Автор А.Б. Невзорова, профессор, докт. техн. наук, Белорусский государственный университет транспорта (БелГУТ), Беларусь

Введение

Стремительное развитие науки и техники требует оперативного (практически ежегодного) внедрения новых сведений в учебные программы специальных дисциплин. Новый подход к качеству образования требует от профессорско-преподавательского состава университетов находиться на вершине знаний своей отрасли и умения находить и эффективно интегрировать научно-технические достижения в учебный процесс.

На протяжении последних десяти лет в Республике Беларусь, России и других странах СНГ прошло реформирование в области строительных норм и правил с учетом региональной специфики.

Так, в Республике Беларусь создан Национальный комплекс нормативно-технических документов в строительстве.И каждый студент на протяжении своей учебы в университете должен не только ознакомиться, но и научиться пользоваться ими на практике.

Одновременно в учебных планах строительных специальностей в Беларуси, например, промышленное и гражданское строительство (ПГС) и водоснабжение и водоотведение (ВиВ), вместо дисциплины «Теплогазоснабжение, отопление и вентиляция» была введена «Инженерные сети и оборудование зданий и сооружений». Это потребовало пересмотра учебного плана и совершенствования учебно-методического комплекса курса.

Цель доклада — показать особенности изучения данной дисциплины студентами непрофильных специальностей и роль практической подготовки будущих инженеров-строителей в области отопления и вентиляции зданий и сооружений.

1. О дисциплине

Согласно учебному плану дисциплина делится на 3 больших блока: теплотехнический расчет ограждающих конструкций, системы отопления и вентиляции. На ознакомление с материалом отводится 36 лекционных часа плюс по 16 часов на лабораторные и занятия по курсовому проектированию на тему «Отопление и вентиляция жилого здания». При этом необходимо учитывать, что студенты второкурсники ещё не изучали спецкурсы, например, по строительному материаловедению, и приходится ориентироваться на действительный уровень знаний.

2. Современные тенденции в лекционном курсе

На лекционных занятиях студентам дают общие положения по теплотехнике, отоплению и вентиляции. С помощью мультимедийных презентаций они знакомятся с новыми достижениями в области создания микроклимата в зданиях. Полученные теоретические сведения они применяют на практике при выполнении курсовой работы на тему «Отопление и вентиляция жилого здания».

Каждый лектор по-разному акцентирует внимание на теоретическом материале. В этом разделе рассмотрим лишь отдельные вопросы программы курса, которые рассматриваются в лекциях с позиций современных, в частности, белорусских требований.

2.1. Теплотехнический расчет ограждающих конструкций рассматривается с позиций нормативного сопротивления теплопередаче [1]. Т.к. мероприятия по энергосбережению в области сохранения тепла при отоплении зданий касаются увеличения при строительстве термического сопротивления ограждающих конструкций, то толщину теплоизоляционного материала находят согласно нормативному сопротивлению теплопередаче

R о.норм , (м 2 . °С)/Вт, [1, табл. 5.1] , которое составляет:

2,0 — для наружных стен из штучных материалов (кирпича);

2,2 — наружные стены монолитных зданий;

2,5 — для наружных стен из крупнопанельных зданий;

3,0 — для перекрытий чердачных и подвальных;

0,6 — заполнение световых проемов.

При этом расчетная зимняя температура наружного воздуха t н для различных областей Беларуси [2] принимается в зависимости от тепловой инерции D наружной стены согласно СНБ 2.01.04-97 с учетом указаний для стен различной инерционности и учитывается при проектировании ограждающих конструкций и систем отопления [3].

2.2. Расчеты трансмиссионных теплопотерь помещениями через стены, полы, потолки, окна, двери ведутся по СНБ 4.02.01-03 и состоят из основных и добавочных â ( â 1 — на ориентацию наружных ограждений по сторонам света, â 2 — на угловые помещениях, â 3 — проникание в помещение холодного воздуха при открывании наружных дверей при высоте здания h ) [4, прилож.Ж]. Добавочные потери на инфильтрацию наружного воздуха Q и или учитываются добавками к основным потерям, или определяются специальным расчетом [4, прилож. К].

