновления города и позволяет выйти на новый уровень комфорта, энергоэффективности и защиты окружающей среды.
Изучение процессов развития городов является важнейшей проблемой теории градостроительства. Основным градообразующим фактором в мегаполисах в XIX и в первой половине XX века являлась промышленность. Жилые зоны располагались в непосредственной близости от промышленных зон, поэтому часто селитебные территории оказывались внутри производственных, что характерно для крупных городов Европы и России. Часто крупные промышленные предприятия располагаются на особо ценных в градостроительном отношении территориях — в прибрежной зоне, зоне общегородского центра. Монотонные фасады производственных зданий снижают уровень визуального комфорта. Техногенные воздействия часто приводят к загрязнению почв, поверхностных и подземных вод высокотоксичными веществами. Выбросы вредных веществ в атмосферу повышают загрязненность окружающей среды, способствуя проникновению в помещения жилых и общественных зданий пыли, влаги, вредных веществ из атмосферного воздуха. Размещение производственного здания или сооружения в черте города, отсутствие благоустройства и озеленения прилегающей территории, сокращение санитарных разрывов зачастую приводят к недопустимому повышению уровня воздушного шума на территории жилой застройки. Повышенная вибрация также является фактором риска и может причинить вред здоровью людей. Многие субъекты промышленной деятельности имеют высокую энергоемкость продукции и не отвечают современным требованиям энергосбережения. Размещение крупных промышленных предприятий в черте города снижает безопасность, уровень комфорта, качество окружающей среды и является одним из значимых факторов, замедляющих устойчивое развитие современного города [1, 2].
Актуальность проблемы реновации промышленных зон возрастает в связи с ростом численности городов, что приводит к необходимости поиска новых градостроительных, архитектурно-планировочных, конструктивных и инженерно-технических решений [3–5]. Особую значимость эта проблема приобретает в связи с развитием концепции «умный город» [6–9].
1. Современные представления о ревитализации депрессивных производственных зон
Ревитализация — это комплексный процесс реорганизации и оживления городской среды. Основной принцип ревитализации заключается в раскрытии новых возможностей старых территорий и построек.
Для обеспечения качественного роста привлекательности города необходимо вовлекать в оборот площади из числа неэффективно используемых территорий, главным образом депрессивных производственных площадок. Подобные «конверсионные территории» являются одним из важнейших ресурсов устойчивого городского развития и должны быть использованы для создания объектов наукоемкого и инновационного производства, общественно-делового и жилого назначения, формирования новых общественных пространств в интересах жителей города и предпринимательского сообщества.
Различают следующие модели преобразования промышленных территорий (рис. 1):
— с сохранением производственных функций;
— с частичной заменой функций;
— с полной заменой функций.
Рис. 1. Модели преобразования промышленных территорий
Для модели первой группы характерны: сохранение первоначального облика здания (реставрация) и технологическое переоснащение производства в существующей конфигурации здания или сооружения (модернизация).
Характерными особенностями модели второй группы являются: реконструкция планировочной структуры с повышением устойчивости ее характеристик; переоборудование объектов в музеи и музейно-выставочные комплексы; внедрение новых объектов городского значения в промышленные территории, имеющие историческую и культурную ценность.
Модель третьей группы имеет следующие особенности: перепрофилирование промышленных объектов и территорий; благоустройство и озеленение депрессивных территорий; полный снос промышленных сооружений и использование территории в иных целях.
Поскольку модель первой группы применима, главным образом, к объектам культурного наследия, рассмотрение этой модели выходит за рамки данного исследования.
В зависимости от предполагаемого изменения функционального назначения можно выделить следующие способы преобразования депрессивных промышленных зон (рис. 2): в общественно-деловую, жилую и рекреационную зоны.
Рис. 2. Способы преобразования промышленных зон
Широко применяемый в современной практике способ преобразования производственной зоны в общественно-деловую зону способствует развитию потребительского рынка и сферы услуг, обеспечивающих потребность жителей города в разнообразных товарах, работах и услугах. Размещение объектов общественно-коммерческого назначения позволяет наполнить территорию жизненной активностью независимо от времени суток. Однако полное преобразование в общественно-деловую зону неизбежно создает дополнительные нагрузки на существующую инфраструктуру города.
