Разработка рекомендаций по повышению тепловой эффективности зданий

Разработка рекомендаций по повышению тепловой эффективности зданий

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время работы по повышению тепловой эффективности развиваются, с одной стороны, с учетом предыдущих достижений по энергосбережению в строительной отрасли, с другой стороны, используются новейшие инновационные энергосберегающие решения в системах теплоснабжения зданий. тепловой отопление жилой экономический

Можно выделить три этапа развития понятия «энергосбережение» в строительной отрасли. После первого энергетического кризиса в конце 1980-х года термин «энергосбережение» означал поиски простейших путей снижения расхода энергии на теплоснабжение зданий. В начале 1990-х годов этот термин подразумевал выбор таких энергосберегающих технологий, которые одновременно способствовали повышению качества микроклимата в помещениях. В настоящее время термин «энергосбережение» связан со строительством таких зданий, которые обеспечивают высокое качество среды обитания людей, экологическую безопасность, сохранение естественной окружающей среды, оптимальное потребление возобновляемых источников энергии и возможность повторного использования строительных материалов и водных ресурсов.

Целью работы является обоснование перспективных направлений повышения тепловой эффективности зданий на основе технико-экономической оценки инвестиций в энергосберегающие мероприятия.

Актуальность энергосбережения в строительной отрасли связана со следующими обстоятельствами:

а) увеличиваются объемы строительства, в связи с этим возрастает потребление энергетических ресурсов;

б) особую значимость приобретает проблема экологической безопасности -уменьшения загрязнения окружающей среды в результате сжигания топлива;

в) возрастает стоимость энергетических ресурсов;

г) ставится задача целесообразного использования энергетических невозобновляемых ресурсов в качестве сырья для промышленности.

При этом внедрение энергосберегающих решений в массовое строительство должно быть экономически обосновано. В противном случае у инвестора не будет заинтересованности во вложении средств в энергосбережение в зданиях. В связи с этим возникает необходимость в методике, позволяющей оценивать эффективность энергосберегающих мероприятий с экономических позиций. Кроме того, возникает необходимость выявления наиболее перспективных малозатратных направлений повышения тепловой эффективности для современного строительства и, в первую очередь, при реконструкции существующих зданий.

Задачи исследования:

.Провести анализ понятия «тепловая эффективность здания» и рассмотреть методы оценки тепловой эффективности.

.Выявить актуальные на современном этапе развития строительной индустрии энергосберегающие мероприятия в системах теплоэнергоснабжения вновь строящихся и реконструируемых зданий, провести оценку потенциала энергосбережения основных энергосберегающих мероприятий.

.Рассмотреть методику технико-экономической оценки энергосберегающих мероприятий и выявить наиболее эффективные с экономической точки зрения, малозатратные и быстроокупаемые энергосберегающие мероприятия.

. ТЕПЛОВАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЗДАНИЙ

.1 Понятие тепловой эффективности зданий

Требования по повышению тепловой эффективности зданий, которые являются основным конечным потребителем энергии, становятся одними из важных положений в большинстве стран мира. Эти требования рассматриваются прежде всего с точки зрения охраны окружающей среды, как средства обеспечения рационального использования невозобновляемых природных энергетических ресурсов и сокращения выделений вредных веществ в атмосферу.

Понятие «тепловая эффективность здания» включает в себя следующие факторы[1]:

а) проектные решения архитектурно-строительной части здания, системы отопления, вентиляции и их автоматизацию;

б) нормативные требования к теплозащитным свойствам наружных ограждающих конструкций;

в) уровень технической эксплуатации здания и системы теплоснабжения.

Понятие «тепловая эффективность здания» получило широкое распространение в период, называемый «энергетическим кризисом», когда развернулись крупномасштабные интенсивные исследования по выявлению эффективных путей экономии энергии, затрачиваемой на теплоснабжение зданий.

Таким образом, тепловая эффективность здания определяется комплексом конструктивно-планировочных, архитектурных и инженерных решений, обеспечивающих нормируемый тепловой и воздушный режим в помещениях при определенных затратах тепловой энергии.

Количественным показателем тепловой эффективности здания являются затраты тепловой энергии на его обогрев и охлаждение. Для этого необходимо затраты тепловой энергии на обогрев и охлаждение здания отнести к объему здания или площади здания, или к площади наружных ограждающих конструкций здания и т.п., то есть ввести понятие удельной тепловой эффективности здания или «удельная тепловая характеристика здания». В нормативных документах используются также такие показатели, как «удельный расход тепловой энергии системой отопления за отопительный период» и «удельное теплопотребление отоплением и вентиляцией за отопительный период» (при расчете этих показателей учитывается и бытовые теплопоступления, влияние солнечной радиации, эффективность вентиляции и т.д., то есть эти показатели, по сути, характеризуют не только систему отопления, но и тепловую эффективность здания в целом). Здесь имеет место то обстоятельство, что, в зависимости от характерных расчетных периодов, и соответственно, расчетной температуры, удельная тепловая характеристика может быть использована для оценки максимальной часовой нагрузки на систему отопления, тепловой защиты здания, потребления тепловой энергии за отопительный период и т.д. Удельная тепловая эффективность здания может быть отнесена как к отопительному периоду, так и к некоторой единице времени (например, к суткам отопительного периода). Это позволяет сравнивать тепловую эффективность зданий, построенных в районах с разной температурой и продолжительностью отопительного периода.

Для теплотехнической оценки объемно-планировочных и конструктивных решений используется показатель - удельная теплозащитная характеристика здания ,, определяемая по формуле [4]:

,,

где - сопротивление теплопередаче i-ой ограждающей конструкции здания,;

- площадь i-ой ограждающей конструкции,;

- отапливаемый объем здания, ;

- коэффициент, учитывающий отличие внутренней или наружной температуры у конструкции от принятых в расчете ГСОП, определяемый по [4].

Из формулы (1.1) следует, что величина удельной теплозащитной характеристики здания зависит от отношения площади наружных ограждающих конструкций к объему здания (показателю компактности).

Значение удельной теплозащитной характеристики может быть использовано для приблизительного подсчета теплопотерь здания через наружные ограждающие конструкции за счет теплопередачи, то есть позволяет оценить тепловую защиту здания. Использование данной характеристики для расчета отопительной нагрузки приводит к значительным погрешностям в расчете, поскольку при расчете отопительной нагрузки должны учитываться, помимо теплопотерь через наружные ограждающие конструкции за счет теплопередачи, и расход тепла на нагрев инфильтрующегося воздуха, а также теплопоступления за счет внутренних (бытовых и технологических) тепловыделений и теплопоступления с солнечной радиацией. Для определения расчетной отопительной нагрузки взамен удельной теплозащитной характеристики используется более полный показатель,,определяемый по формуле [4]:

,,

где  - удельная теплозащитная характеристика здания, ;

- удельная вентиляционная характеристика здания, ;

- удельная характеристика бытовых тепловыделений здания, ;

 - удельная характеристика теплопоступлений в здание от солнечной радиации, ;

 - поправочный коэффициент, учитывающий неизбежные потери тепла арматурой, трубопроводами и т.д. системы отопления.

