Загрузка...

КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ И ВЕНТИЛЯЦИЯ В ЗДАНИЯХ КУЛЬТОВОЙ АРХИТЕКТУРЫ

Я. Г. Кронфельд,
инженер


Введение

Помимо разнообразных факторов, влияющих на устройство отопительно-вентиляционных систем в сооружениях культовой архитектуры, одним из важнейших является создание благоприятных климатических условий, позволяющих использовать их в качестве зданий музейного, церковного или церковно-музейного назначения. Создаваемые системы должны обеспечивать необходимые параметры в помещениях с учетом режима, свойственного их назначению.

В первую очередь, это определяется величиной тепловлажностных возмущений и продолжительностью их воздействия по времени. Следует отметить возрастающую тенденцию использования зданий культовой архитектуры одновременно для музейных и церковных целей. Примеры этому - Соборы Московского Кремля, Владимира, Пскова, Суздаля и др.

Помимо разнохарактерных режимов использования культовых зданий, следует учитывать множество других факторов, кардинально влияющих на выбор отопительно-вентиляционных систем.

В первую очередь, к ним относятся:

  • объемно-планировочные особенности здания;
  • теплотехнические свойства ограждающих конструкций;
  • климатологический район строительства;
  • состояние экологической среды;
  • источники энергоснабжения;
  • возможность использования существующих отопительно-вентиляционных систем.

Исходя из вышеизложенного, выбор отопительно-вентиляционных систем и их производительности должен быть произведен с учетом перечисленных факторов.

В настоящей работе изложены некоторые краткие сведения по устройству рассматриваемых систем в зданиях культовой архитектуры. Наиболее полно данная проблема изложена в специальной литературе. При этом следует обратить особое внимание на труды научных работников старой школы, для которых рассматриваемая проблема была особенно актуальна.

1. Нормативные значения температурно-влажностного режима в зданиях культовой архитектуры

Выбор системы отопления, вентиляции или кондиционирования воздуха начинается с рассмотрения нормативных значений параметров температурно-влажностного режима. Как правило, такие параметры содержатся в нормативных документах по проектированию соответствующих зданий.

Для зданий культовой архитектуры, отличающихся существенным разнообразием архитектурных и конструктивных решений, возрастом, используемыми строительными материалами и особенностями эксплуатации, нормативные параметры температурно-влажностного режима требуют специального изучения.

В НИИ строительной физики под руководством профессора Ю. А. Табунщикова был выполнен комплекс исследований по изучению температурно-влажностного режима соборов-музеев Московского Кремля и по созданию методики определения нормативных значений температурно-влажностного режима, которые обеспечивают долговременную сохранность внутренних поверхностей ограждающих конструкций, фресок, иконостаса.

При обосновании методики исследований было принято, что основная причина разрушения поверхностных слоев ограждающих конструкций, икон, фресок и т. п. связана с температурными и влажностными деформациями, обусловленными колебаниями температуры и влажности воздуха внутри помещения. С этой целью были изучены сорбционные и деформативные характеристики образцов материалов (штукатурки с фресками, дерева иконостаса, красного кирпича).

При изучении способности материалов к поглощению и отдаче влаги в гигроскопической области были выявлены сорбционные характеристики ряда материалов, взятых в различных местах ограждающих конструкций Успенского и Архангельского соборов-музеев. Анализ сорбционных кривых этих материалов показал, что они обладают значительно более высокой равновесной влажностью, чем аналогичные современные материалы. Так, максимальная гигроскопичная влажность (т. е. влажность, соответствующая полному насыщению воздуха при данной температуре) красного кирпича, взятого из стен соборов-музеев Московского Кремля составляет 9-18%. Эта величина для современного красного кирпича, в том числе кирпича, который в настоящее время используется для реставрационных работ в Московском Кремле, не превышает 1-1,8%. Повышенная влажность материалов ограждений архитектурных памятников обусловлена значительным содержанием солей в строительных материалах, эксплуатируемых в течение трех веков.

Повышенная влажность ограждений способствует их деформативным изменениям. Исследования по установлению зависимости деформации от влажности материала ограждений музеев-соборов выполнялись на отечественной голографической установке.

