Особенности проектирования систем обеспечения микроклимата в современных жилых зданиях Республики Саха (Якутия)

Размещено на http://www.allbest.ru/

ТОГУ

Особенности проектирования систем обеспечения микроклимата в современных жилых зданиях республики Саха (Якутия)

Трифонова К. И.

Ткаченко Н. В.

Абстракт

В статье рассматриваются особенности проектирования систем обеспечения микроклимата в современных жилых зданиях на территории Республики Саха (Якутии). Актуальность проблемы обоснована тем, что республика остро нуждается в современном комфортабельном жилье, но в то же время Якутия контрастный по температурному режиму регион суперсуровый климат и вечная мерзлота диктуют свои требования при выборе систем отопления и вентиляции.

Ключевые слова: жилое здание, демографические показатели Республики Саха (Якутия), климатическая специфика крайнего севера, тепловая защита наружных ограждений, система отопления, система вентиляции.

Trifonova K. I., ТкасИепко N. V.

PNU, Khabarovsk, Russia

FEATURES OF MICRO-CLIMATE SECURITY SYSTEMS DESIGNING IN MODERN RESIDENTIAL BUILDINGS REPUBLIC OF SAHA (YAKUTIA)

Abstract

The article considers the designing features of maintenance systems of a microclimate in modern inhabited buildings of Saha (Y akutia) territory. The urgency of the problem is justified by the fact that the republic badly needs modern comfortable housing, but at the same time, Yakutia is a region of Russia which has contrasting temperature regime. Severe climate and permafrost dictate their requirements in choosing heating and ventilation systems.

Keywords: residential building, demographic indicators republic of Saha (Yakutia), climatic specificity of the Far North, thermal protection of outer fences, warming system, heating system.

Введение

Республика Саха (Якутия) - субъект Российской Федерации, расположен в северо-восточной части Евразийского материка и является самым большим регионом нашей страны, и самой крупной административно территориальной единицей в мире, входит в состав Дальневосточного федерально- го округа, является частью Дальневосточного экономического района.

На сегодняшний день сложилась неблагоприятная демографическая ситуация как в Республике Саха (Якутия), так и в Дальневосточном федеральном округе в целом. Она характеризуется снижением рождаемости, увеличением смертности и миграционным оттоком населения, как в другие регионы страны, так и в зарубежные страны - в более благоприятные для проживания места. Республике необходимо принять ряд важных мер для улучшения сложившейся ситуации.

Региональная специфика воспроизводства населения в Республике Саха (Якутия) является актуальным вопросом. Основной тенденцией современного демографического развития в Республике Саха (Якутия) является стабилизация численности населения практически на одном уровне с некоторыми колебаниями в отдельные годы. В естественном движении основными тенденциями остаются сохранение высокой рождаемости и в то же время высокой смертности населения. По общему коэффициенту рождаемости Якутия находится в первой десятке субъектов Российской Федерации, занимает 1-е место в Дальневосточном федеральном округе. Предпринятые меры по стимулированию рождаемости оказали непосредственное воздействие на динамику суммарного коэффициента рождаемости. К 2016 г. этот показатель увеличился на 27% по сравнению с 2010 г. [Табл.1]. Если с естественным приростом населения Республика предприняла меры, то с проблемой оттока населения частично. В Республике Саха (Якутия) идет полное переселение людей из ветхого жилья в современные жилые здания. Якутия стала лидером в России по объемам введенного жилья. Из 490 тысяч кв. метров жилья, запланированных по программе переселения из аварийного жилья на 2013--2017 годы, в Якутии сдано 449 тысяч кв. метров. К 2022 году Республика поставила цель дойти до 1 млн. кв.м ввода жилья в год. В среднем показатели жилищного строительства увеличились в четыре раза. Темпы жилищного строительства и демографический рост требуют качественного современного проектирования жилых зданий, исходя из этого вытекает вопрос о современном проектировании систем микроклимата. Главным критерием качества жилого здания является внутренний микроклимат здания, так как он обеспечивает комфортное пребывание человека в помещении. Для того чтобы получить приемлемый для человека микроклимат в жилом помещении, необходимо учитывать множество факторов, к которым в первую очередь относятся: воздухообмен, уровень влажности и шума, температура, насыщение воздуха частицами пыли, скорость движения воздушных масс. Необходимо, чтобы здание имело качественную среду, для этого обязательно нужно поддерживать нормируемые значения всех этих факторов. Для поддержания параметров микроклимата используются системы вентиляции и отопления.

