Системи кондиціювання та холодопостачання висотних громадських будівель. Про вибір оптимального схемного рішення

Системи кондиціювання та холодопостачання висотних громадських будівель. Про вибір оптимального схемного рішення

Air conditioning and cooling systems for high-rise buildings. Selection of the optimal conceptual solution

IN Smirnova, Head of Engineering Equipment Department at LLC "Mirax-Project"

Designers of building utility systems often encounter the need to change conceptual solutions. The article looks at an example of modification of the initial air conditioning system design solution in a high-rise office building that resulted in a conceptual solution that outperformed the initial solution from the perspective of capital and operating costs while providing for high quality of internal climate and energy conservation.

Keywords: air conditioning system, high-rise office building, cold supply system

І. Н. Смирнова, начальник відділу інженерного обладнання ТОВ «Міракс-проект»

У практиці проектування інженерних систем будівель часто доводиться стикатися з необхідністю зміни схемних рішень. У статті розглянуто приклад зміни початкового проектного рішення системи кондиціонування повітря в висотній будівлі суспільно-ділового призначення, в результаті якого вдалося вибрати схемне рішення, яке не тільки не поступалося, але навіть перевершувало початкове як в частині капітальних, так і в експлуатаційних витрат, і при це забезпечувало високу якість мікроклімату і економію енергії.

Про вибір оптимального схемного рішення

І. Н. Смирнова , Начальник відділу інженерного обладнання ТОВ «Міракс-проект», [email protected]

Анонс
У практиці проектування інженерних систем будівель часто доводиться стикатися з необхідністю зміни схемних рішень. Часто потрібне змінювати склад інженерного обладнання, місце його розміщення. Може скластися ситуація, при якій проект успішно пройшов узгодження, але до моменту початку будівництва умови змінюються і затверджене проектне рішення не може бути реалізовано. В результаті вже на стадії будівництва доводиться шукати альтернативний варіант і не завжди вдається знайти навіть рівноцінну заміну початкового рішення, не кажучи вже про варіант, який перевищує початковий.

У статті розглянуто приклад зміни початкового проектного рішення системи кондиціонування повітря в висотній будівлі суспільно-ділового призначення, в результаті якого вдалося вибрати схемне рішення, не тільки не поступається, але навіть перевершує початкове в частині як капітальних, так і експлуатаційних витрат, і при цьому забезпечує висока якість мікроклімату і істотну економію енергії.

Загальна характеристика об'єкта

Об'єкт зараз знаходиться ще на стадії будівництва, він являє собою висотний комплекс, що складається з чотирьох корпусів: двох висотних корпусів баштового типу змінної поверховості (корпус А - 47 поверхів, корпус Б - 41 поверх), призначених переважно для розміщення офісів класу А, і двох 10-поверхових корпусів (корпусу В і Г). Корпус В об'єднаний з висотними корпусами двоповерховим стилобатом. Крім офісних приміщень, в комплексі запроектовані апартаменти, торгово-громадські простору, 4-поверхова підземна автостоянка.

Загальна площа комплексу відвідувань - 368 000 м2.

Площа надземної частини - 249 380 м2.

Площа підземної частини - 118 620 м2.

Введення комплексу в експлуатацію намічений на 2012 рік.

Початковий варіант проектного рішення

В нашій країні дуже часто застосовується централізована схема організації холодопостачання. Для даного об'єкту спочатку також було передбачено холодопостачання від єдиного холодильного центру.

Для корпусів А і Б був запроектований холодильний центр на базі холодильних машин з відцентровими компресорами і конденсаторами з водяним охолодженням. Скидання теплоти в навколишнє середовище організований за допомогою закритих зрошуваних градирень. Чотири холодильні машини повинні були розміщуватися в зоні стилобату корпусів А і Б на площі 1 300 м 2, дев'ять зрошуваних градирень - на покрівлі корпусу В на площі 1 400 м2 (рис. 1). Цей проект успішно пройшов експертизу.