2.3. Взамен удельной тепловой характеристики вводятся понятия удельные расходы тепловой энергии на отопление q А , Вт . ч/(м 2 . °С . сут), и вентиляцию зданий q V , Вт . ч/(м 3 . °С . сут), которые определяются по формулам [2]:

q А = Q S / ( A bu . D ) . 10 3 ; (1)

q V = Q S / ( V bu . D ) . 10 3 , (2)

где Q S — суммарный годовой расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания,кВт . ч;

A bu — отапливаемая площадь здания, м 2 , определяемая по внутреннему периметру наружных вертикальных ограждающих конструкций;

V bu — отапливаемый объем здания, м 3 ;

D — количество градусо-суток отопительного периода, °С . сут, определяемое как D = ( t п — t н.от.п ) . Z от ;

t п — средневзвешенная по объему зданию расчетная температура внутреннего воздуха в помещениях, °С;

t н.от.п — средняя температура наружного воздуха, °С;

Z от — продолжительность отопительного периода, сут.

Полученные результаты сравниваются с нормативными удельными расходами тепловой энергии на отопление и вентиляцию жилых и общест¬венных зданий [5, 6].

2.4. В классификацию систем водяного отопления наряду уже с классическими схемами [7] включена поквартирная разводка. Делается ссылка на новые проекты и поясняется принцип проектирования в зависимости от типа присоединения приборов: двухтрубная, однотрубная, лучевая.

Однако расчет такой системы отопления студенты еще не делают. Даются общие понятия о проектировании и устройстве систем отопления из полимерных труб [8].

2.5. Отопительные приборы. Промышленность примерно раз в 5 лет обновляет типовой ряд отопительных приборов. Так, старые добротные чугунные радиаторы, например, М-90 уже не выпускаются в Беларуси. Взамен их налажено производство и производят монтаж в зданиях радиаторов 2КП-90„500 и конвекторов [9]. По своим характеристикам и внешнему виду они больше отвечают современным требованиям. Однако наряду с белорусскими отопительными приборами студенты знакомятся с характеристиками, конструкцией и внешним видом стальных, алюминиевых, биметаллических радиаторов (с разным типом подводок), внутрипольными конвекторами, а также с дизайн-радиаторами, которые отличаются различной формой в соответствии с требованиями дизайна.

Более подробно в лекционном курсе уделяется материалу по эксплуатационному регулированию теплопередачи приборов, которое может проводиться, как автоматизировано, так и вручную [10].

Даются понятия по местному автоматическому регулированию в тепловом пункте здания, которое обычно проводят, ориентируясь на изменение температуры наружного воздуха (способ регулирования «по возмущению» ). А также по индивидуальному автоматическому регулированию теплопередачи приборов при отклонении температуры воздуха в помещении от заданного уровня (регулирование «по отклонению» ).

Обращается внимание, что в последние годы в новых проектах по системам отопления для регулирования расхода горячей воды (теплоносителя), проходящей через прибор отопления применяются индивидуальные термоклапаны или терморегуляторы (термостаты) — устройства, обеспечивающие автоматическое изменение расхода теплоносителя через прибор [11, 12].

2.6. В конструкцию теплового пункта за последние 10 лет внесены коренные изменения. Если до недавнего времени наиболее популярной была схема присоединения систем отопления жилых зданий через центральный тепловой пункт (ЦТП), где в теплообменниках приготавливалась вода вторичного теплоснабжения, к которой присоединялись узлы управления секционных систем отопления здания. ЦТП обслуживал группу жилых и общественных зданий. То в последнее время получило распространение подсоединение жилых зданий к системе централизованного теплоснабжения через

ИТП. Это обусловлено появлением на наших рынках нового полностью автоматизированного малогабаритного оборудования, а также необходимостью учета теплопотребления. В ИТП вода на

нужды отопления и горячего водоснабжения приготавливается в пластинчатых теплообменниках, установленных непосредственно в здании [13].

Отмечается, что в последние годы появились мембранные расширительные баки закрытого типа, которые лишены таких недостатков расширительных баков открытого типа как опасность перелива воды в нижерасположенные помещения и попадание атмосферного воздуха в систему отопления. Их чаще всего устанавливают в нижнем техническом этаже и присоединяют к обратной магистрали в ИТП.