Известно, что мегатрендом современного общества является рурализация — отток населения из городов в сельскую местность при переходе от индустриального общества к постиндустриальному [10]. Рурализация часто связана с ухудшением экономической ситуации в городах.
Другим фактором, указывающим на неэффективность полного замещения промышленной территории жилой зоной, является высокая миграция людей из мегаполисов. Сошлемся в качестве примера на г. Волгоград. Согласно статистическим данным [11], миграционная убыль населения Волгограда и Волгоградской области за 2018 год составила 3767 человек, что превышает показатели 2007 года в 3,7 раза. Одной из негативных тенденций является рост оттока молодежи в соседние города, а значит, и убыль перспективных трудовых ресурсов. В целом по динамике численности населения Волгоград занимает одно из последних мест среди городов-миллионников Российской Федерации и при ухудшении динамики в долгосрочной перспективе рискует потерять статус города-миллионника.
Если перепрофилировать производственную зону на жилую, то рост плотности населения в жилой зоне создаст дополнительные нагрузки на существующую инфраструктуру. Необходимость полного восстановления земельных участков после их промышленного использования требует также проведения затратных мероприятий по рекультивации всей площади участка, что неизбежно отразится на стоимости нового жилья.
Полное замещение производственных территорий рекреационной зоной способствует оздоровлению городской среды и повышению комфортности антропоморфной среды обитания, однако является фактором, сдерживающим социально-экономическое развитие.
Таким образом, анализ моделей и способов ревитализации депрессивных производственных зон показывает несостоятельность монофункционального преобразования территории города и требует поиска новых эффективных способов системного обновления. Одним из таких способов является строительство технопарков, позволяющих реализовать инновационные проекты в сфере высоких технологий.
2. Технопарк — важнейшая составляющая современного города
Одним из стратегических направлений приоритетного технологического развития России является создание умных городов. Умный город — сложная система. Базовые принципы умного города как открытой, биосферной, самоорганизующейся системы, сориентированной во времени, раскрыты в [9]. Важным процессом становления и развития умного города является обновление антропоморфной среды обитания с целью повышения ее устойчивости — реновация. Традиционный взгляд на город как систему тысячелетних неизменяемых форм сегодня является сомнительным.
Большое значение при реновации имеет автоматизация систем жизнеобеспечения среды обитания, главной целью которой является повышение безопасности, создание оптимальных условий комфорта, обеспечение максимальной эффективности энерго- и ресурсопотребления. Автоматизированная система управления является технической основой главного компонента умного города — умных зданий. Она предназначена для высокоэффективной реализации процессов и операций в зданиях и на территории застройки.
2.1. Технопарк как ключевой аспект интеграции науки и производства
Наиболее эффективным методом развития высоких технологий является система технопарков. Как правило, технопарк создается вокруг основного предприятия, которое служит непосредственным заказчиком для многочисленных фирм-разработчиков. При организации наукоемкого производства требуется вести создание технопарков на базе имеющегося научно-технического, кадрового и образовательного потенциала, как хорошо работающего в мировой практике механизма прогресса в области высоких технологий.
Первые технопарки появились в США. После Второй мировой войны, когда в Стэнфорде резко увеличилось количество студентов, университету потребовалось дополнительное финансирование. Университет владел большим земельным участком (около 32 км2), но не имел права продавать его. Учитывая ограничения, профессор Стэнфордского университета Ф. Терман предложил руководству учебного заведения сдавать землю в долговременную аренду для использования в качестве офисного парка. Тем самым учебное заведение стало получать доход, а компании могли воспользоваться лизинговыми инструментами. Арендаторами могли выступать только высокотехнологичные бизнес-компании, в основном в области электронной промышленности, что позволило обеспечить работой выпускников университета, а также решить проблему дефицита высококвалифицированных специалистов. Идея Термана и ее реализация на территории Стэнфордского университета стали началом Кремниевой долины.