Таким образом, данный показатель по своему содержанию позволяет оценить тепловую эффективность здания в целом, поскольку учитывает как тепловую защиту, так и объемно-планировочные решения здания, эффективность вентиляции и т.д.

Для зданий, разного назначения, значения нормируемой удельной характеристики расхода тепловой энергии на отопление по данным [4] приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Нормируемый удельный расход тепловой энергии на отопление зданий

Расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания за отопительный период,, следует определять по формуле[4]:

,,

где ГСОП - градусо-сутки отопительного периода, ;

 - отапливаемый объем здания, ;

 - расчетная отопительная нагрузка, .

Удельная теплозащитная характеристика позволяет оценить не только теплозащитные показатели ограждающих конструкций здания, но и тепловую эффективность здания в целом. Поскольку данная характеристика определяется с учетом теплопоступлении от солнечной радиации, а для зданий с одинаковыми общими площадями наружных ограждающих конструкций или с одинаковыми отапливаемыми объемами вклад солнечной радиации в тепловой баланс здания зависит от его ориентации, формы и соотношения площадей наружных ограждений, то, расход тепловой энергии на отопление или охлаждение здания, может быть уменьшен за счет выбора ориентации, формы и размеров здания таким образом, чтобы воздействие солнечной радиации на оболочку здания было оптимальным. Учитывая, что, как правило, влияние солнечной радиации на тепловой баланс здания в холодное время года является положительным, а в теплое время года - отрицательным, выбор ориентации, формы и размеров здания должен осуществляться с учетом цели, которую надо достичь: уменьшение затрат энергии на отопление или уменьшение затрат энергии на охлаждение здания. Аналогичное положение имеет место при учете влияния ветра на тепловой баланс здания.

Для каждoгo здания с заданной общей площадью или объемом и принятыми значениями тепловой защиты ограждающих конструкций имеет место абсолютно минимальное значение удельных теплопотерь (теплопоступлении), которое достигается за счет оптимального учета влияния солнечной радиации и ветра на тепловой баланс здания. Если ориентация и форма здания оптимальным образом учитывает теплоэнергетическое воздействие наружного климата, имеет место минимальная удельная тепловая характеристика здания. Сравнивая удельную теплозащитную характеристику проектируемого здания с минимальной удельной тепловой характеристикой, можно оценить тепловую (энергетическую) эффективность проектного решения.

Тепловое воздействие наружного климата на поверхность здания может оказывать положительное или отрицательное влияние на его тепловой баланс, и, следовательно, тепловую нагрузку на систему отопления и кондиционирования воздуха. Например, воздействие солнечной радиации на здание в зимнее время снижает нагрузку на систему отопления. Тепловое воздействие наружного климата на тепловой баланс здания можно оптимизировать за счет выбора при проектировании формы и ориентации здания.

В зависимости от положения и ориентации наружной поверхности здания она подвергается различному тепловому воздействию наружного климата. При отсутствии солнечной радиации и ветра и при отрицательных значениях температуры наружного воздуха наименьшие теплопотери через ограждения обеспечивает сферическая форма здания. Наиболее приближенной к сфере фигурой является куб. Следовательно, если имеет место только температурное воздействие наружного климата на здание, то идеальной формой здания является куб. Но тепловое воздействие солнечной радиации и ветра на различно ориентированные поверхности здания также различно. Для увеличения теплопоступлений от солнечной радиации в зимнее время необходимо увеличить площадь ограждений южной ориентации, так как в зимнее время на поверхность южной ориентации поступает тепла солнечной радиации даже больше, чем в летнее. Таким образом, чтобы оптимальным образом учесть влияние солнечной радиации и ветра на тепловой баланс здания, его форма должна быть изменена от кубической к параллелограмму.

Для определения минимальной удельной тепловой характеристики  здания прямоугольной формы, если его ориентация и форма оптимальным образом учитывает теплоэнергетическое воздействие наружного климата, используется формула [6]:

,

где - бытовые теплопоступления в течение отопительного периода, ;

 - коэффициент, учитывающий способность ограждающих конструкций помещений зданий аккумулировать или отдавать тепло,=0,8;

- полезная площадь здания; для жилых зданий - общая площадь квартир,;

 - коэффициент, учитывающий дополнительное теплопотребление системы отопления.

Отнеся расчетный минимальный удельный расход тепловой энергии на отопление здания к расчетному удельному расходу тепловой энергии на отопление здания , можно получить показатель, характеризующий теплоэнергетическую эффективность здания [5]:

,

Если величина є существенно отличается от единицы (например, меньше 0,7), то проектируемое здание нуждается в корректировке в части оптимизации учета теплоэнергетического воздействия наружного климата.

Представляется, что разработка проекта здания на основе величины удельного расхода тепловой энергии системой отопления проектируемого здания за отопительный период (п. 3.3.1 МГСН 2.01-99) может быть оправдана в том случае, если ставится задача об экономии топливно-энергетических ресурсов в течение отопительного периода. Однако, в ряде случаев определяющим показателем энергоэффективности здания является установочная мощность системы отопления. В этом случае разрабатывать проект здания следует на основе величины удельного расхода тепловой энергии системой отопления проектируемого здания для наиболее холодной пятидневки. Более общий случай имеет место, когда здание оборудовано системой кондиционирования воздуха для охлаждения в летнее время. Здесь разрабатывать проект следует с учетом удельных расходов энергии для холодного и теплого периодов года.

В результате представляется целесообразным рассмотреть вопрос о введении в нормативные документы удельных теплоэнергетических показателей зданий, определяющих их теплопотребление в характерные расчетные периоды времени: наиболее холодную пятидневку, отопительный период, самый жаркий месяц, период охлаждения и т.д. Уровень энергетических затрат в характерные расчетные периоды времени будет являться основанием для выбора расчетного значения удельного теплоэнергетического показателя представленного в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Система удельных теплоэнергетических показателей здания

Формула (1.4) позволяет выполнить расчет минимальных удельных тепловых характеристик для всей представленной выше системы удельных теплоэнергетических показателей зданий при подстановке в нее соответствующих климатических параметров.

.2 Методы нормирования тепловой эффективности

С середины 1990-х годов работы по энергосбережению в России проводились достаточно активно, что позволило разработать новые требования к тепловой защите зданий, создать энергетический паспорт зданий, добиться широкого использования систем регулирования.

В настоящее время в нашей стране в нормативных документах регламентируется удельный расход энергии на отопление зданий. Но современные здания зачастую оборудованы, помимо систем отопления, и системами кондиционирования воздуха. В связи с этим обстоятельством представляется необходимым введение в нормативные документы системы показателей, регламентирующих затраты энергии на охлаждение зданий, оборудованных системами кондиционирования воздуха.

Рассмотрим ниже методы нормирования тепловой эффективности в различных нормативных документах.

