Инженерные системы зданий и сооружений в реставрации и реконструкции

УДК 697.1 + 628.8
ББК 31.3 : 38.762
          К50

Авторы:
М.В. Берлинов, Е.Н. Дегаев, Ю.О. Кустикова, А.А. Давидюк

Рецензенты:
доктор технических наук, профессор В.Г. Гагарин, 
заведующий лабораторией строительной теплофизики НИИСФ РААСН;
кандидат технических наук Е.В. Коркина, 
старший научный сотрудник лаборатории строительной светотехники НИИСФ РААСН;
кандидат технических наук, доцент С.В. Саргсян,  
доцент кафедры теплогазоснабжения и вентиляции НИУ МГСУ

 

Клочко, А.К.

К50  
Инженерные системы зданий и сооружений в реставрации и реконструкции [Элек-

тронный ресурс] : учебно-методическое пособие / А.К. Клочко ; Министерство науки 
и высшего образования Российской Федерации, Национальный исследовательский 
Московский государственный строительный университет, кафедра теплогазоснабжения 
и вентиляции. — Электрон. дан. и прогр. (7,0 Мб). — Москва : Издательство 
МИСИ – МГСУ, 2020. — Режим доступа : http://lib.mgsu.ru/. — Загл. с титул. экрана. 

ISBN 978-5-7264-2383-8 (сетевое) 
ISBN 978-5-7264-2384-5 (печатное)

В учебно-методическом пособии рассмотрены требуемые параметры микроклимата искусственной 
среды обитания человека, основы обеспечения и оценки энергоэффективности 
зданий. Изложены общие сведения о системах отопления и вентиляции, закономерности 
определения тепловой мощности системы отопления и требуемых расходов воздуха 
на вентиляцию помещений, современные решения при организации отопления и вентиляции 
реконструируемых зданий. Приведены различные схемы организации теплоснабжения 
абонентов, современные решения при теплоснабжении реконструируемых зданий. 
Представлены различные схемы организации водоснабжения зданий, современные решения 
при водоснабжении реконструируемых зданий.
Для обучающихся по направлению подготовки 07.04.02 Реконструкция и реставрация 
архитектурного наследия.

Учебное электронное издание

 
© ФГБОУ ВО «НИУ МГСУ», 2020

Редактор, корректор Е.В. Антошина
Компьютерная верстка О.Г. Горюновой
Дизайн первого титульного экрана Д.Л. Разумного

Для создания электронного издания использовано:
Microsoft Word 2010, Adobe InDesign CS5.5, ПО Adobe Acrobat

Подписано к использованию 07.10.2020 г. Объём данных 7,0 Мб.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования 
«Национальный исследовательский 
Московский государственный строительный университет».
129337, Москва, Ярославское ш., 26.

Издательство МИСИ – МГСУ. 
Тел.: (495) 287-49-14, вн. 14-23, (499) 183-91-90, (499) 183-97-95.
E-mail: ric@mgsu.ru, rio@mgsu.ru

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ ........................................................................................................................... 5

1. ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ ЗДАНИЙ. ПАРАМЕТРЫ МИКРОКЛИМАТА  
ИСКУССТВЕННОЙ СРЕДЫ ОБИТАНИЯ ЧЕЛОВЕКА .............................................. 8
1.1. Параметры климата района строительства ................................................................ 8
1.2. Параметры микроклимата помещения .................................................................... 11
1.3. Определение теплотехнических параметров наружных ограждений зданий ......... 12
1.4. Определение нагрузок на системы создания микроклимата  
реконструируемых зданий ......................................................................................... 13
1.5. Определение класса энергосбережения жилых и общественных зданий ............... 14