Сейчас в Стэнфордском научном парке находится более 150 компаний, работают 19 000 человек, в нем развита транспортная инфраструктура, и он расположен в пешеходной доступности от кампуса Стэнфордского университета.
Первым информационно-технологическим центром СССР в начале 60-х годов прошлого века стал подмосковный Зеленоград. Здесь Московский институт электронной техники готовил специалистов, научно-исследовательские институты и конструкторские бюро разрабатывали технологические процессы и программное обеспечение, а заводы принимали результаты разработок в опытное и серийное производство. Почти все население 130-тысячного города работало на предприятиях микроэлектроники или городского хозяйства. В США этот город иногда называли Советской силиконовой долиной.
Базой для создания технопарков часто становились академгородки (наукограды). Например, в СССР в 1956 году был создан Академгородок в Новосибирске, который успешно действует и сейчас.
Первый российский технопарк — Томский научно-технологический парк — был создан в 1990 году. В нем находится Томский региональный центр трансфера технологий, помогающий малым наукоемким предприятиям продвигать инновационные разработки и продукцию на рынок.
Сегодня в России работает около 60 технопарков в 35 регионах, они были созданы за 27 лет. В США около 170 исследовательских и научных парков открылись за последние 67 лет.
Большинство российских технопарков (33%) специализируется на развитии IT-технологий (рис. 3). В тройку наиболее востребованных наукоемких производств входят высокотехнологичная химия (25%) и нанотехнологии (16%) [12].
Рис. 3. Специализация российских технопарков, % (по данным Минкомсвязи РФ)
Внедрение указанных технологий в архитектуру и строительство будет в значительной степени способствовать развитию умного города.
Выделим основные задачи по реновации депрессивных производственных зон с помощью технопарков.
1. Перенос крупных энергоемких промышленных предприятий из центра города на окраины для использования территорий под технопарки.
2. Поэтапное замещение производственных функций технопарками для развития производственно-деловой, общественно-деловой, жилой и рекреационной функций города. Ожидается, что создание технопарков будет способствовать развитию высоких технологий в соответствии со стратегией развития города и созданию высокопроизводительных рабочих мест.
3. Формирование границ земельных участков для размещения технопарков. Согласно ГОСТ Р 56425–2015 (п. 6) общая площадь территории технопарка должна составлять не менее 3,5 га.
4. Формирование структуры технопарка. Структурными элементами технопарка являются:
— научно-образовательный центр технопарка, осуществляющий по заданию заказчика поиск и разработку наукоемких инновационных технологий, подготовку высококвалифицированных специалистов;
— инкубатор малого бизнеса, в котором на льготных условиях располагаются многочисленные начинающие инновационные бизнес-компании и фирмы;
— предприятия малого и среднего бизнеса, вышедшие из инкубатора, но пожелавшие остаться на территории технопарка; предприятия и фирмы, которые пришли в технопарк из высших учебных заведений, научных центров, промышленных предприятий; дочерние фирмы, филиалы, отделения крупных предприятий и корпораций;
— высокоплотная жилая застройка, формируемая преимущественно малоэтажными (до 4 этажей) и среднеэтажными (5–8 этажей) многоквартирными жилыми домами, расположенными в шаговой доступности от наукоемкого производства;
— рекреационная зона.
5. Повышение эффективности использования территории бывших производственных зон — санация, рекультивация, упорядочение застройки, комплексное благоустройство и озеленение территорий, развитие инженерной и транспортной инфраструктур.
Для успешного развития наукоемких технологий в России требуется государственная поддержка. По соотношению затрат на науку в валовом внутреннем продукте (ВВП) Россия с показателем 1,1% отстает от ведущих стран мира и находится на 34-м месте. По меткому выражению лауреата Нобелевской премии Ж. И. Алферова, «На словах власть заботится о научном потенциале государства, но на деле положение такое, что наукой могут заниматься сегодня только несгибаемые оптимисты» [13].
Решение этих задач, безусловно, требует серьезных изменений в образовании, и эти процессы идут в ведущих вузах страны. Один из императивов современного образования состоит в том, что в своей учебной и научной деятельности университет должен ориентироваться на решение важнейших технологических задач и широко развивать междисциплинарные учебные исследовательские программы.