МГСН 2.01-99 «Энергосбережение в зданиях. Нормативы по теплозащите и тепловодоэлектропотреблению».

Московские городские строительные нормы МГСН 2.01-99 [6] направлены на повышение уровня тепловой защиты жилых домов и зданий общественного назначения. В данном документе выбор теплозащитных свойств здания допускается по одному из двух альтернативных подходов[6]:

а)предписывающему, когда нормативные требования предъявляются к отдельным элементам тепловой защиты здания.

б) потребительскому, когда теплозащитные свойства определяются по нормативному значению удельного энергопотребления здания в целом и отдельных замкнутых объемов - блок секций, пристроек и прочего;

Выбор подхода осуществляется непосредственно заказчиком и проектной организацией. При этом при использовании любого из подходов выбор варианта конструктивного и объемно-планировочного решения осуществляется по наименьшему значению удельного расхода тепловой энергии системой отопления зданий за отопительный период.

Потребительский подход устанавливает, что проект здания следует разрабатывать на основе величины удельного расхода тепловой энергии системой отопления зданий за отопительный период,, которая должна быть меньше или равна требуемому значению. В рассматриваемом нормативном документе установлены следующие требуемые значения данного показателя для жилых зданий (в скобках приведены значения, установленные предыдущей редакцией рассматриваемого документа, МГСН 2.01-94):

а) 1 -3 этажа - 160 (200) ;

б) 4-5 этажей - 130 (160) ;

в) 6-9 этажей -110(140) ;

г) 10 и более этажей - 95 (115) .

Также в МГСН 2.01-99 установлены требуемые значения для общеобразовательных, лечебных учреждений, поликлиник и дошкольных учреждений.

Если расчетное значение больше требуемого, то осуществляют перебор вариантов до достижения требуемого значения. При этом используют следующие возможности:

а) изменение объемно-планировочного решения здания (размеров и формы);

б) повышение уровня теплозащиты отдельных ограждений здания;

в) выбор более эффективных систем отопления и вентиляции, и способов их регулирования,

г) комбинирование предыдущих вариантов, используя принцип взаимозаменяемости.

Этот же показатель, удельный расход тепловой энергии системой отопления зданий за отопительный период, определяет категорию энергетической эффективности здания. Эта категория присваивается по данным натурных теплотехнических испытаний после гарантийного периода в зависимости от степени снижения (или повышения) данного показателя в сравнении со стандартным значением, приведенным выше. Всего определено пять категорий, представленных в таблице 1.3:

а) пониженная - если значение удельного расхода тепловой энергии системой отопления зданий за отопительный период превышает стандартное значение на 15 и более процентов;

б) стандартная - если значение удельного расхода тепловой энергии системой отопления зданий за отопительный период превышает или меньше стандартного значения не более чем на 14 процентов;

в) повышенная - если значение удельного расхода тепловой энергии системой отопления зданий за отопительный период меньше стандартного значения на 15-29 процентов;

г) высокая - если значение удельного расхода тепловой энергии системой отопления зданий за отопительный период меньше стандартного значения на 30-49 процентов;

д) очень высокая - если значение удельного расхода тепловой энергии системой отопления зданий за отопительный период меньше стандартного значения более чем на 50 процентов.

Таблица 1.3 - Категории энергетической эффективности зданий

Предписывающий подход в МГСН 2.01-99 устанавливает, что наружные ограждающие конструкции должны удовлетворять ряду требований. Это требования по минимально допустимому приведенному сопротивлению теплопередаче, минимально допустимым температурам внутренней поверхности ограждающих конструкций, максимально допустимой воздухопроницаемости отдельных конструкций ограждений, показателю компактности здания. При этом, как и в случае потребительского подхода, то есть оценке тепловой защиты здания в целом, рассчитывается удельный расход тепловой энергии системой отопления зданий за отопительный период (в данном случае используется термин «удельное энергопотребление системой отопления здания»), а категория энергетической эффективности присваивается на основе сравнения фактического значения данного показателя со стандартным.

Согласно методике, приведенной в МГСН 2.01-99, расчетный удельный расход тепловой энергии системой отопления зданий за отопительный период представляет собой потребность в тепловой энергии на отопление здания за отопительный период, отнесенное к отапливаемой площади здания. В свою очередь, потребность в тепловой энергии на отопление здания определяется как разность общих теплопотерь здания через наружные ограждающие конструкции за отопительный период и суммарных теплопоступлении за отопительный период: бытовых теплопоступлении и теплопоступлении через окна с солнечной радиацией.

Для современных зданий характерны достаточно хорошие теплозащитные показатели наружных ограждающих конструкций, а также их низкая воздухопроницаемость. С другой стороны, для вновь строящихся зданий, особенно повышенной этажности, прослеживается тенденция к улучшению качества микроклимата, увеличению вентиляционного воздухообмена, широкому применению механической вентиляции. Если для жилых зданий величина воздухообмена может быть достаточно точно определена, то для общественных зданий различного назначения характерны существенно различные величины воздухообмена для различных помещений в зависимости от их технологического назначения (при этом в настоящее время и многие жилые здания строятся с развитой общественной частью, включающей, например, физкультурно-оздоровительные комплексы, магазины, предприятия общественного питания, аквапарки, подземные гаражи-автостоянки и т.д., то есть представляют собой, по сути, многофункциональные комплексы). Указанные обстоятельства приводят к тому, что величина теплопотерь за счет вентиляционного воздухообмена может существенно различаться для различных зданий и, кроме того, существенно превышать величину теплопотерь через наружные ограждающие конструкции.

Следует отметить, что среди специалистов достаточно широко распространено мнение, что удельный расход тепловой энергии системой отопления здания, определяемый согласно МГСН 2.01-99, является показателем уровня тепловой защиты ограждающих конструкций здания. По своему содержанию в том виде, в котором он приведен в МГСН 2.01-99, удельный расход тепловой энергии системой отопления здания является не показателем уровня тепловой защиты ограждающих конструкций здания, а показателем тепловой эффективности здания в целом. Здесь необходимо иметь в виду следующее. Если при расчете удельного расхода тепловой энергии системой отопления здания учитываются только трансмиссионные потери тепла через ограждающие конструкции и не учитываются потери тепла на инфильтрацию и вентиляцию, поступления тепла от солнечной радиации и бытовые теплопоступления, то результаты такого расчета действительно будут характеризовать уровень тепловой защиты ограждающих конструкций здания. Если же при расчете учитываются упомянутые выше величины, как это и имеет место в МГСН 2.01-99, то результаты расчета принято называть оценкой тепловой эффективности здания в целом. Дополнительно в данном показателе могут быть учтены также тепловая эффективность системы отопления, уровень ее автоматизации, форма и ориентация здания и т.д. Если же ставится задача только оценки тепловой защиты ограждающих конструкций здания, более логичным было бы, например, нормирование удельной потребности в тепловой энергии на отопление здания за отопительный период при значении воздухообмена, равном нулю. В этом случае в нормативных документах можно было бы нормировать величину расхода тепла на подогрев вентиляционного воздуха за отопительный период и рекомендовать меры по его уменьшению, например, за счет утилизации тепла удаляемого воздуха или применению каких-либо других мероприятий, направленных на снижение данного расхода тепла.