2. СОВРЕМЕННЫЕ РЕШЕНИЯ В ОРГАНИЗАЦИИ ОТОПЛЕНИЯ  
И ВЕНТИЛЯЦИИ РЕКОНСТРУИРУЕМЫХ ЗДАНИЙ ............................................. 20
2.1. Общие сведения о системе отопления ..................................................................... 20
2.2. Определение тепловой мощности системы отопления ........................................... 23
2.3. Реконструкция системы водяного отопления ......................................................... 24
2.4. Общие сведения о системе вентиляции ................................................................... 25
2.5. Определение воздухообмена помещений ................................................................ 28
2.6. Реконструкция системы вентиляции ....................................................................... 29

3. СОВРЕМЕННЫЕ РЕШЕНИЯ ПРИ ТЕПЛОСНАБЖЕНИИ  
РЕКОНСТРУИРУЕМЫХ ЗДАНИЙ ............................................................................. 31
3.1. Схемы теплоснабжения потребителей ..................................................................... 31
3.2. Присоединение абонентов к тепловым сетям ......................................................... 31
3.3. Определение потребности здания в тепловой энергии ........................................... 34
3.4. Реконструкция системы теплоснабжения ............................................................... 35

4. СОВРЕМЕННЫЕ РЕШЕНИЯ ПРИ ВОДОСНАБЖЕНИИ  
РЕКОНСТРУИРУЕМЫХ ЗДАНИЙ ............................................................................. 37
4.1. Схемы водоснабжения и водоотведения потребителей .......................................... 37
4.2. Определение расчётных расходов воды зданием ..................................................... 41
4.3. Современные решения систем водоснабжения в реконструируемых зданиях ...... 42

Библиографический список ............................................................................................... 44

Приложение 1. Теплотехнические параметры наружных ограждений ............................. 45

Приложение 2. Определение тепловой нагрузки на системы отопления  
и вентиляции жилого дома ............................................................................................. 47

ВВЕДЕНИЕ

Потребление тепловой энергии зданиями можно разделить на 4 группы: отопление, 

вентиляция, приготовление воды на нужды горячего водоснабжения (далее — ГВС) и 
на технологические нужды. 
Назначение и состав инженерных систем зданий формируется из потребностей людей 
в организации комфортных условий пребывания внутри помещений или в соответствии 
с технологическим процессом. На рисунке 1 приведена графическая иллюстрация 
типового набора таких систем на примере жилого здания.

Рис. 1. Инженерные системы здания

Основными параметрами комфортного пребывания в помещении являются: температура 
воздуха; относительная влажность воздуха; подвижность воздуха; температура 
поверхностей, обращенных внутрь помещения. Требуемые значения данных параметров 
приведены в ГОСТ 30494–2011 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата 
в помещениях (с Поправкой)».
В соответствии с обеспечением потребностей внутренних инженерных систем здания 
и в зависимости от степени централизации или децентрализации той или иной системы 
развитие получают наружные инженерные сети и системы. На рисунке 2 показана 
принципиальная схема наружных инженерных систем населенных пунктов. На 
рисунке 2 приняты следующие обозначения: ХВС — холодное водоснабжение; ГВС — 
горячее водоснабжение; ЦГВС — циркуляция горячего водоснабжения; ВОС — водопроводные 
очистные сооружения; КОС — канализационные очистные сооружения; 
ЛОС — ливневые очистные сооружения; ГРС — газораспределительная станция; ГРП — 
газорегуляторный пункт; ЦТП — центральный тепловой пункт; ИТП — индивидуальный 
тепловой пункт; ТЭЦ — теплоэлектроцентраль; ТП — трансформаторная подстанция.

Помещения зданий с постоянным или временным пребыванием людей при эксплуатации 
требуют сопровождения инженерными системами. Системы отопления и вентиляции 
можно представить в виде схемы, приведенной на рисунке 3.