Исследования позволили сделать следующие выводы:

  • одним из путей ограничения интенсивности процессов разрушения материалов является сведение к минимуму деформаций материала, вызываемых поглощением влаги и колебаниями внутренней температуры, что требует обязательного применения установок кондиционирования воздуха;
  • из анализа зависимости относительной деформации материала и его равновесной влажности от относительной влажности внутреннего воздуха видно, что наиболее благоприятной с этой точки зрения является область от 40 до 60%. Исходя из этого, следует рекомендовать поддерживать в помещении соборов-музеев относительную влажность внутреннего воздуха в указанных пределах;
  • на основании анализа сорбционно-деформативных характеристик материалов сделан вывод, что для соборов-музеев температура внутреннего воздуха должна быть зимой 18oС, и летом - не более 20oС. Относительная влажность внутреннего воздуха должна быть 50% при возможном отклонении в течение суток на 5% в сторону увеличения в теплое время года и в сторону уменьшения в холодное время года;
  • прежде чем устанавливать новое инженерное оборудование для климатизации необходимо тщательно изучить температурно-влажностный режим, особенности эксплуатации, состояние (сорбционно-деформативные характеристики, засоленность) ограждающих конструкций здания.

2. Системы отопления

Системы отопления культовых зданий прошли определенный этап развития от простейших до близких к современным. Древнейшими отопительными устройствами являлись камины, печи, огневоздушные системы. Для того периода они являлись единственными системами, которыми оборудовались строящиеся здания, в том числе и культовые.

Перечисленные системы характеризуются очень низким КПД, они пожароопасны, нуждаются в постоянном обслуживании. Тепловой режим в помещениях, обслуживаемых данными системами, - нестабильный, амплитуда колебаний температур достигает 8-12oС. Помимо перечисленных недостатков данные системы обладают определенными достоинствами:

  • автономность;
  • могут использовать любой вид топлива, имеющийся в данной местности;
  • одновременно с отопительными функциями выполняют определенные вентиляционные.

В настоящее время теплоснабжение городов и населенных пунктов качественно изменилось.

На смену индивидуальным источникам пришли центральные районные котельные и теплоэлектростанции (ТЭЦ). Соответственно изменились и потребители тепла.

Водяные системы

Источником теплоснабжения водяных систем могут служить ТЭЦ, районные или местные котельные. При централизованном теплоснабжении, с целью безопасности и надежности работы, системы отопления следует присоединять к источникам тепла по независимой схеме. В качестве нагревательных приборов водяного отопления могут служить радиаторы, регистры, отопительные шкафы, напольные низкотемпературные панели. Входные тамбуры для соответствующих климатических районов должны быть оборудованы воздушно-тепловыми завесами.

Теплоносителем для систем отопления с местными приборами обычно служит вода с параметрами 95-70oС, для систем с напольными лучистыми панелями - 55-40oС. Отопительные шкафы могут питаться перегретой водой (150-70oС). Нагревательные приборы следует оснащать приборами автоматического регулирования. Схемы отопительных систем с местными приборами, в основном, зависят от архитектурно-планировочных особенностей здания. Они могут быть одно- или двухтрубными, с верхней или нижней разводкой. Одно-трубные системы, в основном, применяются для сооружений, имеющих единый объем, с прокладкой разводящей магистрали горизонтально по периметру здания. Трубопроводы следует прокладывать открыто. Возможна скрытая прокладка: в случаях нарушения интерьера, она должна быть согласована с соответствующими инстанциями по хранению памятников.

Системы отопления могут выполняться с естественным или искусственным побуждением циркуляции теплоносителя.

Воздушные системы

Воздушные системы, по сравнению с водяными, обладают рядом преимуществ: они малоинерционны, незамедлительно реагируют на внутренние тепловые возмущения, могут совмещать отопительные и вентиляционные функции, безопасны в работе, обладают высокими санитарно-гигиеническими свойствами, могут использовать как высоко-, так и низкотемпературные теплоносители. Возможно применение центральных или местных систем. Первые, как правило, одновременно выполняют вентиляционные функции: в отопительный период, с целью экономии тепла, они работают с использованием рециркуляционного воздуха.