Таблица 1 Динамика основных демографических\ показателей в Республике Саха (Якутия)

2.Климатические характеристики Якутии

Республика Саха (Якутия) контрастный по температурному режиму регион. Климат резко континентальный, с маленьким годичным количеством осадков. Зимы здесь суровы. Обычная средняя зимняя температура -50°; абсолютный минимум в Якутске достигает - 65°, в Верхоянске и Оймяконе -70°. Даже при слабом движении воздуха в морозы в 50- 55° каждый дополнительный градус ощущается уже болезненно. Среднегодовая скорость ветра - 1,7 м/с , среднегодовая влажность воздуха - 69 %.В среднем за суровую зиму жители Якутии, особенно ее равнинной части, получают компенсацию в виде теплого, солнечного, хотя и короткого лета. Два с половиной наиболее жарких месяца как бы превращают Якутию в совершенно иную страну. Средняя температура июля в Якутске 19°, причем эта цифра получена с учетом ночной температуры, низкой и летом (ночные заморозки могут быть и летом почти во всех районах Якутии). Днем часто даже знойно; наивысшая наблюдавшаяся температура доходила до 38°. Якутия знает в сущности лишь два сезона -- долгую, почти семь месяцев, зиму и короткое лето. Весна и осень являются очень короткими. Осенью ночные морозы делаются все продолжительнее, и скоро температура в течение всех часов суток становится ниже 0°. Солнце еще греет, но в тени уже с начала октября лежит иней. Во многих районах в сентябре появляется тонкий снеговой покров. Весна проходит за какой-нибудь месяц; снег не столько тает, сколько испаряется в сухом воздухе. Якутия -- классический край вечной мерзлоты. Толщина вечномерзлого грунта в средних и южных районах республики -- от нескольких десятков до 200 метров, вблизи северного побережья -- до нескольких сот метров.

Ограждающие конструкции зданий должны отвечать определенным требованиям, от которых зависят затраты на эксплуатацию зданий и санитарно-гигиенические условия помещений. Такими показателями являются сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций и градусо-суткиотопительного периода (ГСОП). Градусо-сутки отопительного периода - условная единица измерения суровости климатических условий, в виде повышения среднесуточной температуры над заданным минимумом («базовой температурой»). А также это показатель, равный произведению разности температуры внутреннего воздуха и средней температуры наружного воздуха за отопительный период на продолжительность отопительного периода. Показатель градусо-суток отопительного периода соотносится с нормируемым расходом топлива (энергии) для поддержания заданной температуры в жилых помещениях.

Главной особенностью региона являются суровые условия климата, они оказывают огромное влияние на проектирование зданий. На рисунке 1 и 2 для наглядного примера были сопоставлены значения нормируемых показателей тепловой защиты зданий, градусо-суток отопительного периода и требуемого сопротивления теплопередачи наружной стены столицы Российской Федерации, столицы региона Дальнего востока и центров улусов Республики Саха (Якутия).

В сравнении с Москвой или Хабаровском для Якутии значение ГСОП является весьма значительным, это объясняется суровым климатом региона, а именно очень низкими расчетными температурами зимой. Климат имеет сильное влияние на энергопотребление здания. За счет низких температурных показателей значительно возрастает энергопотребление, с целью сокращения теплопотерь увеличиваются теплозащитные свойства наружных ограждений.

ГСОП град.сут.

Рисунок 1. Значение градусо-суток отопительного периода

Рисунок 2. Значение требуемого сопротивления теплопередаче наружной стены

З.Виды систем отопления для жилого здания

Республика Саха (Якутия) занимает огромную территорию. На значительной ее части отопительный сезон длится в среднем 8-9 месяцев, а иногда и больше. Такая особенность заставляет подойти очень серьезно к вопросу обеспечения теплом жилых зданий.

На сегодняшний день существует множество видов систем отопления для разводки трубопроводов отопление многоквартирного дома подразделяют на следующие типы:

По расположению источника тепла:

-Поквартирная система отопления, при которой газовый котёл устанавливается в кухне или отдельном помещении. Некоторые неудобства и вложения в оборудование с лихвой компенсируются возможностью включать и регулировать отопление по своему усмотрению, а также низкими эксплуатационными затратами за счёт отсутствия потерь в теплотрассах. При наличии собственного котла практически отсутствуют ограничения по реконструкции системы.

-Индивидуальное отопление, при котором своя котельная обслуживает один дом или жилой комплекс. Такие решения встречаются как в старом жилом фонде, так и в новом элитном жилье, где сообщество жильцов само решает, когда начать отопительный сезон.

-Центральное отопление в многоквартирном доме наиболее распространено в типовом жилье. Источником тепловой энергии является теплоэнергоцентраль (ТЭЦ)

По характеристикам теплоносителя:

-Водяное отопление, в качестве теплоносителя используется вода. В современном жилье с поквартирным или индивидуальным отоплением встречаются экономичные низкотемпературные (низкопотенциальные) системы, где температура теплоносителя не превышает 65 °С. Но в большинстве случаев и во всех типовых домах теплоноситель имеет расчётную температуру в пределах 85-105 °С.