СП 50.13330.2012. Тепловая защита зданий: актуализированная редакция СНиП 23-02-2003.

СП 50.13330.2012 развивает требования к тепловой защите зданий в целях снижения потребности энергии на поддержание оптимальных параметров микроклимата в помещениях.

Нормами установлены три показателя тепловой защиты здания[4]:

а) приведенное сопротивление теплопередаче отдельных элементов ограждающих конструкций здания;

б) санитарно-гигиенический, включающий температурный перепад между температурами внутреннего воздуха и на поверхности ограждающих конструкций и температуру на внутренней поверхности выше температуры точки росы;

в) удельный расход тепловой энергии на отопление здания, позволяющий варьировать величинами теплозащитных свойств различных видов ограждающих конструкций зданий с учетом объемно планировочных решений здания и выбора систем поддержания микроклимата для достижения нормируемого значения этого показателя.

Указывается, что требования тепловой защиты будут выполнены, если в жилых и общественных зданиях будут соблюдены требования показателей «а»и «б»либо «б»и «в», а в зданиях производственного назначения необходимо соблюдать требования показателей «а»и «б».

Существенным отличием от МГСН 2.01-99 является то, что в рассматриваемом документе с целью сравнения зданий, построенных в различных климатических районах, расход тепловой энергии на отопление здания в течение отопительного периода , , относится к площади , (или объему) и градусо-суткам отопительного периода,[4]:

где- расчетный удельный расход тепловой энергии на отопление зданий за отопительный период.

Данный показатель, удельный (на 1 м отапливаемой площади пола квартир или полезной площади помещений или на 1 м³ отапливаемого объема) расход тепловой энергии на отопление здания, имеет размерность  или и определяется путем выбора теплозащитных свойств ограждающих конструкции здания, объемно-планировочных решений, ориентации здания и типа, эффективности и метода регулирования используемой системы отопления до удовлетворения условия: этот показатель должен быть меньше или равен нормируемому удельному расходу тепловой энергии на отопление здания. Значения этого показателя для жилых зданий различной этажности равны соответственно[5]:

а) 4, 5 этажей - 85 или 31 ;

б) 6, 7 этажей - 80 или 29 ;

в) 8, 9 этажей -16 или 27,5 ;

г) 10,11 этажей - 72 или 26 ;

д) 12 этажей и выше - 70 или 25 .

Расчетный удельный расход тепловой энергии на отопление здания определяется как отношение расхода тепловой энергии на отопление здания в течение отопительного периода к сумме площадей пола квартир (или полезной площади здания) или к отапливаемому объему здания, и градусо-суткам отопительного периода. В свою очередь, расход тепловой энергии на отопление здания в течение отопительного периода определяется общими теплопотерями здания через наружные ограждающие конструкции (с учетом инфильтрации и вентиляции) за вычетом бытовых теплопоступлении в течение отопительного периода и теплопоступлении через окна и от солнечной радиации в течение отопительного периода. Как и в МГСН 2.01-99, общие теплопотери здания через наружные ограждающие конструкции за отопительный период рассчитываются как произведение градусо-суток отопительного периода на общую площадь наружных ограждающих конструкций и некоторый общий коэффициент теплопередачи здания, представляющего собой сумму приведенного трансмиссионного коэффициента теплопередачи через наружные ограждающие конструкции здания, определяющего трансмиссионные теплопотери через оболочку здания, и условного коэффициента теплопередачи здания, учитывающие теплопотери за счет инфильтрации и вентиляции. В СП 50.13330.2012 по сравнению с МГСН 2.01-99 уточнена методика расчета последнего коэффициента. Кроме того, уточнена по сравнению с МГСН 2.01-99 и методика расчета величины бытовых тепловыделений в течение отопительного периода.

Руководство АВОК-8-2005 и АВОК-8-2007 «Руководство по расчету теплопотребления эксплуатируемых жилых зданий».

Данное руководство [17] предназначено для расчета количества тепловой энергии на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение жилых зданий высотой до 25 этажей включительно, в которых встроенно-пристроенные помещения общественного назначения не превышают по площади 15% от площади квартир, и не предназначено для зданий с системой кондиционирования воздуха. В данном документе категория энергетической эффективности здания определяется по величине удельного теплопотребления отоплением и вентиляцией за отопительный период. Данный показатель, удельное теплопотребление отоплением и вентиляцией за отопительный период, по своему смыслу соответствует принятому в МГСН 2.01-99 в качестве критерия энергетической эффективности удельному расходу тепловой энергии системой отопления зданий за отопительный период.

Удельное теплопотребление отоплением и вентиляцией за отопительный период представляет собой количество тепловой энергии, требуемой для отопления и вентиляции жилых зданий за отопительный период, отнесенное к площади квартир без летних помещений, включая полезную площадь помещений нежилого этажа. В свою очередь, количество тепловой энергии, требуемой для отопления и вентиляции жилых зданий за отопительный период, определяется как сумма теплопотерь здания через наружные ограждающие конструкции за отопительный период и теплопотерь здания за счет вентиляционного воздухообмена с учетом инфильтрации за отопительный период за вычетом бытовых теплопоступлении в квартирах и в помещениях общественного назначения и теплопоступлении через наружные светопрозрачные ограждающие конструкции от солнечной радиации с учетом ориентации фасадов по сторонам света, также за отопительный период. Основными особенностями расчета являются следующие:

а) уточненный метод расчета теплопотерь за счет воздухообмена с учетом инфильтрации, учитывающий существенно различные величины воздухообмена в квартирах с различной заселенностью, а также низкие значения инфильтрации в зданиях с герметичными ограждающими конструкциями; при этом при расчете определяется не некоторый условный инфильтрационный коэффициент теплопередачи, а непосредственно абсолютная величина указанных теплопотерь, что повышает наглядность и удобство использования;

б) определение абсолютной величины теплопотерь здания через наружные ограждающие конструкции вместо расчета трансмиссионного коэффициента теплопередачи, что повышает наглядность и удобство использования;

в) учет в тепловом балансе здания теплопотребления помещениями общественного и технического назначения.

г) уточненный метод расчета внутренних теплопоступлений от солнечной радиации и бытовых тепловыделений;

Важной отличительной особенностью данного документа является также то обстоятельство, что расчет потребления тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания возможен не только за отопительный период при нормативных значениях параметров наружного климата, но и расчет этого показателя за отопительный период при фактических значениях параметров наружного климата, а также расчет количества тепловой энергии на отопление и вентиляцию жилых зданий при фактических значениях параметров наружного климата за месяц или иной отрезок времени.

. ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ МЕРОПРИЯТИЯ, ПРОВОДИМЫЕ В ЖИЛЫХ ЗДАНИЯХ

.1 Современные направления повышения тепловой эффективности зданий

Цель повышения тепловой эффективности зданий состоит в более эффективном использовании энергоресурсов, затрачиваемых на энергоснабжение здания, путем применения инновационных решений, которые осуществимы технически, обоснованы экономически, а также приемлемы с экологической и социальной точек зрения и не изменяют привычного образа жизни. При этом важно учитывать, что приоритет при выборе энергосберегающих технологий имеют технические решения, одновременно способствующие улучшению микроклимата помещений и защите окружающей среды.

Можно выделить три этапа развития понятия «энергосбережение» в строительной отрасли. После первого энергетического кризиса в 1980-хгодах термин «энергосбережение» означал поиски простейших путей снижения расхода энергии на теплоснабжение. В начале 1990-х годов этот термин подразумевал выбор таких энергосберегающих технологий, которые одновременно способствовали повышению качества микроклимата в помещениях. В настоящее время термин «энергосбережение» связан со строительством таких зданий, которые обеспечивают высокое качество среды обитания людей, экологическую безопасность, сохранение естественной окружающей среды, оптимальное потребление возобновляемых источников энергии и возможность повторного использования строительных материалов и водных ресурсов.

В настоящее время в мире накоплен большой потенциал энергосберегающих решений. В то же время строительство в нашей стране значительно отличалось от строительства в развитых западных странах отсутствием большого малоэтажного (коттеджного) строительства, индустриализацией технических решений для многоэтажных зданий.

В мировой практике на современном этапе развития строительной отрасли известно множество направлений повышения тепловой эффективности зданий. Часто эти направления, помимо снижения энергопотребления, также обеспечивают высокое качество среды обитания человека и повышение экологической безопасности. Среди этих направлений -широкое использование возобновляемых (альтернативных) источников тепловой и электрической энергии для тепло- и энергоснабжения зданий: тепла солнечной радиации посредством солнечных коллекторов и фотоэлектрических панелей, использование низкопотенциального тепла (в том числе низкопотенциального тепла земли) посредством теплонасосных установок (ТНУ), ветровая энергетика; архитектурные решения, среди которых выбор формы здания, максимальным образом использующий положительное и минимизирующий отрицательное влияние наружного климата, выбор формы, размеров и расположения световых проемов и солнцезащитных устройств; широкое использование естественного освещения; использование новых наружных ограждающих конструкций, в том числе светопрозрачных; использование систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, обеспечивающих снижение энергопотребления и высокое качество микроклимата.

Среди множества известных в мировой практике направлений повышения тепловой эффективности зданий представляется возможным выделить следующие направления, наиболее актуальные для современного этапа развития строительной индустрии в нашей стране:

а) изменение схемы централизованного теплоснабжения, связанное с отказом от применения центральных тепловых пунктов (ЦТП) и внедрением индивидуальных тепловых пунктов (ИТП); в результате такого изменения схемы централизованного теплоснабжения появляется возможность регулирования и учета теплопотребления на каждом конкретном объекте;

б) совершенствование систем отопления: регулирование расхода тепловой энергии на отдельном отопительном приборе в соответствии с объемно-планировочными решениями помещения и тепловой защитой ограждающих конструкций, режимом эксплуатации и фактическими значениями наружной температуры, скорости и направления ветра, то есть с учетом фактического теплового баланса помещения; использование периодического («прерывистого») отопления, то есть понижение температуры внутреннего воздуха ниже нормативного значения в течение части суток, допускаемое в таких зданиях, как административные, школы, театры и т. д.;

в) оптимальное использование положительного и минимизация отрицательного влияния наружного климата в тепловом балансе здания;

г) дальнейшее совершенствование методов нормирования и расчета энергетической эффективности зданий.

.2 Повышение тепловой эффективности систем теплоснабжения зданий

Существенная экономия тепловой энергии, расходуемой на теплоснабжение здания, при сравнительно небольших капитальных затратах обеспечивается применением автоматического регулирования ее подачи [7]. При установлении оптимального режима работы экономия тепловой энергии может составить 20 % и более годового потребления на отопление без нарушения теплового режима в зданиях. В нашей стране, в крупных городах, теплоснабжение жилых микрорайонов и промышленных объектов осуществляется посредством централизованных систем. Комбинированная выработка тепловой и электрической энергии остается наиболее эффективным методом использования топлива для целей отопления и горячего водоснабжения с наименьшими экологическими последствиями.

В настоящее время существуют альтернативные способы теплоснабжения. Это, например, теплоснабжение от групповых или автономных (пристроенных или крышных) газовых котельных, а также от квартирных котлов с закрытой камерой сгорания. Эти способы отличаются достаточно низкими капитальными затратами из-за отсутствия протяженных сетей теплоснабжения и относительно низкой стоимости топлива. Сооружение котельной может быть признано целесообразным на отдельных удаленных участках застройки, при этом оно должно быть сопоставлено со строительством мини-ТЭЦ, использующих компактные газотурбинные установки для одновременной выработки тепловой и электрической энергии.

В связи с указанными обстоятельствами актуальным является переход от групповых тепловых пунктов (ЦТП) к индивидуальным (ИТП), расположенным в отапливаемом здании. Это решение, помимо повышения эффективности авторегулирования отопления, позволяет отказаться от распределительных сетей горячего водоснабжения, а также снизить потери тепла при транспортировке и расход электроэнергии на перекачку бытовой горячей воды. Перенос центров приготовления горячей воды на бытовые нужды ближе к ее потреблению (в здание), ликвидация благодаря этому ЦТП и внутриквартальных сетей горячего водоснабжения не только повышает качество снабжения горячей водой жителей, но и оказывается эффективнее решения с ЦТП как по капитальным, так и по эксплуатационным затратам, поскольку в этом случае уменьшаются теплопотери, расход электроэнергии на перекачку и циркуляцию горячей воды, а также повышается эффективность авторегулирования отопления.

Индивидуальный тепловой пункт (ИТП) - это комплекс устройств, расположенных, как правило, в подвале здания, которые преобразуют параметры теплоносителя в системах отопления и горячего водоснабжения здания за счет тепловой энергии, поступающей из системы районного теплоснабженияили от иного источника тепловой энергии. В итоге во всех квартирах должна быть обеспечена нормативная температура воздуха (18-20°С) и нормативная температура горячей воды (55-60°С).

Наиболее целесообразны следующие варианты модернизации ИТП:

) установка инжекторных насосов с переменным диаметром сопла, что обеспечивает возможность оперативной ручной настройки параметров теплоносителя в системе отопления;

) установка теплообменника отопления и системы автоматического управления параметрами теплоносителя в системе отопления в зависимости от температуры наружного воздуха;

) установка теплообменника горячего водоснабжения и системы автоматического поддержания температуры горячей воды. Модернизация ИТП позволяет устранить перетопы, характерные для начала и окончания отопительного сезона, и обеспечить экономию до 5-10% среднегодового потребления тепловой энергии.