В зависимости от имеющихся источников тепла агрегаты воз-душного отопления могут быть оборудованы водяными, паровыми, электрическими или огневоздушными калориферами.

Воздушные системы, особенно центральные, совмещенные с вентиляцией, в состоянии обеспечить во всем объеме обслуживаемых помещений равномерную температуру, что особенно важно для отопления "барабанов". Каналы центральных систем должны обладать повышенным сопротивлением с целью обеспечения их посезонной гидравлической устойчивости. При устройстве центральных систем следует максимально использовать существующие каналы, которые ранее предназначались для огневоздушного отопления. Местные отопительные системы могут выполняться с помощью отопительных шкафов с естественным или механическим побуждением.

Воздухораспределение в системах воздушного отопления должно быть организовано по схеме "снизу-вверх". В зданиях, ранее оборудованных печным отоплением, для удаления воздуха могут быть использованы существующие дымоходы.

Электрические системы

В районах, не имеющих центрального теплоснабжения, с дешевой электроэнергией, возможно применение электрического отопления. Системы электрического отопления имеют следующие преимущества по сравнению с водяными:

  • возможность свободного размещения приборов;
  • отсутствие необходимости в тепловых пунктах, циркуляционных насосах и др.;
  • незначительная металлоемкость.

Системы электрического отопления должны отвечать требованиям пожарной безопасности: приборы должны быть закрытого типа с максимальной температурой на поверхности 80-90oС.

В помещениях значительной площади следует устанавливать отопительные шкафы, оснащенные электрокалориферами и рециркуляционными вентагрегатами.

Другие разновидности систем отопления

Помимо перечисленных систем, в зависимости от существующих источников тепла, возможны другие системы отопления: паровые, газовые, термальные и т. д. Системы отопления обеспечивают температурный режим только в холодный период года.

Как уже отмечалось, настоящая работа не ставит перед собой цель конкретизировать проблему проектирования отопительно-вентиляционных систем в зданиях культовой архитектуры - это задача специальной литературы.

В данной работе хотелось бы отметить, что в настоящее время на рынке появилось разнообразное отопительное оборудование, которое может быть использовано в описываемых случаях. Это нагревательные приборы различного назначения, котлы с использованием различных видов топлива, малошумные фланцевые циркуляционные насосы, трубопроводы из полимерных материалов и многое другое.

Особое внимание следует обратить на малогабаритные высокопроизводительные отопительно-воздушные агрегаты, которые, не нарушая строительных конструкций и сложившегося облика помещений, могут обслужить значительные объемы. Ниже приведены некоторые примеры устройств отопительных систем в зданиях культового назначения.

3. Вентиляция и кондиционирование

Устройство систем вентиляции или кондиционирования определяется требованиями, предъявляемыми к метеорологическим условиям, необходимым для функционирования данного здания. Последние назначаются в зависимости от его предназначения и создания необходимых параметров для сохранности самого здания и церковных или музейных ценностей.

Существующие культовые сооружения использовались ранее, в основном, для церковных служб. Большинство из них не отапливалось и не имело организованной вентиляции. Проветривание осуществлялось периодически, естественным путем. Наружные конструкции в течение зимнего периода переохлаждались до отрицательных температур, близких к наружным.

kvzka1

Рис. 1. Собор Рождества Богородицы в г. Суздале. Установка отопительно-вентиляционных агрегатов над тамбуром

В весенний и летний периоды влажный воздух, попадая в помещение, понижал температуру, близкую к "точке росы", и содержащиеся в нем водяные пары конденсировались, увлажняя конструкции. Некоторые культовые здания были оснащены печным отоплением, а более поздние - огневоздушным. Вентиляция этих зданий носила более организованный характер: воздух, необходимый для горения топлива в печах, в определенной степени обеспечивал проветривание помещений, а огневоздушные системы практически решали вентиляционный режим: в теплый период эти системы частично выполняли функцию естественной вентиляции.

