CC BY
152
7/)П11 ВЕСТНИК
_7/20 и_мгсу
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДУШНЫХ РЕЖИМОВ И ОПТИМИЗАЦИЯ ОТОПЛЕНИЯ И ВЕНТИЛЯЦИИ В ПРАВОСЛАВНЫХ ХРАМАХ
THE STUDY OF AIR STREAMS AND THE IMPROVEMENT OF HEATING AND VENTIOATION IN THE ORTHODOX
TEMPLES
О.Ф. Гавей, Л.Г. Старкова O. Gavey, L. Starkova
ГОУ ВПО Магнитогорский ГТУ
В статье кратко освещены современные проблемы создания микроклимата в православных храмах и представлены основные результаты теоретических и практических исследований по улучшению их отопления и вентиляции.
The modern problems of microclimate development and the chief results of practical and theoretic studies to improve heating, ventilation and air conditioning of the Orthodox temples are described in this article.
Несмотря на довольно строгие правила проектирования и устройства систем отопления и вентиляции храмов и культовых сооружений, регламентированные религиозными устоями и строительными нормами [1, 3], зачастую, в современных храмах возникают определенные проблемы, даже при вполне удовлетворительном соблюдении указанных норм.
К основным отличительным особенностям православных храмов относятся, прежде всего, их нестандартные и оригинальные архитектурно-планировочные решения. Вытянутое вверх пространство при небольшой площади здания осложняет равномерный прогрев воздуха в рабочей зоне, а большая часть тепла, предназначенного для отопления, уходит вверх, отапливая ненужное пространство.
Неравномерность посещения храмов приводит к тому, что существующие системы вентиляции не справляются с возрастающей нагрузкой при максимальном заполнении храма. Системы не являются энергоэффективными, что в современных условиях экономии энергетических ресурсов является особенно важной проблемой.
От стоек с горящими свечами выделяются большие конвективные потоки, сажа и копоть от которых оседает на стенах и колоннах и портит иконы, фрески, росписи и общую отделку храма.
Таким образом, системы отопления и вентиляции в большинстве храмов и других культовых сооружениях на сегодняшний день работают не удовлетворительно. Это означает, что существует необходимость поиска других путей решения проблемы, в связи с чем было проведено исследование на базе Храма Покрова Пресвятой Богородицы в г. Трехгорном Челябинской области и Храма Вознесения в г. Магнитогорске Челябинской области. Наиболее детально рассматривались центральные части храмов,
т.к. именно в них пребывают посетители и находится наибольшее количество свечей и религиозных ценностей.
Согласно статистическим данным, количество посетителей в храме очень неравномерно и меняется в зависимости от времени суток, дней недели и месяца. Подавать в храм одинаковое количество воздуха, рассчитанное на максимальное заполнение храма, очень неэкономично с точки зрения расходов количества свежего воздуха, теплоты и холода. Проблема неравномерности посещения храмов нашла отражение в современных нормативах по проектированию храмов и храмовых сооружений. Согласно требованиям[1]воздухообмен рекомендуется рассчитывать для четырех периодов в соответствии с режимом работы храма: для времени, когда заполнение средней части храма равно 0, 10 , 50 и 100 %. Очевидно, что необходимо ввести автоматизацию систем приточных установок для четырех указанных режимов для возможности регулирования параметров воздуха в соответствии с этими режимами.
В ходе проведенных исследований было выяснено, что ночью, рано утром и поздно вечером по будням посетителей нет. 10 % от общего количества посетителей в храмах наблюдается в будние дни, когда нет православных праздников. Храм заполняется на 50 % прихожан по выходным и большим христианским праздникам, и 100 % посещение происходит обычно в 4 великих православных праздника: Пасху, Троицу, Рождество и Крещение. По этим данным было подсчитано, по сколько часов в году приходится на каждый из четырех вышеуказанных режимов, а затем при помощи графоаналитического способа, построены годовые графики потребления ресурсов: теплоты, холода и свежего воздуха. С помощью этих графиков удалось определить реальное количество этих ресурсов.
По приблизительным подсчетам, при внедрении автоматизированной приточной установки, которая сочетает в себе как нагрев, так и охлаждение воздуха, удастся сократить нагрузки на тепло до 90, а на холод - до 84 %. В то же время, регулирование воздуха для системы вентиляции обеспечит нормативный воздухообмен даже в моменты максимально возможного заполнения храма людьми.
Создание оптимальной системы отопления и вентиляции храма - это еще один важный аспект в решении вышеперечисленных проблем. Перспективным вариантом на сегодняшний день является система воздушного отопления. В ходе исследований был предложен вариант, когда внутреннее пространство храма обогревается приточными нагретыми струями, которые также обеспечивают необходимый воздухообмен в храме, в зависимости от количества посетителей, и подаются снизу вверх из напольных щелевых решеток. По периметру средней части храма предлагается запроектировать зоны теплого пола, для того, чтобы обеспечить равномерный прогрев здания и предотвращения обмерзания внутренней поверхности наружных стен и выпадения на ней конденсата.
При этом, в самом пространстве храма отсутствуют отопительные приборы в виде радиаторов или трубопроводов, что улучшает его внешний вид, а вытесняющие приточные вентиляционно-отопительные струи обеспечивают надлежащий тепло- и воздухообмен именно в рабочей зоне храма.
Приточные струи расположены по периметру колонн между колонной и стойкой со свечами и подаются двумя частями. Одна, меньшая часть струи подается вертикально вверх, настилаясь на колонну и защищая ее поверхность от конвективных потоков от свечей, другая подается горизонтально, настилаясь на пол, обеспечивая нормируемые параметры в рабочей зоне.