Автоматизированные ИТП в сочетании с индивидуальным автоматическим регулированием теплоотдачи отопительных приборов позволяют полностью осуществить в зданиях мероприятия по экономии тепла, воды, электроэнергии на перекачку, а также получить снижение затрат на прокладку трубопроводов систем тепловодоснабжения. Наличие малошумных циркуляционных насосов, компактных теплообменников и приборов авторегулирования подачи и учета тепла позволяют успешно решить эту задачу. Отказ от ЦТП и управление регулированием подачей тепла на отопление и горячее водоснабжение в ИТП, помимо прочего, приводит к сокращению потерь тепла внутриквартальными теплопроводами и к снижению расхода электроэнергии на перекачку теплоносителя.

Переход на систему теплоснабжения с ИТП целесообразен не только в новом строительстве, но в существующих микрорайонах, где из-за выработки ресурса требуется замена внутриквартальных сетей и оборудования ЦТП. Внутриквартальные трубопроводы системы горячего водоснабжения отключают, а по трубопроводам отопления подают перегретую воду в каждый дом. В тепловых пунктах зданий устанавливаются теплообменное оборудование, малошумные насосы, системы авторегулирования и учета тепловой энергии и воды. Считается, что такое решение, по сравнению с ЦТП и многотрубными сетями от них, дает экономический эффект, повышает надежность и комфортность теплоснабжения. Отказ от ЦТП и переход на системы теплоснабжения с ИТП обеспечивает снижение потребления тепловой энергии до 25 %. Отмечается также, что, помимо экономии тепловой и электрической энергии, переход на ИТП вместо ЦТП позволяет сократить капитальные затраты на систему теплоснабжения за счет уменьшения количества внутриквартальных трубопроводов, ликвидации ЦТП и замены посекционной разводки трубопроводов отопления в зданиях на 25-30%.

Кроме того, без сооружения ИТП сложно организовать подомовой учет потребления холодной и особенно горячей воды, поскольку при теплоснабжении от ЦТП разводящие сети проходят транзитом по зданию в следующие дома с врезкой отдельных стояков в этот транзитный трубопровод. Поэтому для оценки потребления воды зданием необходимо ставить водосчетчики почти на каждый стояк, включая и циркуляционные, а измерить расход тепла, потребляемого системой горячего водоснабжения каждого дома, вообще не представляется возможным. При ИТП, когда подготовка горячей воды осуществляется централизованно для всего дома в теплообменниках, установленных в этом тепловом пункте, для измерения расхода воды, потребляемой системой горячего водоснабжения, достаточно установить один водосчетчик, а расход тепловой энергии определяется по разности показаний теплосчетчиков, устанавливаемых на сетевой воде на вводе в ИТП, и поступающей на отопление.

.3 Повышение тепловой эффективности систем отопления зданий

Балансировка системы отопления здания - это распределение потоков теплоносителя по горизонтальных трубам (розливам) и вертикальных трубам (стоякам) таким образом, чтобы обеспечить одинаковую температуру во всех квартирах. Правильная балансировка системы отопления вместе с правильной регулировкой ИТП обеспечивает нормативную температуру воздуха во всех квартирах при минимальном потреблении тепла.

Работа по балансировке включает следующие этапы:

) установка балансировочных и запорных вентилей в ИТП, на розливах и стояках;

) расчетная настройка установленного оборудования и его регулировка.

Регулирование расхода тепловой энергии на отдельном отопительном приборе и пофасадное регулирование.

Автоматическое регулирование отопления возможно различными способами. Ниже рассмотрены индивидуальное регулирование посредством автоматических регуляторов теплового потока (термостатов), установленных на отопительных приборах, а также центральное автоматическое регулирование у источника тепловой энергии - пофасадное регулирование.

Оснащение отопительных приборов индивидуальными автоматическими регуляторами теплового потока (термостатами) позволяет, в зависимости от типа терморегуляторов и условий их эксплуатации, уменьшить расход тепловой энергии на отопление на 10-20%, за счет снижения непроизводительных затрат теплоты (перетоп и т. п.) и за счет учета теплопоступлений с солнечной радиацией, с внутренними тепловыделениями и от снижения воздухообмена в отапливаемых помещениях. Это заметно превышает уровень экономии тепловой энергии с помощью ручного регулирования кранами или вентилями (обычно 4-9 % при нормально работающем ручном регуляторе), к тому же обеспечивает более высокий уровень температурного комфорта в отапливаемых помещениях.

Оборудование отопительных приборов термостатами повышают комфортные условия, позволяя жильцам удовлетворять свои индивидуальные запросы по поддержанию нужной температуры воздуха. Вертикальные однотрубные или двухтрубные системы отопления с термостатами могут быть дополнены пофасадным авторегулированием для повышения стабильности работы термостатов и расширения пределов регулирования, поскольку при освещении одного из фасадов солнцем будут отключаться не только отопительные приборы, но и стояк. Пофасадное авторегулирование при этом выполняется без коррекции по внутренней температуре, а за счет регулирования температуры теплоносителя, подаваемого в фасадную систему отопления в зависимости от температуры наружного воздуха, измеренной датчиком, расположенным на данном фасаде и открытым для освещения солнечными лучами. В отличие от пофасадного центрального регулирования, при индивидуальном регулировании существует опасность, что жильцы одной из соседних квартир могут уехать на некоторое время и с целью экономии установить термостаты на поддержание более низкой температуры воздуха. Если выставлена температура в помещении в 10 °С, то теплопотери смежных с этой квартирой комнат при средних зимних условиях возрастают на 30-50 %. Это вызовет снижение температуры воздуха в этих комнатах, если отсутствует соответствующий запас поверхности нагрева отопительных приборов, и неоправданное увеличение потребления тепла. Для устранения этого недостатка необходимо, чтобы термостаты имели бы ограничение на снижение задаваемой температуры не ниже 16 °С, поскольку их основная задача поддерживать температуру воздуха в помещении на комфортном (индивидуальном для каждого жильца) уровне, полезно используя теплопоступления с солнечной радиацией, от внутренних тепловыделений, от сокращения инфильтрации наружного воздуха и др.

Однако системы отопления с вертикальными стояками остаются системами коллективного пользования, открытие и закрытие выше расположенных по ходу воды термостатов влияет на работу следующих, особенно в вертикальной однотрубной системе отопления. Поэтому наиболее оптимальным решением признаны квартирные системы отопления с двухтрубными вертикальными секционными стояками, проходящими, как правило, по лестничной клетке, и подключенными к ним горизонтальными поквартирными разводками. Отопительные приборы оборудуются термостатами, а для измерения потребленного тепла в местах подключения к стоякам устанавливается квартирный теплосчетчик или, для уменьшения затрат (например, в муниципальных домах) - водомер, по показаниям которого распределяется расход тепла, измеряемый общедомовым теплосчетчиком на системе отопления.