Рис. 2. Наружные распределительные системы населенного пункта

Рис. 3. Инженерные системы зданий

Далее в предлагаемом учебно-методическом пособии рассматриваются следующие 
вопросы: 
– энергоэффективность зданий; параметры микроклимата искусственной среды 
обитания человека;
– современные решения в организации отопления и вентиляции реконструируемых 
зданий;
– современные решения при теплоснабжении реконструируемых зданий;
– современные решения при водоснабжении реконструируемых зданий;
– критерии экономической оценки принимаемых инженерных решений.
В методологических целях освоения дисциплины все примеры рассмотрим на одном 
здании со следующими параметрами (рис. 4 и 5). 
Обратим внимание на то, что рисунки 4 и 5 выполнены в масштабе и из них можно 
получить все необходимые размеры. 

Рис. 4. Фасад и разрез по зданию

Рис. 5. План 1 этажа

Здание располагается в городе Нижневартовске Тюменской области. Ориентация 
фасадов по сторонам горизонта в соответствии с рисунком 5. В здании неотапливаемый 
подвал, вход в который осуществляется с улицы, и неотапливаемый чердак. 

1. ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ ЗДАНИЙ.  
ПАРАМЕТРЫ МИКРОКЛИМАТА ИСКУССТВЕННОЙ СРЕДЫ  
ОБИТАНИЯ ЧЕЛОВЕКА

1.1. Параметры климата района строительства

Параметры, характеризующие наружную среду, следующие: температуры воздуха 
(tн, °С), грунта (trp, °С) и небосвода (tнеб, °С), направление и скорость ветра (v, м/с), 
удельный тепловой поток от прямой (S) и рассеянной (D) солнечной радиации, Вт/м2, 
парциальное давление водяного пара (Pвп), Па.
Климатические данные заданного района строительства необходимо определять по 
СП 131.13330.2012 «Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 
23-01–99* (с Изменениями № 1, 2)» [1] с учётом последней редакции 13 декабря 2017.
Климатические периоды можно разделить на теплый (ТП), переходный (ПП) и холодный 
период (ХП).
Интересующими нас параметрами наружного климата являются: 
1. Температуры, °С.
1.1. Средняя температура наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92.
1.2. Средняя температура наиболее холодных суток с обеспеченностью 0,98 и 0,92.
1.3. Средняя за сутки температура наружного воздуха, определяющая начало и конец 
отопительного периода (в зависимости от функционального назначения здания), 
принимается в соответствии с п. 5.2 СП 50.13330.2012 [2] для лечебно-профилактических, 
детских дошкольных учреждений и домов-интернатов для престарелых равной 
+ 10 °С, для всех остальных зданий + 8 °С.

1.4. Средняя температура отопительного периода.
1.5. Средняя месячная (по месяцам) температура наружного воздуха и года.
1.6. Расчетная температура наружного воздуха для теплого периода года: по параметрам 
А и по параметрам Б.
2. Расчётные скорости ветра, м/с.
2.1. По таблице 1 расчетная скорость ветра для холодного периода года как максимальная 
из средних скоростей по румбам за январь, повторяемость которой не ниже 
16 %.
2.2. Средняя скорость ветра за период со средней суточной температурой воздуха 

+ 8 °С.

2.3. Расчетная скорость ветра для теплого периода года.
А также для проектирования инженерных сетей потребуются:
3. Продолжительность отопительного периода, сут.
4. Зона влажности района строительства, определяемая по приложению В «Карта 
зон влажности» [2].
5. Средняя упругость водяного пара в наружном воздухе по месяцам, Па.
6. Удельная энтальпия воздуха для теплого периода года, кДж/кг: по параметрам А 
и по параметрам Б.
7. Барометрическое давление, гПа.
Ориентироваться в данных, приведенных в «Строительной климатологии», необходимо 
используя вспомогательную таблицу 10.1. «Климатические параметры для проектирования 
отопления, вентиляции и кондиционирования» [1].