Малюнок 1 ( Докладніше )

Схема розміщення холодильного обладнання єдиного холодильного центру (початковий варіант): а - план покрівлі; б - план на позначці -15 м

Схемою передбачалося:

• Подача холодоносителя від холодильного центру до центральних кондиціонерів, розміщених на технічних поверхах, здійснюється трубопроводами, самостійними для кожного пожежного відсіку.

• 4-трубна система тепло- і холодопостачання вентиляційних доводчиків (фенкойлів), що забезпечує охолодження внутрішнього повітря в теплий період, підігрів - в перехідний період, а також додатковий нагрів (при необхідності) в холодний період року.

Однак на практиці реалізувати це рішення не вдалося: зводилися корпуса А і Б і для них вже потрібно холодопостачання. Для його забезпечення необхідно було розмістити обладнання на покрівлі корпусу В, тоді як його будівництво відкладалося.

Ця обставина не дозволяло застосувати минуле узгодження рішення і зажадало оперативного пошуку альтернативних варіантів. В результаті розгляду ряду проектних рішень вдалося вибрати два варіанти, найкращим чином відповідають поставленому завданню. Саме з цих варіантів необхідно було зробити остаточний вибір. Розглянемо ці варіанти докладніше.

Запропоновані варіанти проектного рішення

Варіант 1. Розміщення холодильного обладнання в стилобаті

У зв'язку з затримкою будівництва корпусу В і відповідно до черговості забудови корпусів А і Б замовником була поставлена ​​задача по розміщенню градирень в безпосередній близькості від холодильних машин. Очевидне рішення в такій ситуації - розміщення холодильного центру, що має в своєму складі дев'ять градирень і чотири чилера, в стилобаті вже побудованих корпусів А і Б (рис. 2).

Малюнок 2 ( Докладніше )

Схема розміщення холодильного обладнання для корпусів А і Б в стилобаті (без урахування будівництва корпусу В) (варіант 1). Займана площу 3 000 м2

Малюнок 3 ( Докладніше )

Схема розміщення холодильних машин на технічному поверсі (варіант 2)

Для реалізації запропонованої схеми потрібно:

• Виділити площа 2 000 м2 на -4 поверсі для розміщення холодильних машин, насосного обладнання, теплообмінників і баків-акумуляторів. Цю площу можна було отримати тільки за рахунок зменшення площі підземного гаража-автостоянки, при відповідному скороченні числа машиномісць, що, зрозуміло, було б украй небажано для замовника.
• Виділити приблизно по 260 м2 на кожному вищележачому поверсі (-3 ... -1) для розміщення трубопроводів для подачі і видалення повітря від вентиляторів градірен.
• Встановити повітрозабірні і вибросние решітки загальною площею 900 м2 в зоні стилобату для подачі повітря на градирні та видалення його з відносною вологістю, збільшеною до 95%.
• Прокласти через підземний гараж-автостоянку транзитні магістральні трубопроводи великих діаметрів системи холодопостачання.
• Передбачити на кожному поверсі вертикальні шахти для прокладання магістральних транзитних трубопроводів системи холодопостачання.
• Передбачити додаткове приміщення на 31-му (технічному) поверсі для розміщення проміжних теплообмінників і насосів.
• Передбачити подачу води на підживлення до зрошуваних градирень.

Таким чином, реалізація цього рішення привела б до зменшення площі стилобату на 3 000 м2 і відповідного значного скорочення машиномісць. Крім того, продуктивність кожної холодильної машини повинна бути близько 5 МВт, що тягне за собою необхідність забезпечення соответствущего витрати зовнішнього повітря для відводу теплоти в навколишнє середовище.

В результаті аналізу стало очевидно, що даний варіант технічно можливий, проте його реалізація призводить до істотного подорожчання проекту.