Следует отметить, что в жилых зданиях использование термостатов эффективно только при учете тепла и расчетам за фактически потребленную тепловую энергию. Например, за рубежом одновременно с термостатом устанавливают на отопительный прибор теплоизмеритель, как правило, испарительного типа или электронный, позволяющий жильцу платить меньше за отопление, если потребление тепла уменьшается. В противном случае у жителей будет отсутствовать стимул экономить тепловую энергию и ничто не помешает ему уменьшать температуру помещения не закрытием термостата, а избыточным проветриваем при открывании окон.

Используемый в системах отопления терморегулятор состоит из корпуса и термостатического элемента (головки) с рукояткой установки температурного режима и встроенным датчиком, заполненным специальной средой (воском, жидкостью или газовым конденсатом). Изменение объема среды в датчике в зависимости от изменения температуры воздуха в помещении передается на положение штока термостата, в большей или в меньшей мере перекрывающего клапан для прохода теплоносителя в отопительный прибор, изменяя тем самым расход теплоносителя через прибор и его тепловой поток.

Перспективным представляется применение на отопительных приборах регуляторов с электрическим управлением. В этом случае на отопительных приборах устанавливаются клапаны с термоэлектрическим нормально открытым приводом. Привод соединяется с электромеханическим или электронным комнатным термостатом. Данный термостат может осуществлять простейшую функцию поддержания заданной температуры воздуха в помещении, но может быть и более сложным и осуществлять управление расходом теплоносителя в отопительном приборе по достаточно сложной программе. Наконец, возможно и применение системы автоматического управления инженерным оборудованием здания, одной из функций которой является регулирование расхода теплоносителя в отопительных приборах.

Снижение параметров теплоносителя в системе отопления повысит эффективность авторегулирования теплоотдачи отопительных приборов термостатами, так как уменьшается нерегулируемая теплоотдача от стояков системы отопления, тем самым возрастает доля отопительного прибора в компенсации теплопотерь помещения, который при необходимости может быть выключен полностью.

В однотрубной системе отопления с постоянно действующими замыкающими участками при закрывании термостатов горячая вода без остывания сбрасывается в стояк. Это также приводит к росту температуры воды в обратном трубопроводе и к подъему температуры воды в подающем трубопроводе (за счет постоянства коэффициента смешения в элеваторе), т.е. к тем же последствиям, как и в двухтрубной системе отопления. Поэтому в таких системах обязательно осуществление автоматического регулирования температуры воды в подающем трубопроводе по графику, в зависимости от изменения температуры наружного воздуха.

Такое регулирование возможно за счет изменения схемного решения подключения системы отопления к тепловой сети, например, через ИТП, как было рассмотрено выше.

В закрытом положении термостата остаточная теплоотдача отопительного прибора составляет около 15%, а вместе с теплопоступлениями от трубопровода стояка системы, проходящего по комнате, которые возрастают с прикрытием термостатов при отсутствии регулирования на вводе, нерегулируемая теплоотдача достигает 50%от общей. Поэтому индивидуальное авторегулирование теплоотдачи отопительных приборов следует дополнять авторегулированием подачи тепла на отопление на вводе в здание, в том числе и пофасадное, что предусмотрено МГСН 2.01-99 [6]. В случае комплексного оборудования системы отопления не только индивидуальными термостатами, но и регуляторами у источника тепловой энергии или в ИТП достигается больший эффект экономии тепловой энергии на отопление - до 25-35 %.

Использование периодического («прерывистого») отопления.

Среди задач управления системами отопления значительное место занимают задачи так называемого прерывистого режима отопления. Для большинства современных зданий допускается понижение температуры внутреннего воздуха ниже нормативного значения в течение части суток, в выходные и праздничные дни с целью экономии энергии, затрачиваемой на их теплоснабжение. К началу использования помещения в соответствии с его технологическим назначением температурный режим в нем должен соответствовать нормативным показателям. Такой режим отопления, когда температура внутреннего воздуха понижается на некоторый период времени ниже нормативного значения, называется «прерывистым». Подобная ситуация может иметь место также при авариях, когда прекращается подача тепла в помещение.

. ПЕРИОДИЧЕСКОЕ («ПРЕРЫВИСТОЕ») ОТОПЛЕНИЕ, КАК ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЕ МЕРОПРИЯТИЕ

Среди задач управления системами отопления значительное место занимают задачи так называемого прерывистого режима отопления. Для большинства современных зданий (административных зданий, школ, жилых зданий, театров, кинотеатров, ряда производственных зданий и т. д.) допускается понижение температуры внутреннего воздуха ниже нормативного значения в течение части суток, в выходные и праздничные дни с целью экономии энергии, затрачиваемой на их теплоснабжение. К началу использования помещения в соответствии с его технологическим назначением температурный режим в нем должен соответствовать нормативным показателям. Такой режим отопления, когда температура внутреннего воздуха понижается на некоторый период времени ниже нормативного значения, называется «прерывистым». Подобная ситуация может иметь место также при авариях, когда прекращается подача тепла в помещение.

Прерывистая подача тепла рациональна только в случае автоматического регулирования по времени и температуре, которое позволяет экономить энергию, избегая ненужного завышения температуры в отапливаемых помещениях, и периодически снижать температуру помещения в соответствии с определенным графиком его использования, а также обеспечить необходимую оптимальную тепловую обстановку в помещении.

Колебания тепловыделений и связанные с ними колебания температуры внутреннего воздуха на общем расходе тепла не сказываются; он зависит от средней за период температуры внутреннего воздуха [7]. Если при прерывистой теплоподаче значение среднесуточной температуры внутреннего воздуха равно нормативному ее значению, то общий расход тепла остается таким же, как при непрерывной теплоподаче, и экономия энергии не обеспечивается. Подобное положение имеет место при печном отоплении. Для обеспечения экономии энергии необходимо понизить среднесуточное значение температуры внутреннего воздуха, т.е. в течение части зимнего периода она должна быть равна нормативному значению и быть ниже в остальную часть периода. Для большинства современных зданий (административных зданий, школ, жилых зданий, театров, кинотеатров, ряда производственных зданий и т.д.) понижение температуры внутреннего воздуха ниже нормативного значения допускается в течение части суток.

Одним из критериев возможной длительности перерыва в теплоподаче и связанным с ней понижением температуры внутреннего воздуха является требование о невыпадении конденсата на внутренних поверхностях стен и покрытия. При понижении температуры внутреннего воздуха, если не меняется его влагосодержание, точка росы остается постоянной.

Система прерывистой теплоподачи будет особенно эффективной, если она способна в короткое время без привлечения большой дополнительной мощности повысить температуру внутреннего воздуха до нормативного значения [13]. Таким требованиям в значительной степени удовлетворяют так называемые двухкомпонентные системы отопления. Основная (фоновая) часть системы может поддерживать в помещении температуру воздуха порядка 12-16 °С, а дополнительная в течение короткого промежутка времени может довести ее до нормативной. Система фонового отопления может быть любой теплоемкости, а дополнительная система должна быть малотеплоемкой и легко регулируемой. Двухкомпонентные системы могут быть различной конструкции. Возможны варианты теплоемких фоновых систем панельного отопления и безынерционных электродоводчиков (электрорадиаторов или электроконвекторов, оснащенных термостатами) или конвекторы, рассчитанные на внутреннюю температуру 15 °С, с вентиляторами, быстро поднимающими температуру помещения до нормативной.