С развитием топливно-энергетической отрасли и качественно нового принципа теплоснабжения ранее действующие отопительно-вентиляционные системы подверглись фундаментальной реконструкции, прежде всего, в крупных населенных пунктах, где технический прогресс особенно преуспевал. Отдельные сооружения начали оборудоваться центральными и местными системами вентиляции. Культовые сооружения, представляющие историческую ценность, оснащались системой кондиционирования воздуха (КВ).

Ниже рассмотрены некоторые принципиальные решения вентиляционных систем, которые могут найти применение в культовых сооружениях различного назначения.

3.1. Здания церковного назначения

Эти здания характеризуются своеобразным архитектурным обликом. Они имеют незначительную площадь и большую высоту. Наружные стены, достигающие у основания толщины 1,0-1,5 м, заканчиваются тонкостенными барабанами. Такая архитектура определяет особенности вентиляционных систем, позволяющих создать необходимый температурно-влажностный режим. Основной ценностью зданий, помимо самого строения, является их внутреннее убранство: иконостасы, церковная утварь, настенная живопись, фрески и другие предметы. Интенсивность их использования носит периодический характер. Во время проведения служб поступления тепла, влаги и углекислого газа (СО2) от людей, окиси углерода (СО) и тепла от горящих свечей достигают значительных величин. В перерывах между службами концентрации вышеперечисленных поступлений минимальны, и здание, в основном, находится под воздействием наружных условий. В результате, внутренний объем здания периодически подвергается воздействию тепла и влаги, амплитуда колебания которых достаточно велика. Вентиляционная система, однако, должна обеспечить благоприятный микроклимат для каждого режима.

При отсутствии специальных требований к воздушной среде данного здания представляется рациональной следующая система вентиляции: большую часть времени здание обслуживает приточная система с механическим побуждением, производительность которой определена по усредненным показателям тепло- и влагопоступлений, характерным для данного здания. Приточный агрегат оснащается фильтром для очистки от пыли, калорифером и оросительным устройством для нагрева и увлажнения воздуха в зимнее время года.

Оросительное устройство при определенных наружных условиях может быть использовано для "испарительного" охлаждения в теплый период. Раздачу воздуха, если позволяют конструкции и интерьер здания, следует производить в нижнюю зону; удале-ние - из верхней с помощью вытяжных отверстий, расположенных в барабанах куполов. Отверстия следует оснащать заслонками с электроприводами дистанционного управления и "незадуваемыми" козырьками. Такое размещение, помимо эффективного удаления тепла и влаги, решает проблему отопления барабанов, повышая температуру на внутренних поверхностях стен, термическое сопротивление которых значительно ниже, чем для основных конструкций. Одновременно решается также проблема предотвращения выпадения конденсата на поверхность. Практика использования подобных решений подтверждает вышесказанное. Лепестковые клапаны на вытяжных отверстиях устанавливать не рекомендуется по соображениям противопожарной безопасности.

kvzka2

Рис. 2. Собор 12-ти Апостолов. Принципиальная схема кондиционирования воздуха

В периоды проведения ритуальных служб, когда тепло- и влагопоступления многократно возрастают и значительно превышают расчетные, следует прибегать к естественному проветриванию путем открывания имеющихся проемов с учетом времени года.

В отдельных случаях, при технико-экономическом обосновании, системы вентиляции могут совмещаться с отоплением. Размещение приточных агрегатов, трассировка воздуховодов, расположение вентиляционных решеток и их конструкции, теплоснабжение калориферов и другие вопросы, связанные с устройством вентиляции, должны решать-ся в каждом конкретном случае в зависимости от местных условий.

Если здание ранее было оборудовано печным или огневоздушным отоплением, то такую систему следует максимально использовать при решении вентиляционных задач. Вентиляционные системы следует комплектовать из оборудования, производимого российскими предприятиями. По требованию заказчика или при иной необходимости возможно применение импортного оборудования. Вентсистемы следует оснащать приборами автоматики и контроля, обеспечивающими необходимую обработку приточного воздуха. Для локализации аэродинамических и механических шумов и вибраций, создаваемых агрегатами при работе, их следует оснащать шумоглушителями, виброоснованиями и другими звукоизолирующими устройствами.