-Воздушное отопление квартиры в многоквартирном доме. Такие системы позволяют совмещать отопление с вентиляцией зданий.

По схеме разводки

Основные схемы отопления в многоквартирных домах:

-Однотрубная -- как подача, так и обратный отбор теплоносителя к отопительным приборам осуществляется по одной магистрали. Такая система встречается в «сталинках» и «хрущёвках». Обладает серьёзным недостатком: радиаторы расположены последовательно и из-за остывания в них теплоносителя температура нагрева батарей падает по мере удаления их от теплопункта. Для того, чтобы сохранить теплоотдачу, количество секций увеличивается по ходу движения теплоносителя.

«Ленинградка» (горизонтальная) -- усовершенствованный вариант однотрубной системы, который, благодаря подключению тепловых приборов через байпас, снижает их взаимовлияние. Можно установить на радиаторы регулирующие (не автоматические) устройства, заменить радиатор на иной тип, но схожей ёмкости и мощности. На рисунке 3 показаны типы однотрубной системы отопления: а- вертикальная, б- «Ленинградка» (горизонтальная).

Рисунок 3. Однотрубная система отопления: вертикальная и горизонтальная разводки

-Двухтрубная схема отопления многоквартирного дома стала широко использоваться в «брежневках», популярна и по сей день. Подающая и обратная магистрали в ней разделены, поэтому теплоноситель на входах во все квартиры и радиаторы имеет почти одинаковую температуру, замена радиаторов на иной тип и даже объём не оказывает существенного влияния на работу других приборов. На радиаторы можно устанавливать приборы регулирования, в том числе автоматические. Так же как и однотрубная система отопления, двухтрубная тоже имеет два типа разводки: вертикальную и горизонтальную. Горизонтальные двухтрубные системы бывают с верхней и нижней разводкой. Нижняя разводка дает преимущество: участки системы отопления можно вводить в строй поэтапно, по мере строительства этажей, а так же они позволяют организовать поквартирную разводку тепла с установкой квартирного теплосчетчика, комбинированием различных видов теплоснабжения, раздельным регулированием режимов обогрева в разных помещениях. Вертикальные двухтрубные системы могут использоваться в домах с переменной этажностью. Вертикальнаякомпоновка предусматривает подсоединение устройств к вертикальным стоякам. Его преимущество - отсутствие воздушных пробок. На рисунке 4 представлены примеры вертикальной и горизонтальной разводки двухтрубной системы отопления.

а) Горизонтальная(поквартирная) б) Вертикальная?--

Рисунок 4. Двухтрубная система отопления: горизонтальная и вертикальная разводки

Лучевая схема применяется в современном жилье. Подключение приборов параллельное, взаимное влияние их минимально. Разводка, как правило,выполня- ется в полу, что позволяет освободить стены от труб. При установке приборов регулирования, в том числе автоматических, обеспечивается точноедозирование количества тепла по помещениям. Технически возможна какчастичная, так и полная замена системы отопления в многоквартирном доме с лучевой схемой в пределах квартиры с существенным изменением её конфигурации. [ Рисунок 5]

Рисунок 5. Двухтрубная лучевая разводка квартирных трубопроводов

При климатических условиях Республики Саха (Якутия) для жилых зданий предпочтительно проектировать для 1 этажа теплый пол, так как одной из строительных особенностей Якутии являются дома на сваях, так как 80% региона располагаются на вечной мерзлоте.

Теплый пол - это система отопления, обеспечивающая нагрев воздуха в помещении снизу, где отопительным прибором выступает тёплый пол других регионах России теплый пол проектировать не обязательно, то в Якутии эта система необходима. Она проектируется, как дополнительное отопление к радиаторному, чтобы компенсировать теплопотери через пол.

Система вентиляции. Вентиляция представляет собой непрерывный воздухообмен в помещении. Системы вентиляции осуществляют поддержание благоприятной для человека воздушной среды в помещении. Приток воздуха организуется в жилые помещения (спальни, гостиные и т.п.). Удаление воздуха в атмосферу происходит через вытяжные устройства - решетки, расположенные в подсобных помещениях (ванная комната, туалет, кухня).

В многоэтажных жилых зданиях в нашей стране обычно применяется система вытяжной вентиляции с естественным побуждением, использующая гравитационный напор. При этом через неплотности оконных проемов или через специальные воздухопропускные устройства (приточные клапаны) для вентиляции квартиры поступает свежий наружный воздух в объеме не менее нормативного, нагрев которого обеспечивается системой отопления. Приточный клапан - это самостоятельное приточное вентиляционное устройство. Устанавливается приточный клапан в окне или на наружной стене. В регионах с расчетной температурой в холодный период года -40°С и ниже такой способ притока использовать не целесообразно, поскольку в помещении будет очень холодно. Для Якутии данный способ при столь низких температурах зимой категорически не подходит. Суровые климатические условия крайнего севера вносят свою лепту в проектировании системы вентиляции, из-за этого возникают проблемы организации притока воздуха в помещения.

