XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Введение

Отопление конного манежа является нестандартной задачей. Это обусловлено большими размерами помещения и спецификой производимой деятельности. Высота помещения достигает 5-7 метров, однако рабочая зона в нём, которая действительно нуждается в обогреве, не превышает 2-2,5 метров.

Цель исследования

Исходя из технических и экономических соображений выбрать наиболее благоприятный вариант теплоснабжения конного манежа.

Материал и методы исследования

Конный манеж имеет габариты 66х24м, двускатную кровлю высотой от 6 до 7,5 метров. Архитектурно-композиционное размещение манежа выбрано с учетом назначения здания, с соблюдением санитарных и противопожарных разрывов между существующими зданиями и сооружениями другого назначения.

Манеж выполнен в металлокаркасно-стеновой конструктивной системе, так как каркасная конструктивная система организует внутренние пространства средних и больших площадей и трансформацию планировочного решения, а так же имеет самое широкое распространение в современном строительстве.

Климат области умеренно-континентальный. Континентальность климата подчеркивается большими годовыми амплитудами средних месячных температур января и июля. Среднегодовая температура воздуха +3,6°С, среднемесячная температура июля +18,4°С, января -11,8°С. 

Температура наружного воздуха, ° C:

- наиболее холодной пятидневки (обеспеченностью 0,92) – 31;

- наиболее холодных суток (обеспеченностью 0,92) – 34;

- абсолютная минимальная минус 41°C;

- абсолютная максимальная плюс 36° C .

Продолжительность безморозного периода 214 суток.

Относительная влажность составляет 78%. Среднее многолетнее количество осадков за год 580мм. Большая часть осадков выпадает в летнее время года, минимум осадков приходится на март. Глубина промерзания почвы в среднем 145см, при малоснежной зиме она достигает 170см. Наибольшая декадная высота снежного покрова 5% обеспеченности 59-79см.

Глубина промерзания почвы в среднем 145см. Для рассматриваемого района характерны ветры юго-западного и западного направления [2].

В работе принят аналитический метод исследования, который заключается в сравнении возможных вариантов и применимость их в конкретных условиях.

К наиболее распространенным способам отопления больших объектов (в частности манежей) относятся :

- Общая вентиляционно-отопительная система.

- Конвекционная система обогрева (радиаторы или стальные регистры).

- Инфракрасные газовые или электрические излучатели.

- Отопление мобильными тепловыми пушками - газовыми, электрическими и т.п.

- Система стационарных воздухонагревателей или тепловых шкафов.

- Система теплых полов.

- Воздушное отопление водяными тепловентиляторами или аппаратами воздушного отопления.

Результаты исследования и их обсуждение

Ниже приведено краткое описание каждой системы отопления , а также анализ их преимуществ и недостатков.

1). Общая вентиляционно-отопительная система

Принцип работы её заключается в следующем: Воздух из помещения забирается и по системе воздуховодов поступает в камеру, где происходит теплообмен его со свежим воздухом с улицы. Затем весь приточный воздух подается на водяной или электрический калорифер-подогреватель, где происходит нагрев воздуха до необходимой температуры. После этого уже прогретый воздух по системе воздуховодов снова возвращается в помещение.

Преимущества:

-Так как теплый воздух попадает из воздуховодов именно в рабочую зону комфорта, система в целом работает эффективно

- пожаробезопасность - высокотемпературные элементы системы вынесены за пределы рабочей зоны.

Недостатки :

-Дороговизна системы. Экономически целесообразно ее применение только там, где наличие механической вентиляция необходимо .

- Сложность монтажа наладки.

2). Конвекционная система отопления (регистры радиаторы или конвекторы) 

Роль отопительных приборов в такой системе играют либо радиаторы, либо регистры из гладких стальных труб.

Преимущества:

-Относительно низкая цена оборудования и материалов.

Недостатки :

- Крайне низкая эффективность системы. За счет того что теплый воздух от регистров сразу же подымается вверх и уходит из рабочей зоны. Таким образом основная част тепла отдаётся верхему слою пространства у потолка, а не людям в рабочей зоне.

- Загромождение отопительными регистрами поверхностей стен у пола. Таким образом полезная площадь помещения уменьшается и используется не рационально.

- Высокая инерционность системы (большой объем нагретой воды в трубах)

-Возможности травм и ожогов при непосредственном контакте с поверхностью регистра.