7/2011
ВЕСТНИК _МГСУ
Рис. 1. План храма с расположением приточных устройств (1) и зоны теплого пола (2)
/ /
вертикальная составляющая струи
Решетка тапаАРС
горизонтальная составляющей струи
камера статического давления
///
///
///
Рис. 2.Схема приточного устройства
Вертикальная составляющая подающей струи рассчитывалась по методике, описанной [4, 5].Струя рассматривалась как воздушный фонтан, на который действуют гравитационные силы. Степень влияния на струю гравитационных сил оценивалась при помощи чисел подобия Аг, Ог и Яе. Согласно заданным условиям (площадь щели решетки, начальная температура и скорость выхода струи из решетки, температура воздуха в помещении), было определено, что вертикальный воздушный поток безотрывно настилается на колонну и не попадает в рабочую зону, унося конвективные по-
токи от свечей, попадая в купол и удаляясь через вытяжные оконные вентиляторы, защищая тем самым поверхность колонны.
Горизонтальная составляющая подающей струи рассчитывалась по методике, предложенной [2].В ходе расчетов было выяснено, что горизонтальные струи обеспечивают нормируемые параметры в рабочей зоне храма.
Щелевые решетки для вертикальной и горизонтальной струи располагаются на камере статического давления, которая обеспечивает наиболее равномерное распределение воздуха между двумя решетками.
Для того, чтобы понять, является ли данная схема воздухообмена оптимальной для решения поставленных задач (организация нормируемых параметров микроклимата, защита ограждений от копоти и образования конденсата), был рассмотрен характер тепловых потоков, образующихся от горящих свечей. Зная скорость теплового потока и его температуру, можно будет судить о том, сможет ли вертикальная струя приточного воздуха отклонить поток от ограждения и направить его в центральную часть для естественного удаления.
Расчет проводился по методике [5] с использованием корректирующих коэффициентов.
Естественные конвективные потоки полностью зависят от гравитационных сил. Для естественной конвективной тепловой струи начальный импульс и начальное избыточное теплосодержание равны нулю. По предложенным формулам был определен текущий кинематический импульс и, в результате, были определены скорости естественного теплового потока в различных осевых точках.
Полученные теоретические результаты были подтверждены экспериментом. Экспериментальные значения скоростей отличаются от теоретических не более 7%.
Таким образом, в результате проведенных теоретических и эмпирических исследований былодостигнуто следующее.
1. Рассмотренные приточные струи имеют начальную скорость, обеспечивающую нормируемый уровень шума в рабочей зоне и препятствующую попаданию пыли
г, м
V - осевая скорость потока, м/с
О - тепловой поток от свечей, Вт
Рис. 3. Схема конвективного теплового потока
7/2011 ВЕСТНИК _7/2011_МГСУ
в щель решетки. Также они имеют практически постоянную температуру в течение года и времени суток, что благоприятно сказывается как на самочувствии прихожан, так и на внутренней отделке храма. Вертикальная составляющая подающей струи отклоняет тепловой поток от свечей в сторону центрального восьмерика, где наблюдается наибольшая естественная тяга, что способствует естественному удалению загрязненного воздуха. Это помогает сохранить внутреннюю отделку храма.
2. Предусмотренная зона теплого пола выполняет несколько функций: помогает достичь нормируемой температуры внутреннего воздуха, обеспечивает равномерный прогрев храма и предотвращает обмерзание внутренней поверхности его наружных стен.
3. Разработаны режимы работы автоматизированной приточной установки, обеспечивающей необходимое количество теплого или холодного воздуха, что позволяет существенно сэкономить энергетические ресурсы.
Предложенная схема отопления и вентиляции позволяет устранить большинство вышеуказанных недостатков и существенно улучшить микроклимат в храме. Не смотря на то, что в исследовании рассматривались определенные храмы, а все расчеты проводились с учетом их исходных данных (размеры, вместимость, объемно-планировочные решения), основные описанные принципы можно применять для проектирования и других православных храмов и культовых сооружений.
Литература:
1. АВОК. Стандарт 2-2004. Храмы Православные. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. - М: АВОК, 2004 г.
2. Арктика. Системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Каталог оборудования для систем вентиляции воздуха. - М: Арктос, 2007 г.
3. Православные храмы. Пособие по проектированию и строительству (к СП 31-103-99), МДС 31-9-2003. - М: 2003 г.
4. Богословский В.Н. Строительная теплофизика. Теплофизические основы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. - М: Высшая школа, 1982 г.
5. Шепелев И.А. Аэродинамика воздушных потоков в помещении.- М: Строиздат, 1976 г.
Bibliography:
1. AVOK. Standard 2-2004. Orthodox Temples. Heating, ventilation and air conditioning. - M: AVOK, 2004
2. Arctica. Heating, ventilation and air conditioning, equipment catalog for ventilation systems. - M: Arctos, 2007
3. Orthodox Temples. Handbook for designing and building. (to SP 31-103-99), MDS 31-92003 - M: 2003
4. Bogoslovsky V.N. Building thermal physics. Thermophysical elements of heating, ventilation and air conditioning. - M: High school, 1982
5. Shepelev I.A. Aerodynamics of an air streams in placements. - M: Stroyizdat. 1976
Ключевые слова: пространство, аэродинамика, воздушный поток, конвективный поток, приточные струи, неравномерность, режим, микроклимат.
Key words: space, aerodynamics, air stream, convective stream, air supply jets, irregularity, regime, microclimate.
e-mail: [email protected]