Только взаимовыгодный симбиоз науки и высокотехнологичного производства позволит выйти на качественно новый уровень развития города.
2.2. Создание комфортной энергоэффективной среды обитания в технопарке
Глобальным трендом в мировой зеленой экономике является энергосбережение и повышение энергоэффективности. В этой связи технопарк является эффективным инструментарием демонстрации современных энергосберегающих технологий непосредственно в натурных (эксплуатационных) условиях, способствуя уверенному продвижению гуманных и прогрессивных идей энергосбережения в современное общество. При этом территория технопарка может рассматриваться как своеобразный «демонстрационный полигон» результатов наукоемкой инновационной производственной деятельности технопарка, поиска наиболее эффективных технологий умного дома и умного города.
С точки зрения энергосбережения в технопарке, на наш взгляд, наиболее перспективно продвижение следующих наукоемких фундаментальных и прикладных технологий:
— развитие солнечной энергетики в архитектуре и строительстве;
— развитие оптоэлектроники для производства светодиодов и применения их в системах искусственного освещения зданий и территорий;
— развитие технологий для производства надежных и долговечных строительных материалов и изделий с повышенными теплозащитными, влагозащитными, воздухоизоляционными и звукоизоляционными свойствами;
— применение наружных ограждающих конструкций зданий (стен, окон, крыш, подвалов и т.д.) с повышенным уровнем теплозащиты [14–16] (рис. 4);
— применение высокоэффективных инженерных систем с автоматическим регулированием (индивидуальных тепловых пунктов, приборов учета потребления тепловой энергии и воды, терморегуляторов на отопительных приборах, механической вентиляции с рекуперацией теплоты вытяжного воздуха); наиболее высоких энергетических показателей можно достичь только при теплоизоляции всей оболочки здания и применении высокоэффективных инженерных систем с автоматическим регулированием, что обеспечивает снижение затрат тепловой энергии на отопление и вентиляцию на 70% [16];
— совершенствование систем естественного освещения зданий за счет применения полых трубчатых световодов (рис. 5); применение световодов может снизить затраты на искусственное освещение здания и повысить комфортность труда людей в помещении [17];
— строительство энергопассивных и энергоактивных зданий [18]: они либо почти не расходуют энергию от внешних источников, либо производят ее больше, чем потребляют;
— применение квартального типа застройки, что упорядочивает планировочную структуру, улучшает тепломассообменные процессы и способствует повышению комфортности городской застройки;
— применение технологий зеленого строительства [19, 20], что способствует формированию условий для здорового образа жизни, прежде всего за счет поглощения пыли, сокращения уровня шума и защиты строительных ограждающих конструкций от атмосферных воздействий; применение зеленых крыш сглаживает эффект «тепловых островов» за счет выравнивания температуры поверхностей и может существенно понизить среднюю температуру целого города;
— применение мультидисциплинарных научно-образовательных услуг для подготовки компетентных специалистов
Рис. 4. Энергоэффективные фасадные системы [21]: а — фасадная теплоизоляционная композиционная система (СФТК)
Рис. 4. Энергоэффективные фасадные системы [21]: б — навесная фасадная система (НФС)
Рис. 5. Энергоэффективные системы естественного освещения зданий: а — световой колодец в Пантеоне (Рим)
Рис. 5. Энергоэффективные системы естественного освещения зданий: б — световод в покрытии современного здания
Создание комфортной среды обитания в технопарке является сложной и многофакторной задачей. Только совместными усилиями градостроителей, архитекторов и инженеров можно достичь максимального эффекта решения этой задачи.
1.1. Применение солнечной энергетики в технопарке
Для создания комфортной среды обитания в зданиях требуются затраты энергии. Здания и сооружения потребляют огромное количество энергетических ресурсов. Расход топлива на теплоснабжение зданий составляет около 40% всего добываемого топлива. Традиционное жилое здание потребляет 200–250 кВт×ч/(м2×г.) тепловой энергии на отопление и вентиляцию [16].