-Крайне низкая эстетичность системы, что портит внутренний вид манежа. Учитывая все приведенные факты можно сделать вывод, что радиаторы или регистры в случае отопления манежа непременимы, т.к. эксплуатационные расходы будут огромными, а помещения останутся холодными.

3). Системы инфракрасного обогрева (система на инфракрасных излучателях ).

Основу инфракрасной системы обогрева составляют инфракрасные нагреватели. Принцип их работы основан на том, что энергия сжигаемого газа или электричества преобразуется в энергию теплового излучения.

Преимущества:

- Возможность очень точно направлять тепло в нужную зону

- Возможность прогревать в большом объеме отдельные локальные зоны.

Недостатки:

- При необходимости прогревать весь объем воздуха в помещении эффективность аппаратов сильно снижается

-Нагретые до высоких температур излучающие поверхности находятся непосредственно в отапливаемом помещении, что может привести к пожару, особенно в манеже, где пол состоит из смеси песка и опилок.

-Излучатели работающие на газе выжигают кислород из помещения, что приводит к необходимости проветривания и снижает комфорт нахождения в помещении.

-Излучатели работающие на электричестве потребляют много дорогостоящего электроэнергии.

-Возможно негативное самочувствие персонала, находящегося под прямым излучением.

Отсюда следует вывод, что излучатели эффективны только тогда, когда в большом объемном помещении нужно точечно прогреть несколько локальных рабочих зон. Эффективность их применения для прогрева всего объема помещения в целом крайне не высока.

4). Отопление мобильными тепловентиляторами или тепловыми пушками

Принцип действия тепловых пушек прост: воздух из помещения нагнетается вентилятором на нагревательный элемент и уже теплый поступает в помещение. В качестве нагревательного элемента используется либо электрический ТЭН, либо дизельная горелка, либо горелка на сжиженном газе. Примечательно , что зачастую используются пушки прямого нагрева, то есть вместе с нагретым воздухом в помещение попадают продукты сгорания топлива.

Преимущества:

-Мобильность. Пушки относительно легко перемещаются и не требуют монтажа.

-Относительно не высокая цена оборудования.

- Достаточно высокая эффективность нагрева.

Недостатки:

- Потребление самых дорогих видов топлива: электричества, солярки, сжиженного газа.

- Присутствие в воздухе помещения токсичных продуктов сгорания может привести к отравлению людей и животных.

-Нагретый до излишне высоких температур исходящий поток воздуха может привести к пожару

-Расположение воздухонагревателей внизу может привести к их случайному повреждению в ходе хозяйственной деятельности

- Загромождение пушками полезной площади помещения.

- Управление системой трудно автоматизировать, что требует постоянного контроля со стороны персонала.

Таким образом применение мобильных воздухонагревателей оправдано только в случаях, когда требуется не постоянное или временное отопление. Применение пушек для постоянного отопления ведет к чрезмерным затратам на топливо и снижению пожарной безопасности помещений.

5). Система стационарных воздухонагревателей или тепловых шкафов.

Тепловые шкафы можно представить как огромные стационарные тепловые пушки. Принципиальным отличием же является наличие системы отвода продуктов сгорания и возможность использования горелок на различных видах топлива.

Преимущества:

- Возможность использовать относительно недорогой природный газ.

Недостатки:

- У такой системы такие же недостатки, как и у мобильных тепловых пушек, только лишь отсутствуют вредные выхлопы в помещения . Но в случае использования магистрального природного газа отопление потребует сложной и разветвленной системы газоснабжения , что крайне недешево и в монтаже и в проектировании.

6). Система теплый пол. 

Такой тип системы промышленного обогрева применяется крайне редко и практически не имеет преимуществ при использовании в помещениях большого объема. Недостатков же у больших поверхностей теплого пола достаточно много. Начиная от сложностей проектирования , заканчивая дороговизной материала, сложностью монтажа и высокой инерционностью системы.

7). Воздушное отопление на воздушно-отопительных аппаратах .

Аппараты воздушного отопления также именуют водяными тепловентиляторами, отопительными вулканами, а так же водяными калориферами с вентиляторами.

Принцип действия аппарата крайне прост: вентилятор прокачивает воздух через водяной теплообменник-радиатор. Через этот же теплообменник протекает горячий теплоноситель от системы водяного отопления. Аппарат как правило вешают на стену на высоте 2-2,5 метров от пола. Воздушный поток на выходе из аппарата становится прогретым и обладает достаточной скоростью, чтобы не уходить к потолку, а направиться вниз, в зону комфорта.