Варіант 2. Децентралізація системи

Оскільки в архітектурному проекті комплексу на технічних поверхах були передбачені балкони, які спочатку не мали певного функціонального призначення, з'явилася можливість використовувати їх для розміщення VRF-систем, які є енергоефективним і малогабаритним обладнанням, застосовуваним в системах холодопостачання.

Цей варіант передбачав наступне:

• Для охолодження зовнішнього повітря в центральних кондиціонерах на кожному технічному поверсі корпусів А і Б (необхідна площа складає 260 м2) необхідно розмістити по 2-3 холодильні машини з виносними конденсаторами повітряного охолодження, які, в свою чергу, встановлюються на прилеглих балконах (17,21 м3) загальною площею 780 м2.
• Для забезпечення комфортних параметрів повітря на офісних поверхах необхідно передбачити зовнішні блоки VRF-системи з рекуперацією теплоти (3-трубні системи), які обслуговують свій пожежний відсік, встановлюються на балконах, що не використовуються раніше.
• Подібні схемні рішення системи холодопостачання вже досить тривалий час реалізуються на ряді висотних об'єктів (зокрема, таким чином влаштована система холодопостачання готелю «Україна» в Москві).

VRF-система має ряд переваг перед системою холодопостачання за першим варіантом:

• Зменшується приблизно на 1 МВт необхідна електрична потужність встановлюваних струмоприймачів.
• За рахунок розміщення холодильного обладнання на технічних поверхах звільняється площа в опалювальних приміщеннях стилобату і на офісних поверхах, на 3 000 м2 скорочуються площі вертикальних комунікаційних шахт.
• За рахунок відмови від прокладки магістральних трубопроводів холодопостачання з -4-го поверху на технічні поверхи і відмови від 4-трубної системи тепло- і холодопостачання фенкойлів скорочується металоємність системи.
• За рахунок відмови від теплопостачання фенкойлів зменшується витрата теплової енергії на 0,4 Гкал / год.
• Не потрібно подача води на підживлення зрошуваних градирень - 594 м3 / добу.

Крім того, перевагами VRF-системи кондиціонування, використовуваної в пропонованому варіанті, є:

• висока точність підтримки заданої температури повітря в кожному приміщенні (± 0,5 ° С);
• можливість одночасного охолодження повітря в одних приміщеннях і його підігріву в інших;
• низьке значення споживання електроенергії;
• низький рівень шуму в обслуговуваних приміщеннях;
• наявність функцій самодіагностики системи;
• короткі терміни монтажу системи;
• можливість поетапного (наприклад, поверхового) монтажу та пусконалагодження обладнання в міру виконання будівельних робіт;
• набагато менший, у порівнянні з системою холодопостачання на базі водоохолоджуваних машин, перелік планово-профілактичних робіт, заводська гарантія - 3 роки;
• низькі експлуатаційні витрати, оскільки експлуатація даного класу обладнання не вимагає обов'язкової наявності штату обслуговуючого персоналу;
• інтегрована система управління дозволяє одночасно управляти роботою до 4 096 внутрішніх блоків-доводчиків за допомогою одного комп'ютера. Можлива інтеграція системи в єдину систему управління будівлею (BMS) за допомогою одного з сучасних протоколів.

В системі передбачається резервування. Внутрішні блоки можна розташувати таким чином, щоб вони давали можливість забезпечення холодопостачання всіх приміщень на 80%. VRF-системи, на відміну від систем з проміжним теплоносієм, дозволяють підігрівати внутрішнє повітря в перехідний період, що, в свою чергу, дає можливість виставити систему опалення на +16 ° С.

Використання VRF-системи кондиціонування дозволяє забезпечити за бажанням орендарів одночасний підігрів або охолодження повітря всередині різних приміщень.