Так как проектировщики пытаются уменьшить теплопотери зданий с целью сокращения энергопотребления, увеличиваются теплозащитные свойства наружных ограждений. Например, в большинстве зданий построенных с 2012 года используют пластиковые окна с 5-ти камерным профилем с газонаполнением а так же другими не «дышащими» воздухонепроницаемыми материалами, инфильтрация полностью отсутствует. Обеспечение требуемого воздухообмена за счет проветривания возможно только в мягком климате. [табл.2] В данной таблице приведены рекомендации по использованию проветривания для вентиляции помещений в различных климатических условиях.

Таблица 2. Область применения естественной вентиляции помещений в зависимости от климатических условий

Какую же вентиляцию лучше использовать для условий крайнего севера? На сегодняшний день возможны различные варианты проектирования систем вентиляции для решения данной проблемы:

Гибридная вентиляция (естественно-механическая вытяжка).Она способна обеспечить хорошее качество воздуха в здании, независимо от погодных условий, времени суток или года. Можно сказать, что гибридная вентиляция заключается в работе попеременно механической и естественной вентиляции. Функции этих двух систем взаимно дополняют друг друга. Это возможно благодаря контролю работы обеих систем, мониторинга состояния окружающей среды и параметров работы системы вентиляции. Датчики, связанные с системой управления, позволяют устройству переключать режимы с естественного на механический, и наоборот. Так называемая гибридная вентиляция работает естественным образом за счет внутренних и внешних условий, и начинает действовать механическим образом, когда эффективного обмена воздуха недостаточно. Или, наоборот, работать естественным образом, как только прекращается механический обмен воздуха.

Использование воздухоприемных установок. ( «Бризер» от компании Tion). Tion Бризер - это компактная вентиляция с подогревом, очисткой воздуха и режимом рециркуляции квартир, офисов и т.д. Данная установка имеет много плюсов, является тихой( тихая работа прибора и плюс защита от шума с улицы), поддержание свежести в помещении (проветривается даже при закрытых ок- нах).Подключение и монтаж бризера не занимает много времени. Бризервешается на стену, входное отверстие прибора плотно стыкуется с воздуховодомпри помощи уплотнителя, чтобы исключить сквозняки. Монтаж занимает около часа, делается отверстие при помощи алмазного бурения - быстро и без грязи. Внутри отверстие утепляется и шумоизолируется специальным материалом, а со стороны улицы закрывается решеткой. Управляется данная установка с помощью пульта. Данное решение проблем с притоком можетподойти для условий крайнего севера, но качество установки и монтажа должно быть на высоте.

Поквартирная приточно-вытяжная система вентиляции. Устройство поквартирной регулируемой механической приточно-вытяжной вентиляции является максимально независимой от внутренних и внешних условий. Обычно в таких установках предусмотрена утилизация тепла вытяжного воздуха для подогрева приточного. Компактная малошумная приточно-вытяжная установка с пластинчатым рекуператором обычно размещается в пространстве подшивного потолка гостевой туалетной комнаты. Для уменьшения энергопотребления системой вентиляции забор наружноговоздуха в большинстве квартир осуществляется из пространства застекленной лоджии. В других квартирах, где нет технической возможности забора воздуха с лоджий, воздухозаборные решетки расположены непосредственно на фасаде[Рисунок 6].

Рисунок 6. Схема поквартирной системы вентиляции

Заключение

Энергосберегательные моменты и пути повышения энергоэффективности зданий повлияли на их конструкцию. Развитие энергосбережения в жилищном строительстве неразрывно связано с повышением эффективности работы систем вентиляции и отопления. Климатические характеристики региона и рассмотренные проблемы проектирования систем обеспечения микроклимата в современных жилых зданиях показывают, что системы отопления и вентиляции имеют определенную специфику в отличие от других регионов России.

Это, несомненно, необходимо учитывать как при принятии проектных решений систем климатизации жилых зданий, так и в выборе инженерного оборудования.

Библиографические ссылки на источники

ГОСТ 30494-96 Строения жилые и публичные. Характеристики локального климата в помещениях.

СНиП 2.08.01-89* Жилые строения.

СНиП 2.04.05-91* «Отопление, вентиляция и кондиционирование».

СНиП 23-01-99* Строительная климатология.

СНиП 41-01-2003 Отопление, вентиляция и кондиционирование.

ТСН 23-343-2002. Территориальные строительные нормы Республики Саха (Якутия). Теплозащита и энергопотребление жилых и общественных зданий.

ASHRAE 62.2P «Вентиляция и допустимое качество воздуха в жилых зданиях» микроклимат жилой здание якутия

Размещено на Allbest.ru