2.7. Предизолированные трубы. Потери тепла в системах централизованного теплоснабжения на пространстве СНГ теоретически составляют от 7 до 12%, однако фактически эта цифра в большинстве случаев достигает 20-30%. В силу этого снижение потерь на теплотрассах становится одной из важнейших задач государства в области энергосбережения и позволяет резко повысить эффективность многих других мероприятий в области энергосбережения, проводимых в Беларуси. Поэтому особое внимание уделяется бесканальному способу прокладки теплопровода, применение которого позволяет снизить на 30-40% строительную стоимость тепловых сетей, значительно уменьшить трудовые затраты и сократить объем вскрышных работ. Сейчас его широко стали применять при реконструкции старых и строительстве новых тепловых сетей с применением предизолированных (ПИ) труб [14, 15]. Такие теплотрассы оборудуются электронной системой аварийной сигнализации, которая позволяет с точностью до 1 м обнаруживать места с повышенной влажностью изоляции (нарушение герметичности) и утечек теплоносителя, и при необходимости принимать меры по своевременному устранению неисправностей и повреждений.

2.8. Сравнение различных систем отопления , например, панельно-лучистого, печного, газового, электрического и др. дается с точки зрения технико-экономического обоснования применения их в том или ином здании или помещении. Приводятся также схемы распределения температур в помещении по высоте в зависимости от системы отопления.

2.9. Вентиляция. После ознакомления студентов с общей классификацией и принципом конструирования системы естественной вентиляции в лекциях делается упор на конструкцию и принцип

работы приточно-вытяжной механической вентиляции. При это обращается внимание на тот факт, что при установке в новых или реконструированных зданиях современных стеклопакетов, обладающих полным комплексом достоинств и по звуконепроницаемости, и по энергосбережению и т.д., необходимо параллельно учитывать и нормируемый трехкратных воздухообмен, который должен осуществляться в помещениях. Поэтому для создания комфортных условий проживания, необходимо уметь запроектировать приточно-вытяжную механическую вентиляцию или усовершенствовать естественную систему вентиляции. И конечно заостряется внимание на внедрение в системах вентиляции оборудования по рекуперации тепла в холодный период времени [16, 17].

2.9. Кондиционирование. При раскрытии этой темы обычно выделяется два основных типа кондиционеров: моноблочные и сплит-системы. Уточняется, что основным предназначением бытового кондиционера является создание и поддержание комфортных температурно-влажностных условий в обслуживаемом помещении в тёплый и переходный период года, а не отопление помещения при отрицательных температурах наружного воздуха [18]. При температуре наружного воздуха ниже 0 °C бытовые кондиционеры работают неустойчиво и неэффективно. Студенты знакомятся также с классификацией промышленных кондиционеров : канальные кондиционеры высокой мощности, прецизионные, крышные, центральные и системы чиллер-фанкойл и др.

2.10. Энергетический паспорт здания предназначен для подтверждения соответствия показателей энергетической эффективности и теплотехнических показателей здания, показателям установленных в нормативных документах. В настоящее время его необходимо составлять и для жилых и для общественных зданий [6].

3. Особенности курсового проектирования

3.1. О становлении инженерных навыков. Для лучшего понимания информации и усвоения материала студенты пользуются пособиями к строительным нормам [3, 8], подготовленными специалистами. А также используют пособие, в котором последовательно и с примерами изложена последовательность выполнения курсовой работы [20].

Какие же трудности возникают у студентов как дневного, так и безотрывного обучения при использовании полученных теоретических знаний на лекциях в процессе обучающего практического проектирования систем отопления и вентиляции жилого многоэтажного здания?

При расчете ограждающих конструкций студенты учатся пользоваться строительными нормами Беларуси (СНБ) по строительной теплотехнике и климатологии [1, 2], т.к. по варианту эти здания размещены в различных областях Республики Беларусь. Исходя из новых требований по нормируемому термическому сопротивлению ограждающих конструкций R норм , они рассчитывают толщины теплоизоляционного слоя и общие для наружной стены, чердачного и подвального перекрытий. При этом и толщины не должны выходить за пределы нормируемых 510 мм. Зачастую им приходится самостоятельно делать выбор другого теплоизоляционного материала с меньшим коэффициентом теплопроводности. При этом они ориентируются либо на материалы из СНБ 2.04.01-97 , либо самостоятельно находят в других источниках.

Полученная величина R затем используется при расчете теплопотерь помещениями здания.

С расчетом основных транмиссионых теплопотерь больших сложностей не возникает. Но при расчете дополнительных потерь студент должен пользоваться правилами, изложенными в СНБ 4.02.01-03 .

При этом большинство студентов не сразу начинают правильно измерять площадь наружных стен. Обычно начинают с внутренних размеров, и лишь затем, после дополнительного уточнения, к измерению по периметру.