Ще один момент пов'язаний із заселенням орендарів. Як правило, заселення висотних будівель відбувається поступово, поверхами, у міру їх введення в експлуатацію. Цей процес часто розтягується на досить тривалий час. У варіанті 1 для забезпечення холодопостачання навіть при заселенні одного поверху треба було б запустити весь холодильний центр, що призвело б до марним великим енергетичним і експлуатаційних витрат. Також виникли б труднощі з гідравлічної балансуванням системи (слід враховувати ту обставину, що в висотних будівлях взагалі досить складно проводити гідравлічну ув'язку систем), втратами тиску, експлуатацією та підключенням орендарів. Варіант 2 дозволяє уникнути цих проблем. Один або два блоки обслуговують цілий поверх, що дає можливість окремим споживачам підключитися по поверхах, незалежно один від одного.

Крім чисто технічних аспектів цей варіант вигідний і з економічних позицій, як в плані капітальних, так і в плані експлуатаційних витрат. Була виконана техніко-економічна оцінка різних варіантів проектних рішень. Результати розрахунків наведені в табл. 1.

Таблиця 1 ( Докладніше )

Результати техніко-економічної оцінки двох варіантів системи холодопостачання (рівень цін 2010 року)

Як випливає з табл. 1, економічний ефект по холодопостачанню становить (за рівнем цін 2010 року):

• за рахунок скорочення потреби в встановленої електричної потужності - 64,8 млн руб .;
• за рахунок вивільнення площі в стилобаті - 225 млн руб .;
• за рахунок вивільнення площі під офіси - 75 млн руб .;
• за рахунок зменшення вартості обладнання і матеріалів - 27 млн ​​руб .;
• за рахунок скорочення експлуатаційних витрат по воді і електрики - 6 млн руб. на рік.

Скорочення вартості обладнання і матеріалів для системи теплопостачання дозволить заощадити близько 75 млн руб.

У підсумку економія за рахунок зниження капітальних витрат і за рахунок вивільнення площ склала близько 0,5 млрд руб. Експлуатаційні річні витрати також знизилися - на 6 млн руб. / Рік (за рівнем цін 2010 року).

висновки

Другий варіант системи холодопостачання видається більш доцільним. Він має явні переваги в частині енергоефективності та скорочення капітальних і експлуатаційних витрат (табл. 2):

Таблиця 2 ( Докладніше )

Порівняння варіантів холодопостачання корпусів А і Б

1. Потужність встановлюваних струмоприймачів за варіантом 2 зменшена приблизно на 1 МВт.

2. Оптимізація розміщення обладнання за рахунок скорочення необхідних площ і перенесення частини обладнання на раніше не використовувані балкони дозволяє вивільнити цінні площі в опалювальних приміщеннях. У цьому варіанті:

• звільняються площі в стилобаті - 2 700 м 2;
• займаються площі на технічних поверхах - 260 м2;
• займаються площі на що не використовуються раніше технічних балконах - 780 м2;
• звільняються площі на офісних поверхах за рахунок скорочення комунікаційних шахт - 370 м2.

3. Не має потреби в подачі води на підживлення градирень - 594 м3 / добу.

4. Відмова від розміщення холодильного центру за варіантом 1 на -4 поверсі зберігає машиномісця і позбавляє від необхідності викиду великої (≈ 5,8 × 106 м3 / ч) кількості вологого повітря в зоні стилобату.

5. Скорочуються розміри вертикальних шахт для прокладання магістральних трубопроводів, виключається прокладка магістральних трубопроводів в межах автостоянки.

6. Значно скорочується металоємність системи холодопостачання за рахунок зменшення діаметрів і довжини трубопроводів. Попередні (орієнтовні) цифри по виключенню з проекту труб системи холодопостачання:

• D = 250 мм - 900 пог. м;
• D = 200 мм посилання - 1 600 пог. м;
• D = 150 мм - 11 600 пог. м;
• D = 125 мм - 800 пог. м;
• D = 100 мм - 200 пог. м.

По трубах теплопостачання - загальна довжина 650 пог. м.

7. З'являється можливість відмовитися від системи 4-трубних фенкойлів, замінивши її VRF-системою.

Стаття підготовлена за участю Н. О. Ричкової.