Сегодня мы живем за счет исчерпаемых источников энергии — нефти, газа, угля, атомной энергии. Запасы органического топлива ограниченны. По оценкам ведущих российских специалистов нефти хватит на 40–50 лет, газа — на 60–70 лет, угля — значительно на больший срок, но при этом возникает масса экологических проблем.
На самом деле у человечества есть один неисчерпаемый экологически безопасный источник энергии — солнце. Не случайно М. Горький сравнивал солнце с «океаном энергии, красоты и опьяняющей душу радостью». Согласно справочным данным, годовое количество солнечной энергии, поступающей на единицу площади горизонтальной поверхности, равно: в Санкт-Петербурге — 5266 МДж/(м2×г.), в Москве — 5697 МДж/(м2×г.), в Волгограде — 6587 МДж/(м2×г.). С помощью гелиотехнических устройств может быть полезно использовано 10–50% этой энергии. В строительстве применяют пассивные и активные системы солнечного теплоснабжения зданий.
Пассивное использование солнечной энергии состоит в непосредственном нагревании ограждающих конструкций зданий солнечной радиацией с последующей передачей теплоты в обогреваемые помещения. В простейшей системе используется прямое улавливание солнечного излучения через большие окна южной ориентации, подобно солнечному дому Сократа (рис. 6).
Рис. 6. Солнечный дом Сократа (V в. до н. э.): 1 — остекление; 2 — стена с высоким уровнем теплоизоляции; 3 — теплоаккумулирующий пол; 4 — солнцезащитный козырек; 5 — утепленная крыша
Рис. 7. Современная гелиоустановка на крыше здания (общий вид)
В более сложной системе используется пристроенная к зданию солнечная теплица. В наиболее эффективной системе — стене Тромба — солнечное излучение поглощается вертикальными, ориентированными на юг, массивными темными стенами. У наружной поверхности стены имеется стеклянный экран. У пола и потолка обогреваемого помещения имеются отверстия для подачи в помещение теплого воздуха из воздушной прослойки и отвода холодного воздуха в прослойку. КПД современных пассивных систем солнечного теплоснабжения зданий может достигать 60–75%. Пассивные системы не требуют применения специального оборудования, а потому их часто применяют в энергоэкономичных зданиях.
Активное использование солнечной энергии в отличие от пассивного основано на применении гелиоустановок, преобразующих солнечную энергию в тепловую (рис. 7). Простейшая гелиоустановка состоит из солнечного коллектора, улавливающего солнечную энергию, и теплового аккумулятора — накопителя энергии. В настоящее время известно множество различных видов гелиоустановок, обеспечивающих солнечное теплоснабжение зданий [18]. Для отопления и кондиционирования зданий широко применяют теплонасосные системы, использующие теплоту верхних слоев земли и грунтовых вод [22].
В ближайшей перспективе эффективным методом преобразования солнечной энергии в электрическую может стать преобразование на основе полупроводниковых солнечных батарей, а это очень тесно связано с развитием нанотехнологий. Специалисты утверждают, что сегодня уже созданы солнечные батареи с КПД 30–35%, а в ближайшем будущем он достигнет 40–45%. Через 20–30 лет этот тип солнечной энергетики станет экономически сравнимым с другими видами энергии.
Применение альтернативной и возобновляемой энергии решает вопрос о сохранении природных богатств и позволяет повысить устойчивость среды обитания для будущих поколений.
3. Модель ревитализации Волгоградского тракторного завода
На основе вышеуказанных принципов предлагается модель ревитализации территории Волгоградского тракторного завода. Легендарный завод был построен в числе первых промышленных объектов, возведенных по планам ускоренной индустриализации СССР, принятым в конце 20-х годов прошлого века. Сталинградский тракторный завод сыграл огромную роль в Великой Отечественной войне, значительно помогая войскам с оборудованием и военной техникой. Проходные завода являются объектом культурного наследия регионального значения. После распада Советского Союза предприятие сокращало свое производство из года в год. В настоящее время большая часть территории открыта, большинство зданий и сооружений демонтировано.
Согласно генеральному плану города территория предназначена для формирования многофункциональной среды: общественно-деловой зоны (в том числе производственно-деловой зоны); зоны общественно-жилого назначения; рекреационной зоны.