Таким образом воздух отдает большую часть тепла не потолку, а нижней части помещения.

Система на водяных тепловентиляторах является самым рациональным решением для манежа. Из её недостатков это электрозависимость, однако без этого невозможно добиться экономичности и качественного управления системой.

Рис.1 Потери тепловой энергии. Конвективная система отопления

Среди достоинств такой системы можно выделить следующее

- Система очень эффективна, за счет того что самый теплый воздух всегда внизу в зоне комфорта.

-Малое электропотребление.

-Относительно низкая стоимость оборудования

-Малые эксплуатационные расходы за счет возможности использовать в котельной относительно дешевый природный газ.

-Простой и быстрый монтаж

- Малая инерционность системы, что позволяет очень точно дозировать тепло,не перегревая помещение

-Систему очень просто и не дорого автоматизировать, чтобы в помещении поддерживалась заданная температура воздуха.

-Простота расчета системы промышленного отопления и ее проектирования.

-Малые размеры и вес оборудования

-Тепловентиляторы не сжигают кислород в помещении

-Отсутствуют вредные и токсичные выбросы в помещение.

Ввиду недостаточности теплоты, вырабатываемой тепловентиляторами, а также необходимости воздухообмена в помещении манежа, принята комбинирования система отпопления, включающая отопление с местными нагревательными приборами (тепловентиляторами) и приточно-вытяжной установкой (ПВУ) с встроенным рекуператором и подо гревателем наружного воздуха.

Большой по площади манеж не имеет смысл обогревать полностью. Достаточно отапливать места, где находятся люди и животные. Вариант с ПВУ и местными тепловентиляторами будет эффективен и экономичен.

Выводы или заключение

Комплекс отопления и вентиляции конно-спортивного манежа, включает отопление с местными нагревательными приборами с эксплуатацией в холодный период года, размещенными в помещении манежа, а также приточным воздухом, нагреваемым вытяжным воздухом, с дополнитульным подогревом от системы теплоснабжения. Местные нагревательные приборы также работают от системы теплоснабжения.

Приточно-вытяжная установка, имеющая в составе рекуператор и водный подогреватель,

расположенна вне помещения манежа сбоку в средней его части, с раздачей воздуха струями через патрубки, выходящие в манеж выше рабочей зоны, и вытяжной вентиляцией, осуществляемой через короб с жалюзями, обеспечивающие приточно-вытяжную вентиляцию в заданном режиме параметров внутреннего воздуха.

Достигаемый данным вариантом теплоснабжения технический результат заключается в создании оптимального температурного режима в помещении манежа, как в период проведении тренировок и соревнований, так и в ночное время, когда осуществляется режим экономии энергетических затрат, а также в создании оптимальной смены воздушной атмосферы в манеже за счет применяемого отопительно-вентиляционного оборудования.

Список литературы

СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий [Текст]: Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003: утв. Приказом Минрегиона России от 30.06.2012 г. №265: дата введ. 1.07.2013. -100с.:ил.

СП 131.13330.2012 Строительная климатология [Текст]: Актуализированная редакция СНиП 23-01-99*.: утв. Приказом Минрегиона России от 30.06.2012 г. №275: дата введ. 1.01.2013. -120с.:ил

Каменев П.Н. Вентиляция. Учебное пособие./ П.Н. Каменев, Е.И. Тертичник – М.: Изд-во АСВ, 2008. – 624 с., 280 ил.

СП 7.13130.2009. Отопление, вентиляция и кондиционирование. Противопожарные требования. : ФГУ ВНИИПО МЧС России. – М.: МЧС, 2009. – 33 с.

Кочев А.Г. Основы создания и поддержания микроклимата в промышленных, гражданских и уникальных зданиях: учеб. пособие 2012г.-111с: ил.

Кочев А.Г. Расчет и конструирование систем вентиляции жилых, административно-бытовых и общественных зданий: учеб. пособие 2016г.-154с.

Виниченко В.Н.. Гусева Т.В. Справочный документ по наилучшим доступным технологиям обеспечения энергоэффективности. М.: РОО «ЭКОЛАИН», 2009 -489 с

НТП-АПК 1.10.04.003-03. Нормы технологического проектирования конно-спортивных комплексов.: ФГУП «РосНИПИагропром».: М.: Министерство сельского хозяйства, 2003-42с.

Код для цитирования: Скопировать