При расчете теплопотерь через пол и потолок не всегда правильно учитывают коэффициент n — расположение конструкций по отношению к наружному воздуху. Поэтому и теплопотери на первом и последнем этажах здания рассчитываются неточно.

При расчете отопительных приборов всегда возникают проблемы по группировке секций. А количество секций очень часто делают дробным числом.

Составление аксонометрической схемы системы отопления студент делает в масштабе 1:100 на основании разводок на этаже, в подвале и на чердаке. Однако ИТП они стараются установить в центре подвала, а не возле несущей стены. Главный стояк при верхней разводке обязательно расположат в центре жилой комнаты. При разводке магистралей они иногда объединяют попутную и тупиковую схемы. Забывают при нижней разводке устанавливать воздухоспускные краны на последнем этаже и т.д. Методом проб и ошибок они все-таки выходят на верное решение и устраняют свои ошиб-

ки в проекте.

Одним из основных пунктов курсовой работы является гидравлический расчет системы отопления.

Поиск студентом главного циркуляционного кольца на аксонометрической схеме системы отопления, его начало и конца, завершается успешно лишь со второй или n-ой попытки. Гидравлический расчет начинает получаться в том случае, когда студент поймет, что такое расчетный участок. Затем он начинает ориентироваться в диаметрах труб и подсчитывать удельные потери на участках и в кольце в целом.

Интересная ситуация получается, когда по теории температура горячего теплоносителя воды в системе отопления должна быть 90-95 °С, а на практике — даже при входе в тепловой пункт здания не достигается таких температур. Поэтому студент учиться рассчитывать систему отопления и при пониженных температурах на входе в систему отопления от 65 до 80 °С.

Проверено на практике, что после того как студент научился строить аксонометрическую схему по отоплению, проектирование естественной системы вентиляции ему дается гораздо легче.

3.2. О программном обеспечении.

Один из спорных вопросов, который возникает в процессе проектирования, использовать или нет программное обеспечение по расчету теплопотерь [19], отопительных приборов и т.д. С моей точки зрения, студент вначале должен научиться вручную посчитать систему отопления и вентиляции невысокого многоэтажного жилого дома, для того, чтобы почувствовать цифры и их порядок. Ведь специальности «ПГС» и «В и В» не готовят специалистов по инженерным сетям, поэтому студенты должны овладеть азами теплотехнических расчетов, с тем, чтобы на рабочем месте при строительстве зданий они смогли ориентироваться в цифрах и схемах по отоплению и вентиляции, указанных на чертежах.

В то же время пояснительную записку 100% студентов делают в текстовом редакторе (с большими погрешностями в оформлении). Графический редактор для выполнения чертежей (планы, схемы и т.д.) используют до 80% обучающихся.

Однако и в этом случае они вручную затем правят графический материал.

3.2. О методическом обеспечении. За последние 7 лет издано достаточно большое количество учебных пособий по отоплению и вентиляции [11, 12, 16, 17, 23]. Но при этом в них отсутствует пункт по систематизации основных терминов и их определений относительно конкретного предмета в виде терминологического словаря. Англо-русский специализированный словарь очень хорош, но для непрофильных специальностей тяжел в усвоении [21]. Как выяснилось на практике [20], для студентов наличие такого словаря в конце пособия весьма облегчает усвоение учебного материала. Следуя опыту внедрения в учебный процесс современных терминологических словарей [22], установлено, что студенты быстрее осваиваются с кругом вопросов по изучаемой дисциплине; адекватно воспринимают самостоятельно изучаемый материал учебников, пособий и др. с установлением связей между разрозненными понятиями и терминами. В итоге, при контрольном опросе по дисциплине в конце семестра из их ответов прослеживается систематизация полученных знаний и владение терминологией изучаемого предмета.

Заключение

Таким образом, в данной статье обобщен накопленный опыт внедрения новых знаний по отоплению и вентиляции для студентов не теплотехнических специальностей. Рассмотренные подходы позволяют определить методологические основы по оптимизации технологии учебного процесса изучения дисциплины «Инженерные сети и оборудование зданий и сооружений» как совместного продукта теории и практики.

Очевидно, что становление современных подходов к занятиям требуют непрерывного совершенствования уровня и методики преподавания, а также компетентности в области учебной дисциплины, с тем, чтобы будущие инженерыстроители могли грамотно ориентироваться в смежных с их специальностью областях. ■

Литература

1. СНБ 2.04.01-97. Строительная теплотехника. — Введ. 1997-24-12. — Минск: Минстройархитектуры Республики Беларусь, 1998. — 35 с.