На наш взгляд, оптимальной моделью ревитализации Волгоградского тракторного завода могла бы служить модель технопарка. Целью технопарка является организация и развитие наукоемкого инновационного производства в сфере высоких технологий по одному из приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в России — энергоэффективности и энергосбережению.
Функцию научно-образовательного центра технопарка может взять на себя опорный вуз города — Волгоградский государственный технический университет. Миссией технопарка ВолгГТУ является стимулирование инновационной деятельности в университете, направленной на активизацию структурных сдвигов в экономике г. Волгограда, повышение благосостояния университета, включая научных сотрудников, аспирантов и студентов ВолгГТУ посредством эффективного и рационального использования научного, инновационного и кадрового потенциала университета.
Основными задачами технопарка ВолгГТУ могут служить следующие:
1. Создание благоприятных стартовых условий для студентов, аспирантов, ученых и выпускников университета, решивших открыть свои стартап-компании и заняться предпринимательской деятельностью в области высоких технологий.
2. Создание благоприятной среды для существующих компаний, заинтересованных во взаимовыгодном сотрудничестве с университетом c целью использования его кадрового и научного потенциала.
3. Создание центра молодежного инновационного творчества.
Технопарк ВолгГТУ может оказывать следующие виды услуг:
— на стадии формирования идеи — авторам проектов даются бесплатные консультации по определению стратегии проекта, формирования команды, подбора источников финансирования;
— на начальной стадии — технологическим компаниям оказывается содействие в детализации концепции развития компании; усилении проектной команды; привлечении инвестиций из государственных и негосударственных источников финансирования;
— на стадии появления продукта и начала монетизации проектов (стартап) — создание финансовых моделей; подготовка бизнес-планов; проведение маркетинговых исследований и экспертиз; оценка рисков и построение стратегии защиты интеллектуальной собственности;
— для зрелых компаний, реализующих на рынке высокотехнологичную продукцию, — совместный запуск перспективных проектов и их сопровождение; поиск исполнителей научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в интересах компаний среди научных групп на разных факультетах университета; поиск потенциальных партнеров.
Развитие наукоемкого производства создает необходимые социально-экономические предпосылки для формирования жилых групп на территории технопарка, в шаговой доступности от производства. Применение жилых зданий различной этажности повышает визуальный комфорт и способствует формированию нового архитектурного облика города. В ходе ревитализации также планируется создание рекреационных общественных пространств, что существенно повысит комфортность городской среды.
Размещение на территории технопарка демонстрационных энергосберегающих полигонов, освещающих основные результаты наукоемкой инновационной производственной деятельности технопарка, является значимым фактором, формирующим положительный имидж опорного университета. Внедрение указанных технологий в городское строительство и хозяйство способствует становлению и развитию умного города.
Формирование на территории Волгоградского тракторного завода технопарка будет способствовать развитию наукоемкого производства и появлению высокопроизводительных рабочих мест. Это создаст «точки роста» инновационного производства и снизит отток молодежи из города.
Выводы
По итогам проведенных исследований сделаны следующие основные выводы:
На основе анализа современных моделей и способов ревитализации депрессивных производственных зон показана несостоятельность монофункционального преобразования территории города.
Даны принципиальные предложения по ревитализации депрессивных производственных зон с помощью системы технопарков как важнейшей составляющей умного города.
Показано, что создание технопарков на основе взаимовыгодного симбиоза науки и производства является эффективным способом системного обновления города и позволяет выйти на новый уровень комфорта, энергоэффективности и защиты окружающей среды.
Сформулированные принципы являются теоретической основой построения системы понятий, необходимых для формирования целостной концепции реновации депрессивных производственных зон и разработки конкретных проектных предложений.
Литература
Borodinecs A., Zemitis J., Sorokins J., Baranova D.V., Sovetnikov D.O. Renovation need for apartment buildings in Latvia // Magazine of Civil Engineering. 2016. No. 68 (8). Pp. 58–64.
