В настоящее время научный и практический интерес вызывают вопросы, связанные с условиями жизнедеятельности на крупнейшей в России морской нефтегазовой буровой установке «Беркут» (фото 1). Особое внимание уделяется проблеме приведения параметров микроклимата помещений, расположенных на этой установке, к нормам, действующим в настоящее время на территории РФ.


Фото1. Морская нефтегазовая буровая платформа «Беркут» в Охотском море

Данная платформа предназначена для разработки Аркутун-Даги, третьего месторождения проекта «Сахалин-1», который находится в 25 км от северной части острова Сахалин, на шельфе в Охотском море. Верхняя часть платформы была изготовлена в Южной Корее, где климатические условия кардинально отличаются от климата Охотского моря. Глубина моря в месте установки составляет порядка 33,6 м. На платформе расположены два жилых модуля для персонала: в постоянном находится основной персонал платформы, во временном модуле сезонно проживают бурильщики.

Объектом исследования является временно-жилой модуль (далее ВЖМ). Он состоит из десяти блок-контейнеров, расположенных друг над другом в три ряда (по четыре на первом и втором уровнях, два на третьем уровне). Модуль обеспечен крытыми переходами, коридорами и лестницами. В первом блок-контейнере проживает 12 человек. Во всех каютах расположены индивидуальные санитарно-гигиенические помещения, оборудованные унитазами и душевыми сетками. Умывальные раковины располагаются в общем помещении кают.

В условиях эксплуатации жилых модулей на морских платформах требуется создание эффективной, надёжной и энергоэкономичной системы отопления, способной обеспечить комфортные условия проживания персонала. Это особенно важно для помещений с двухъярусными спальными местами, где зафиксированы жалобы персонала на перепады температур по высоте: недогрев в зоне первого яруса и значительный перегрев на втором. Неравномерность температуры воздуха по высоте помещения приводит к нарушению санитарно-гигиенических норм и вызывает чувства дискомфорта у персонала.

В ходе проведения обследования ВЖМ был выполнен контроль параметров микроклимата с помощью термогигрометра «ТГЦ-МГ4». Результаты замеров показали, что температура внутреннего воздуха на высоте второго яруса в среднем на 14% выше температуры на первом. Стоит отметить, что температура воздуха на высоте первого яруса соответствует нормам.

С целью выявления причин, вызывающих неравномерность распределения внутренних температур во ВЖМ, на первом этапе определялось соответствие теплотехнических характеристик наружных ограждающих конструкций рассматриваемого жилого модуля требованиям СП 50.13330.2024 [2]. Для этого был выполнен расчёт сопротивления теплопередаче для наружных стен, пола и перекрытия.

В результате получили, что величина приведённого сопротивления теплопередаче у всех наружных ограждений модуля при существующем волокнистом материале Dendamix Marine производства США [коэффициент теплопроводности составляет 0,047 Вт/(м·°C)] меньше нормируемых значений (2,7 м²·°C/Вт < 3,87 м²·°C/Вт — для стен; 0,75 м²·°C/Вт < 5,08 м²·°C/Вт — для пола; 1,45 м²·°C/Вт < 5,08 м²·°C/Вт — для перекрытия). Для достижения нормируемых показателей было принято решение заменить утеплитель американской марки Dendamix Marine на аналог российского производства — пенополиуретан марки «Химтраст» [коэффициент теплопроводности — 0,02 Вт/(м·°C), толщина — 0,1 м]. Проведённая в ходе исследований на платформе «Беркут» тепловизионная съёмка конструкций внешнего ограждения ВЖМ подтвердила необходимость замены утеплителя.

Расчёты показали, что замена утеплителя позволяет значительно уменьшить теплопотери ограждающих конструкций. Отопительная нагрузка на модуль после внедрения рассмотренного энергосберегающего мероприятия составит 63070 Вт, что на 40% меньше существующих показателей.

На втором этапе было проведено обследование систем, обеспечивающих существующие параметры микроклимата в помещениях. В настоящее время в ВЖМ используются вентиляционно-отопительные агрегаты, а с целью повышения температуры на нижнем ярусе спальных мест дополнительно установлены электрические конвекторы. В состав основного оборудования систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха входят воздуховоды, приточные (канальные) вентиляторы (Fanteck FR160), установки кондиционирования воздуха с воздушным охлаждением для обеспечения комфортного температурного режима в тёплое время года, увлажнители воздуха, навесные электрические нагреватели с вентиляторами принудительного дутья, канальные нагреватели Warren Technology мощностью 7 кВт, вытяжные вентиляторы и воздушные фильтры (рис. 1).


Рис. 1. План существующей системы отопления блок-контейнера ВЖМ

В ходе проведения обследования выявлено, что система приточной вентиляции предусматривает подачу тёплого воздуха через потолочные решётки. В результате этого у нижнего яруса кроватей температура воздуха соответствует нормативам, но у верхнего яруса наблюдается перегрев. Основная причина заключается в том, что тёплый воздух, подаваемый сверху, слабо перемешивается с остальным объёмом воздуха помещения. Эффект стратификации возникает из-за естественного поднятия тёплого воздуха вверх и недостаточного размыва воздушной струи. Решётки с вертикальным направлением потока фокусируют подачу воздуха в ограниченную зону, способствуя неравномерному температурному распределению.

Для выравнивания температуры по высоте помещения было принято решение распределять воздух сверху вниз веерными настилающимися струями, а также установить между первым и вторым ярусами кроватей вытяжную решётку, благодаря чему будет происходить «забор» одной струи и разделение потока. При этом осуществится прогрев воздуха нижнего спального яруса, что поспособствует выравниванию температуры в помещении в целом (рис. 2).


Рис. 2. Схемы подачи воздуха — предложенный (а) и существующий (б) варианты

При обследовании системы воздушного отопления также было выявлено, что всё оборудование системы размещено в жилом модуле, что запрещено нормами, действующими на территории РФ. Планировка жилых модулей позволяет расположить данное оборудование в коридорном пространстве. Таким образом, в ходе обследования ВЖМ были выявлено, что используемая в настоящее время система отопления является неэффективной и не соответствует действующем на территории России нормативным требованиям.

Была разработана воздушная система отопления, обладающая высокой энергоэффективностью и непродолжительным сроком окупаемости в 3,5 года. В случае необходимости замены импортного оборудования на отечественное в рамках реализации проекта на платформе «Беркут» возможно применение российских аналогов. Это обеспечит технологическую автономию, надёжность поставок и снижение зависимости от внешних производителей (рис. 3).


Рис. 3. Планы предлагаемой (слева) и существующей систем отопления временно-жилого модуля (ВЖМ) на платформе «Беркут»

Технико-экономическое сравнение существующего и предложенного вариантов показало, что разработанные предложения позволяют получить экономию тепловой энергии в размере 289,7 Гкал или 39,98%. При этом стоимость утилизированной энергии с учётом тарифов, принятых для города Южно-Сахалинска, составит 1173684,78 руб. В результате можно сделать вывод об экономической целесообразности энергосберегающих мероприятий и проектных решений, которые позволят достичь требуемых параметров микроклимата на платформе.