Также при проведении расчётов для наружного (а также и внутреннего) воздуха необходимо 
вычислить и ряд недостающих параметров. Определить их можно из Id-
диаграммы влажного воздуха или по аналитическим зависимостям, приведённым ниже. 
Плотность (ρ):

 

3

353
кг
,
,
273,15
м
t
ρ = +
 
(1.1)

где t — температура воздуха по сухому термометру, °С.

Удельный вес (γ):

 
γ = 9,81 · ρ, Н/м3. 
(1.2)

Парциальное давление водяного пара при полном насыщении, (Pнас): 

 

273,15
нас
,

C
t
P
A e



−



+
=
⋅
 Па, 
(1.3)

где при t > 0 – A = 1,8424·1011 Па; С = 5331 К; при t < 0 – A = 2,498·1011 Па; С = 5419 К.
Парциальное давление водяного пара (Pвп):

 

вп
нас
,
100
P
P
ϕ
=
⋅

 
Па, 
(1.4)

где φ — относительная влажность, %.

При известных Pвп и Pнас возможно получить значение относительной влажности, 

выразив её из уравнения 1.4 следующим образом: 
вп

нас
100,
P
P
ϕ =
⋅
 % .

Влагосодержание (d):

 

вп
г
630
,
,
кг
P
d
B
=
⋅
 
(1.5)

где B — барометрическое давление, Па.

Энтальпия (I):

 

кДж
1,005
2,49
,
.
кг
I
t
d
=
⋅ +
⋅
 
(1.6)

Температура точки росы (tp):

 

p
вп
273,15, C,
ln(
)
C
t
D
P
=
−
°
−
 
(1.7)

где при t > 0 – D = 25,94; С = 5331 К; при t < 0 – D = 26,24; С = 5419 К.
Температура мокрого термометра (tм):

при t > 0: 
м
4,47
13,83, C;
t
I
=
−
°
 
(1.8)

при t < 0: 
tм = 0,82 · I – 5,54, °С. 

Порядок определения недостающих параметров влажного воздуха зависит от исходных 
данных. При использовании Id-диаграммы достаточно знать 2 любых параметра 
влажного воздуха. При расчёте по аналитическим зависимостям существует 2 алгоритма 
расчёта недостающих параметров влажного воздуха. Приведём их на рисунке 1.1.

Рис. 1.1. Алгоритм расчёта параметров влажного воздуха

Пример 1.1. Для условий нашего расчётного примера, приведенного во введении, 
определим основные климатологические параметры.
Обратим внимание на тот факт, что города Нижневартовска в СП 131 нет. Поэтому 
воспользуемся пунктом 2.1 [1], в соответствии с которым «в случае отсутствия в таблицах 
данных для района строительства значения климатических параметров следует 
принимать равными значениям климатических параметров ближайшего к нему пункта, 
приведенного в таблице и расположенного в местности с аналогичными условиями». 
В нашем случае это город Сургут.
Расчёты произведём по зависимостям (1.1)–(1.8) и результат сведём в таблицу 1.1, 
жирным шрифтом выделены данные из СП 131.

Таблица 1.1 
Расчетные характеристики воздуха для проектирования инженерных систем  
обеспечения микроклимата

Параметры наружного воздуха
ТП
ПП
ХП
«А»
«Б»
«А»
«А»
«Б»
tн, °С
20
24
10
–27
–43
Iн, кДж/кг
49
53
26,5
–26,3
–43,0
dн, г/кг
11,61
11,60
6,61
0,34
0,07
φн, %
79,4
62,1
85,9
78
78
tм, °С
17,46
18,71
9,18
–27,1
–40,8
tр, °С
16,32
16,31
7,73
–29,7
–45,4
Рвп, Па
1 852
1 850
1 054
53,5
11,6
Рнас, Па
2 332
2 978
1 227
68,64
14,86
ρн, кг/м3
1,204
1,188
1,247
1,434
1,534
γн, Н/м3
11,81
11,65
12,23
14,06
15,04

Барометрическое давление: 1005 гПа.
Расчётная скорость ветра: в ХП — 5,3 м/с; в ТП — 4,5 м/с.