Кириллова А. Н. Программа реновации жилищного фонда как фактор системного обновления и устойчивого развития городской застройки // Недвижимость: экономика, управление. 2017. № 3. С. 16–21.
Самойлова Н. А. Прошлое, настоящее и будущее поселений, развитие которых связано с добычей полезных ископаемых (на примере Кузбасса) // Вестник МГСУ. Т. 13. Вып. 2 (113). С. 155–169.
Голованов Е. Б., Киселева В.А. Развитие редевелопмента как направления по преобразованию городских территорий // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Экономика и менеджмент. 2013. Ч. 7. № 3. C. 12–16.
Цитман Т. О., Богатырева А.В. Реновация промышленной территории в структуре городской среды // Инженерно-строительный вестник Прикаспия. 2015. № 4 (14). С. 29–35.
Monteiro C. S., Costa C., Pina A., Santos M. Y., Ferrão P. An urban building database (UBD) supporting a smart city information system // Energy and Buildings. 2018. Vol. 158. Pp. 244–260.
Антюфеев А. В., Птичникова Г. А. Умный город, архитектура и человек // Социология города. 2019. № 2. С. 6–13.
Табунщиков Ю. А. Умные инженерные технологии Москвы — энергоэффективного города // АВОК: Вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение и строительная теплофизика. 2017. № 7. С. 4–13.
Korniyenko S. V. The experimental analysis and calculative assessment of building energy efficiency // Applied Mechanics and Materials. 2014. Vol. 618. Pp. 509–513.
Бродач М. М., Шилкин Н. В. #Рурализация: мегатренд постиндустриального общества // Энергосбережение. 2019. № 1. С. 4–8.
Территориальный орган Федеральной службы государственной статистики по Волгоградской области [сайт]. URL: http://volgastat.gks.ru/wps/wcm/connect/rosstat_ts/volgastat/ru/statistics/population/ (дата обращения: 24.07.2019).
Министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации [сайт]. URL: http://digital.gov.ru/ru/ (дата обращения: 24.07.2019).
Алферов Ж. И. Власть без мозгов. Отделение науки от государства. М.: Алгоритм, 2012. 224 С.
Корниенко С. В. Повышение энергоэффективности зданий за счет снижения теплопотерь через краевые зоны ограждающих конструкций // Academia. Архитектура и строительство. 2010. № 3. С. 348–351.
Корниенко С. В., Ватин Н. И., Горшков А. С. Оценка влажностного режима стен с фасадными теплоизоляционными композиционными системами // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2016. № 6 (45). С. 34–54.
Корниенко С. В. Энергоэффективный капитальный ремонт жилых зданий первых массовых серий // Энергосбережение. 2018. № 6. С. 12–19.
Соловьев А. К., Туснина О. А. Сравнительный теплотехнический расчет систем верхнего естественного освещения (зенитные фонари и полые трубчатые световоды) // Инженерно-строительный журнал. 2014. № 2. С. 24–35.
Табунщиков Ю. А., Бродач М. М., Шилкин Н. В. Энергоэффективные здания. М.: АВОК-ПРЕСС, 2003. 200 с.
Алоян Р. М., Федосов С. В., Опарина Л. А. Зеленое строительство — состояние, проблемы и пути решения. Иваново: ПресСТО, 2016. 276 с.
Корниенко С. В., Попова Е. Д. «Зеленое» строительство в России и за рубежом // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2017. № 4 (55). С. 67–93.
Vasil’ev G.P., Gornov V. F., Kolesova M. V., Yurchenko V. A., Dmitriev A. N. Ground source heat supply in Moscow oblast: temperature potential and sustainable depth of heat wells // Thermal Engineering. 2018. Vol. 65. No. 1. Pp. 72–78.
![Рис. 4. Энергоэффективные фасадные системы [21]: а — фасадная теплоизоляционная композиционная система (СФТК)](http://isjournal.ru/wp-content/uploads/2019/11/рисунок-4-а.jpg)
![Рис. 4. Энергоэффективные фасадные системы [21]: б — навесная фасадная система (НФС)](http://isjournal.ru/wp-content/uploads/2019/11/рисунок-4-б.jpg)