С целью экономии в зимний период тепловой энергии необходимо предусматривать рециркуляцию отработанного воздуха или же, при соответствующем обосновании, рекуперацию удаляемого тепла. Возможная принципиальная схема вентиляции церковного здания показана на рис. 1.

По ряду причин, в основном, экономических, КВ не нашли применения в зданиях церковного назначения.

 3.2. Здания музейно-церковного назначения

Здания культовой архитектуры данного назначения, как правило, представляют историческую ценность и охраняются государством. Располагаются они, в основном, в крупных населенных пунктах, периодически используются для проведения церковных служб или в качестве музеев. Они непрерывно подвергаются разрушительному воздействию не только наружных метеорологических условий, но и внутренних. К подобным зданиям следует отнести Кремлевские соборы в Москве, Успенский собор во Владимире, соборы Сергиева Посада, Суздаля и др. Помимо их исторической значимости как памятников архитектуры, они являются хранилищами огромных ценностей, накопившихся в течение веков и представляющих в наши дни музейную редкость. Сохранить все это возможно при создании соответствующих параметров воздуха, при минимальной запыленности и концентрации токсичных газов и др. Наиболее полно данная проблема решается путем устройства КВ.

kvzka3

Рис. 3. Дмитровский собор в г. Владимире. Комбинированная схема отопительно-вентиляционной системы

Рассматриваемые здания характеризуются двумя режимами использования: музейным и культовым. В первом случае количество посетителей, мощность освещения, объемы поступающего наружного воздуха и другие источники, отрицательно влияющие на сохранность экспонатов, регламентируются обслуживаемым персоналом и не превышают расчетные возможности системы KB. Во втором случае возможности подобного контроля практически отсутствуют. Приступая к проектированию KB подобных зданий, следует предварительно изучить посезонное состояние температурно-влажностного режима здания и определить его динамическую характеристику. Данные сведения могут быть получены с помощью показаний самозаписывающих термо- и гигроприборов, установленных в характерных местах здания, или же на основании замеров персонала, проведенных по определенной методике в течение длительного времени. На основании этих материалов выбирается разновидность системы, ее необходимая мощность, способ обработки воздуха в различные периоды года, схема автоматизации и другие характеристики системы.

Системы KB для подобных зданий состоят, в основном, из следующих элементов:

  • центральных или местных кондиционеров, оснащенных необходимыми секциями для тепло- и влагообработки приточного воздуха;
  • теплового пункта;
  • холодильной установки;
  • системы оборотного водоснабжения для отвода тепла в случае применения кожухо-трубных конденсаторов с водяным охлаждением.

Систему KB целесообразно применять с переменным расходом приточного воздуха, производительность которого соответствовала бы тепло- и влагопоступлениям для упомянутых режимов использования здания. Возможно устройство двух систем, которые работали бы совместно при максимальных нагрузках при проведении культовых мероприятий и поочередно в периоды музейного режима. Следует отметить, что интенсивность посещения некоторых зданий в музейный период достаточно значительна и необходимые произво-дительности систем близки для обоих режимов.

Так, проведенные замеры в Успенском соборе Кремля показали, что за счет аккумуляции холода ограждающими конструкциями возможно проводить длительные культовые службы, сопровождаемые значительным поступлением тепла, при этом параметры воздуха сохраняются близкими к расчетным. Способы раздачи и удаления воздуха, компоновочные решения и другие приемы, связанные о устройством KB, рассмотрены в предыдущем разделе, они аналогичны для систем КВ.

ДАЛЕЕ>>

Подбор кондиционера

Производитель Площадь помещения Тип
 или  Сбросить

Важно

Уважаемые посетители! Если вы не нашли интересующую вас информацию у нас на сайте, просим вас связаться с нашими специалистами для получения интересующих вас сведений.

Благодарны вам, что посетили наш сайт.

т.(044) 33-2222-5

т.(097) 33-2222-5 (ежедневно, включая выходные

т./факс (044) 574-96-90      

На главную