2. СНБ 2.04.02-2000. Строительная климатология. — Введ. 2000-08-12. Минск: Минстройархитектуры Республики Беларусь, 2001. — 37 с.

3. П1-04 к СНБ 2.04.01-97. Теплотехнический расчет ограждающих конструкций зданий. Пособие к строительным нормам. — Минск: Минстройархитектуры Республики Беларусь, 2004. — 32 с.

4. СНБ 4.02.01-03. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. — Введ. 2003-16-10. — Минск: Минстройархитектуры Республики Беларусь, 2004. — 78 с.

5. СНБ 3.02.04-03. Жилые здания. — Введ. 2003-21-12. — Минск: Минстройархитектуры Республики Беларусь, 2004. — 35 с.

6. Закон Республики Беларусь от 15 июля 1998 г. «Об энергосбережении». — Ведамасцi Нацыянальнага сходу Рэспублiкi Беларусь. — 1998. — № 31-32. — С.470.

7. Внутренние санитарно-технические устройства. (Справочник проектировщика). В 3 ч. Ч I. В.Н. Богословский, Б.А. Крупов, А.Н. Сканави и др. Отопление. / И.Г.Староверова, Ю.И. Шиллера. — М.: Стройиздат, 1990.

8. П-1 к СНБ 4.02.01-03 . Проектирование и устройство систем отопления из полимерных труб.— Минск: Министерство архитектуры и строительства Республики Беларусь, 2005. — 54 с.

9. СТБ 1281-2001. Конвекторы отопительные: Технические условия. — Минск: Минстройархитектуры Республики Беларусь — 12 с.

10. Озерская А.Р. О необходимости и возможностях поквартирного учета и регулирования тепла // Энергоэффективность. — № 5. — 2006. —С. 11-12.

11. Теплоснабжение , отопление и вентиляция: Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования./ Б.М. Хрусталев [и др.] — М.: Издательство АСВ, 2005. — 546 с.

12. Варфоломеев Ю.М. Отопление и тепловые сети: Учебник / Ю.М. Варфоломеев, О.Я. Какоркин. — М.: ИНФРА-М,2007. — 480 с.

13. Копко В.М. Пластинчатые теплообменники в системах централизованного теплоснабжения. Курсовое и дипломное проектирование: учебное пособие / В.М. Копко,М.Г.Пшоник.— Мн.:БНТУ, 2005. — 197 с.

14. Яковлев Б.В. Повышение эффективности систем теплофикации и теплоснабжения. / Б.В. Яковлев.— Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2002. — 448 с.

15. Пи-труба: вниманию строителей и специалистов ЖКХ.— PRO электричество.— 2005. — № 1(13).

16. Бухаркин Е.Н. Инженерные сети, оборудование зданий и сооружений: учебник / Е.Н.Бухаркин, В.М.Овсянников, К.С.Орлов; под ред. Ю.П. Соснина. — М.: Высшая школа, 2001. — 415 с.

17. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха: Справочное пособие. — М.: Пантори, 2003.— 308 с.

18. Синицин В.Н. Тепло вашего дома // Мир климата.— 2005. — № 13.— http//www.mir-klimata.apic.ru

19. Невзорова А.Б. Расчет на ЭВМ теплопотерь помещений: пособие / А.Б. Невзорова, Г.Н. Белоусова; И.С. Напреев.— Гомель: БелГУТ, 2001. — 16 с.

20. Невзорова А.Б. Инженерные сети и оборудование (отопление и вентиляция жилого здания): учеб.- метод. пособие по курсовому проектированию / М-во образования Респ. Беларусь, Белорус. гос. ун-т трансп.— Гомель: БелГУТ, 2006. — 58 с.

21. Англо-русский терминологический словарь ASHRAH по отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха и охлаждению / В пер. с англ. В.Б. Коркина, М.М.Бродач. — М.:АВОК-ПРЕСС,2002. — 240 с.

22. Невзорова А.Б. Основные термины и определения (инженерные сети и оборудование): справочное пособие / А.Б. Невзорова, Г.Н. Белоусова; М-во образования Респ. Беларусь, Белорус. гос. ун-т трансп. — Гомель: БелГУТ, 2006. — 44 с.

23. Сканави А.Н. Отопление: Учебник для вузов / А.Н. Сканави, Л.М.Махов. — М.:Издательство АСВ, 2002. — 576 с.