Теплоснабжение. 
Теплоснабжение и отопление высотных зданий

Теплоснабжение внутренних систем отопления, горячего водоснабжения, вентиляции, кондиционирования высотных зданий рекомендуется предусматривать:

— от сетей централизованного теплоснабжения;

от автономного источника тепла (АИТ), при условии подтверждения допустимости его воздействия на состояние окружающей среды в соответствии с действующим природоохранным законодательством и нормативно-методическими документами;

от комбинированного источника тепла (КИТ), в том числе гибридных теплонасосных систем теплоснабжения, использующих нетрадиционные возобновляемые источники энергии и вторичные энергоресурсы (грунт, вентиляционные выбросы здания и т. п.) в комбинации с тепловыми и/или электрическими сетями.

Потребители тепла высотного здания по надежности теплоснабжения делятся на две категории:

первая — системы отопления, вентиляции и кондиционирования помещений, в которых при аварии не допускаются перерывы в подаче расчетного количества тепла и снижение температуры воздуха ниже минимально допустимых по ГОСТ 30 494. Перечень указанных помещений и минимально допустимые температуры воздуха в помещениях необходимо приводить в Техническом задании;

вторая — остальные потребители, для которых допускается снижение температуры в отапливаемых помещениях на период ликвидации аварии не более 54 часов, не ниже:

+16С — в жилых помещениях;

+12С — в общественных и административно-бытовых помещениях;

+5С — в производственных помещениях.

Теплоснабжение высотного здания следует проектировать, обеспечивая бесперебойную подачу тепла при авариях (отказах) на источнике тепла или в подающих тепловых сетях в течение ремонтно-восстановительного периода от двух (основного и резервного) независимых вводов тепловых сетей. От основного ввода должна обеспечиваться подача 100% необходимого количества тепла для высотного здания; от резервного ввода? подача тепла в количестве не менее требуемого для систем отопления и вентиляции и кондиционирования потребителей первой категории, а также систем отопления второй категории для поддержания температуры в отапливаемых помещениях не ниже указанной выше. К началу рабочего цикла температура воздуха в этих помещениях должна соответствовать нормативной.

Системы внутреннего теплоснабжения следует присоединять:

при централизованном теплоснабжении? по независимой схеме к тепловым сетям;

при АИТ? по зависимой или независимой схеме.

Системы внутреннего теплоснабжения необходимо делить по высоте зданий на зоны (зонировать). Высоту зоны следует определять величиной допустимого гидростатического давления в нижних элементах систем теплоснабжения каждой зоны.

Давление в любой точке систем теплоснабжения каждой зоны при гидродинамическом режиме (как при расчетных расходах и температуре воды, так и при возможных отклонениях от них) должно обеспечивать заполнение систем водой, предотвращать вскипание воды и не превышать значения, допустимого по прочности для оборудования (теплообменников, баков, насосов и др.), арматуры и трубопроводов.

Подача воды в каждую зону может осуществляться по последовательной (каскадной) или параллельной схеме через теплообменники с автоматическим регулированием температуры нагреваемой воды. Для потребителей тепла каждой зоны необходимо предусматривать, как правило, свой контур приготовления и распределения теплоносителя с температурой, регулируемой по индивидуальному температурному графику. При расчете температурного графика теплоносителя начало и конец отопительного периода следует принимать при среднесуточной температуре наружного воздуха +8С и усредненной расчетной температуре воздуха в отапливаемых помещениях.

Для систем теплоснабжения высотных зданий необходимо предусматривать резервирование оборудования по следующей схеме.

В каждом контуре приготовления теплоносителя следует устанавливать не менее двух теплообменников (рабочий + резервный), поверхность нагрева каждого из которых должна обеспечивать 100% требуемого расхода тепла для систем отопления, вентиляции, кондиционирования и горячего водоснабжения.

При установке в контуре приготовления горячей воды резервных емкостных электронагревателей резервирование теплообменников систем ГВС допускается не предусматривать.

Допускается установка в контуре приготовления теплоносителя для системы вентиляции трех теплообменников (2 рабочих + 1 резервный), поверхность нагрева каждого из которых должна обеспечивать 50% требуемого расхода тепла для систем вентиляции и кондиционирования.

При каскадной схеме теплоснабжения количество теплообменников для теплоснабжения верхних зон допускается принимать 2 рабочих + 1 резервный, причем поверхность нагрева каждого следует принимать по 50% или по техническому заданию.

Теплообменники, насосы и другое оборудование, а также арматуру и трубопроводы следует выбирать с учетом гидростатического и рабочего давления в системе теплоснабжения, а также предельного пробного давления при гидравлическом испытании. Рабочее давление в системах следует принимать на 10% ниже допустимого рабочего давления для всех элементов систем.

Параметры теплоносителя в системах теплоснабжения, как правило, следует принимать с учетом температуры нагреваемой воды в зональных теплообменниках контура приготовления воды соответствующей зоны по высоте здания. Температуру теплоносителя следует принимать не более 95 С в системах с трубопроводами из стальных или медных труб и не более 90 С — из полимерных труб, разрешенных к применению в системах теплоснабжения. Параметры теплоносителя в системах внутреннего теплоснабжения допускается принимать более 95 С, но не более 110 С в системах с трубопроводами из стальных труб с учетом проверки не вскипания перемещаемой воды по высоте здания. При прокладке трубопроводов с температурой теплоносителя более 95 С следует предусматривать их прокладку в самостоятельных или общих с другими трубопроводами, выгороженных шахтах с учетом соответствующих мер безопасности. Прокладка указанных трубопроводов возможна только в местах, доступных эксплуатирующей организации. Следует принимать меры, исключающие попадание пара при повреждении трубопроводов за пределы технических помещений.