1.2. Параметры микроклимата помещения

Параметрами, характеризующими микроклимат помещения, являются: температура 
воздуха по сухому термометру, результирующая температура, относительная влажность, 
подвижность воздуха в помещении, парциальное давление водяного пара. Численные 
значения этих параметров для обслуживаемой зоны помещения и качества 
воздуха в помещениях жилых (в том числе общежитий), детских дошкольных учреждений, 
общественных, административных помещений устанавливает ГОСТ 30494–
2011 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях (Переиздание 
с Поправкой)» [3]. Требования разделены на оптимальные и допустимые 
показатели.
Основными понятиями при этом являются следующие.
Обслуживаемая зона помещения (зона обитания) — «пространство в помещении, ограниченное 
плоскостями, параллельными полу и стенам: на высоте 0,1 и 2,0 м над уровнем 
пола — для людей стоящих или двигающихся, на высоте 1,5 м над уровнем пола — 
для сидящих людей (но не ближе чем 1 м от потолка при потолочном отоплении), и на 
расстоянии 0,5 м от внутренних поверхностей наружных и внутренних стен, окон и 
отопительных приборов» [3]. Графическая интерпретация данного определения приведена 
на рисунке 1.2.

Рис. 1.2. Обслуживаемая зона помещения

Допустимые параметры микроклимата — «сочетания значений показателей микроклимата, 
которые при длительном и систематическом воздействии на человека могут 
вызвать общее и локальное ощущение дискомфорта, ухудшение самочувствия и понижение 
работоспособности при усиленном напряжении механизмов терморегуляции и 
не вызывают повреждений или ухудшения состояния здоровья» [3].
Оптимальные параметры микроклимата — «сочетание значений показателей микроклимата, 
которые при длительном и систематическом воздействии на человека обеспечивают 
нормальное тепловое состояние организма при минимальном напряжении 
механизмов терморегуляции и ощущение комфорта не менее чем у 80 % людей, находящихся 
в помещении» [3].

В данном нормативном документе необходимые параметры микроклимата сгруппированы 
по общему функциональному назначению зданий в таблицы: 
таблица 1— жилые здания и общежития; 
таблица 2 — детские дошкольные учреждения; 
таблица 3 — общественные и административные здания. 

1.3. Определение теплотехнических параметров  
наружных ограждений зданий

Требования, предъявляемые к тепловой защите зданий, представлены в 

СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-
02–2003 (с Изменением № 1)» (СП 50) [2]. Данный свод правил устанавливает требования 
к тепловой защите строящихся и реконструируемых жилых, общественных, производственных, 
сельскохозяйственных и складских зданий общей площадью более 
50 м2, в которых необходимо поддерживать определенный температурно-влажностный 
режим. Также на сегодняшний день разработаны и вступили в законную силу документы 
СП 230.1325800.2015 «Конструкции ограждающие зданий. Характеристики 
теплотехнических неоднородностей (с Изменением № 1)» (СП 230) [4] и 
СП 345.1325800.2017 «Здания жилые и общественные. Правила проектирования тепловой 
защиты» (СП 345) [5]. Своды правил, регламентирующих энергосбережение в 
РФ, наглядно отображены в виде диаграммы на рисунке 1.3.

Рис. 1.3. Своды правил, регламентирующих энергосбережение в РФ

Проектирование зданий и сооружений необходимо производить, соблюдая требования, 
предъявляемые к наружным ограждающим конструкциям по СП 50. Проектные 
решения должны обеспечивать:
– поддержание параметров микроклимата, необходимых для жизнедеятельности 
людей и работы технологического или бытового оборудования;
– требуемую тепловую защиту здания; 
– эффективный уровень потребления тепловой энергии на отопление и вентиляцию;
– 
защиту от переувлажнения ограждающих конструкций;
– надежность и долговечность наружных конструкций.