Особенностью проектирования систем теплои водоснабжения является то, что все насосное и теплообменное оборудование рассматриваемых высотных жилых зданий расположено на уровне земли или минус первого этажа. Это обусловлено опасностью размещения трубопроводов перегретой воды на жилых этажах, неуверенностью в достаточности защиты от шума и вибрации смежных жилых помещений при работе насосного оборудования и стремлением сохранения дефицитной площади для размещения большего количества квартир.

Такое решение возможно благодаря применению высоконапорных трубопроводов, теплообменников, насосов, запорного и регулирующего оборудования, выдерживающих рабочее давление до 25 атм. Поэтому в обвязке теплообменников со стороны местной воды используют дисковые затворы с воротниковыми фланцами, насосы с U-образным элементом, регуляторы давления «до себя» прямого действия, устанавливаемые на подпиточном трубопроводе, электромагнитные клапаны, рассчитанные на давление 25 атм. в станции заполнения систем отопления.

При высоте зданий выше 220 м в связи с возникновением сверхвысокого гидростатического давления рекомендуется применять каскадную схему подключения зональных теплообменников отопления и горячего водоснабжения. Другой особенностью теплоснабжения реализованных высотных жилых зданий является то, что во всех случаях источник теплоснабжения — это городские тепловые сети. Подключение к ним производится через ЦТП, который занимает довольно большую площадь. ЦТП включает теплообменники с циркуляционными насосами систем отопления разных зон, систем тепло-снабжения калориферов вентиляции и кондиционирования воздуха, систем горячего водоснабжения, насосные станции заполнения систем отопления и системы поддержания давления с расширительными баками и оборудованием авторегулирования, аварийные электрические накопительные водонагреватели горячего водоснабжения. Оборудование и трубопроводы располагаются по вертикали, с тем чтобы в процессе эксплуатации они были легко доступны. Через все ЦТП проходит центральный проезд шириной не менее 1,7 м для возможности перемещения специальных погрузчиков, позволяющих вывезти тяжелое оборудование при его замене (рис. 1).

рис. 1.

Такое решение обусловлено еще и тем, что высотные комплексы, как правило, являются многофункциональными по назначению с развитой стилобатной и подземной частью, на которой могут находиться несколько зданий. Поэтому в комплексе, который включает 3 высотных жилых здания в 43−48 этажей и 4 здания высотой 17−25 этажей, объединенных пятиуровневой стилобатной частью, от этого единого ЦТП отходят технические коллекторы с многочисленными трубопроводами, и для их сокращения в технической зоне высотных корпусов расположили повысительные насосные станции водоснабжения, которые осуществляют подкачку холодной и горячей воды в каждую зону высотных корпусов.

Возможно и иное решение — ЦТП служит для ввода городских тепловых сетей на объект, размещения регулятора перепада давлений «после себя», узла учета тепловой энергии и, при необходимости, установки когенерации и может быть совмещен с одним из индивидуальных локальных тепловых пунктов (ИТП), служащих для присоединения местных систем теплопотребления, близких по расположению к данному тепловому пункту. Из этого ЦТП перегретая вода по двум трубам, а не по нескольким от гребенки, как в предыдущем случае, подается в локальные ИТП, расположенные в других частях комплекса, в том числе и на верхних этажах, по принципу приближенности к тепловой нагрузке. При таком решении нет необходимости присоединения системы внутреннего теплоснабжения калориферов приточных систем по независимой схеме через теплообменник. Калорифер сам является теплообменником и подключается к трубопроводам перегретой воды напрямую с насосным подмешиванием для повышения качества регулирования нагрузки и повышения надежности защиты калориферов от замерзания.

Одним из решений по резервированию централизованного теплои электроснабжения высотных зданий может быть устройство автономных мини-ТЭЦ на базе газотурбинной (ГТУ) или газопоршневой (ГПУ) установок, одновременно вырабатывающих оба вида энергии. Современные средства защиты от шума и вибрации позволяют размещать их непосредственно в здании, в том числе и на верхних этажах. Как правило, мощность этих установок не превышает 30−40% максимальной потребной мощности объекта и в штатном режиме эти установки работают, дополняя централизованные системы энерго-снабжения. При большей мощности когенерационных установок возникают проблемы передачи избытков того или иного энергоносителя в сеть.

Существует литература, в которой приводится алгоритм расчета и подбора мини-ТЭЦ при энергоснабжении объекта в автономном режиме и анализ оптимизации выбора мини-ТЭЦ на примере конкретного проекта. При дефиците только тепловой энергии для рассматриваемого объекта в качестве источника тепло-снабжения может быть принят автономный источник теплоснабжения (АИТ) в виде котельной с водогрейными котлами. Могут использоваться пристроенные, расположенные на крыше или выступающих частях здания либо отдельно стоящие котельные, проектируемые согласно СП 41−104−2000. Возможность и место размещения АИТ следует увязывать со всем комплексом его воздействия на окружающую среду, в том числе и на жилое высотное здание.

На температурную обстановку в помещении оказывает существенное влияние площадь и теплотехнические показатели остекленной поверхности. Известно, нормативное приведенное сопротивление теплопередаче окон почти в 6 раз меньше приведенного сопротивления теплопередаче наружных стен. Кроме того, через них в час поступает, если отсутствуют солнцезащитные устройства, до 300 — 400 Вт/м2 тепла за счет солнечной радиации. К сожалению, при проектировании административных и общественных зданий коэффициент остекления допускается превышать на 50% при наличии соответствующего обоснования (при сопротивлении теплопередаче не менее 0,65 м2°С /Вт). В действительности не исключено использование этого допущения без соответствующего обоснования.