Прерывистая теплоподача, сокращая общий расход тепла за период, требует более высокой подачи тепла в период натопа. Таким образом, прерывистая подача тепла является экономически выгодной, как правило, при достаточно высокой температуре наружного воздуха, которая имеет место больше всего в переходные периоды года, когда можно использовать для натопа имеющуюся мощность системы отопления.

В практике эксплуатации жилых зданий прерывистая теплоподача имеет место при электротеплоснабжении зданий. Периодичность теплоснабжения здесь обусловлена использованием внепиковой электроэнергии. Метод этот сводится к подключению электроотопительных приборов и установок и к накапливанию в них тепла исключительно в часы ночных провалов графика нагрузки энергосистемы (аккумуляционное отопление) или во внепиковые периоды (полуаккумуляционное отопление) [13]. Тепло, запасенное в отдельных приборах, центральных установках или непосредственно в конструкциях зданий, расходуется в помещении для нужд обогрева по мере надобности. Электроотопление рационально только с автоматическим регулированием по времени и температуре и позволяет наилучшим образом сочетать график потребления электроэнергии для нужд обогрева с суточным графиком нагрузки на энергосистему путем рационального использования аккумулирующих свойств комплекса «здание - система отопления».

Задача управления расходом энергии, затрачиваемой на нагрев или охлаждение помещения, всегда занимала одно из центральных мест в теории отопления и кондиционирования, но особую значимость приобрела в настоящее время. Современная техника отопления и кондиционирования нуждается не в управлении вообще, а требует оптимального управления процессом расходования энергии. Не является исключением использование компьютерной техники в интеллектуальных зданиях, поскольку она должна работать в соответствии с алгоритмом, позволяющим осуществить процесс нагрева или охлаждения оптимальным образом.

Для большинства помещений жилых и общественных зданий минимизация затрат энергии на разогрев помещений может быть достигнута при выполнении следующих двух положений[13]:

) первое положение: разогрев помещений необходимо начинать с разогрева наиболее теплоемких частей помещения;

) второе положение: разогрев помещений должен производиться с использованием максимальной мощности отопительного оборудования.

В большинстве случаев это относится к внутренним поверхностям наружных ограждающих конструкций, которые, к тому же, как правило, и наиболее охлаждены (минимизация времени разогрева в данном случае может быть достигнута, например, за счет быстрого нагрева внутренних поверхностей ограждающих конструкций конвективными настилающимися струями).

Отопление зданий и помещений может быть постоянным или прерывистым (периодическим) [8]. При прерывистом отоплении снижается или полностью отключается подача теплоты в здание или помещение. В холодный период года в жилых помещениях, когда они не используются, допускается обеспечивать температуру внутреннего воздуха ниже нормируемой, но не менее 15 ^оС [8]. Использование прерывистого режима отопления позволяет уменьшить расход тепловой энергии.

Суточный цикл имеет три части [17]:

начало работы системы отопления (период «натопа» помещения) - температура в помещении повышается от минимальной допустимой t_д до расчетной температуры внутреннего воздуха t_в;

время установившегося режима - в помещении поддерживается температура внутреннего воздуха t_в;

прекращение подвода теплоты - температура в помещении понижается до минимальной допустимой t_д.

Для повышения энергоэффективности систем отопления (снижения энергопотребления) возможно использование прерывистого режима подачи теплоносителя. Однако время натопа помещения в нормативных документах не регламентируется, т.е. предполагается только постоянное отопление. При прерывистом отоплении существенным фактором следует рассматривать скорость восстановления температурного поля помещений до расчетного значения.

Тепловой поток в режиме разогрева помещения больше, чем во время установившегося режима. Дополнительная мощность системы отопления при периодической эксплуатации в течение всего отопительного периода в нормальном и экономичном температурных режимах зависит от следующих показателей:

величины снижения температуры внутреннего воздуха по отношению к расчетной;

времени, необходимого для достижения расчетной температуры внутреннего воздуха;

воздухообмена во время натопа;

теплоаккумулирующей способности здания.

.1 Моделирование теплового режима жилых помещений при использовании оптимального режима прерывистого отопления

Для изучения особенностей формирования микроклимата в помещениях с притоком наружного воздуха через вентиляционные клапаны и отопительными приборами разного типа (конвектор и радиатор) использован метод численного моделирования. Моделирование микроклимата выполнялось на примере типовой жилой комнаты:

а) размеры помещения: 4,86х3,9 м; внутренняя высота 2,5 м; внутренний объем комнаты - 47,38 м³;

б) одно окно размером 2,1х1,5 м.

Сопротивление теплопередаче наружной стены и оконного блока приняты в соответствии с нормативными требованиями:

а) для наружной стены - ;

б) для окна - .

Коэффициент теплоотдачи для наружной поверхности - .

Расчетная температура внутреннего воздуха +20 ^оС. Расчетная температура наружного воздуха -32 ^оС.

Расчетный тепловой поток системы отопления помещения - 1026 Вт. Теплообмен с соседними помещениями не учитывается. Отопительные приборы размещаются под окном.

В качестве радиатора использовался прибор отопления, заполненный условным материалом со специально подобранными характеристиками, чтобы имитировать теплоемкость массивной металлической конструкции радиатора. Полный тепловой поток от радиатора - 1100 Вт; 50% - конвективная составляющая и 50% - радиационная составляющая.

В качестве конвектора использовался ПКН-209 серии Atoll Pro. Изготавливаемых ОАО «Фирма Изотерм» (г. Санкт-Петербург). Схема движения теплоносителя - сверху - вниз в отопительном приборе, параметры теплоносителя 95/70 °С. Тепловой поток конвектора составляет 1065 Вт [18]. Конвектор моделировался в виде прямоугольного блока. На верхней грани - выходная решетка конвектора длиной 950 мм и глубиной 100 мм, через которую выходит струя нагретого воздуха с температурой 50 °С и со скоростью 0,34 м/с. Конвективная составляющая теплового потока равна 94%. Через нижнюю грань блока в конвектор поступал воздух из помещения. Остальная часть теплового потока моделировалась как радиационная составляющая (6% от общего теплового потока), излучаемая нагретым кожухом прибора.

Поступление приточного воздуха в помещение осуществляется через приточные клапаны типа «Аэреко». Размеры приточных клапанов были выбраны таким образом, чтобы в помещении обеспечивался однократный воздухообмен. Приняты два приточных клапана сечением 0,01х0,3 м² каждый, расположенных в верхней части оконного блока. При перепаде давления между внутренним и наружным воздухом 10 Па клапаны обеспечивают расход приточного воздуха 46 м³/ч, т.е. однократный воздухообмен в комнате. Удаление воздуха из комнаты выполняется через щель, имитирующую зазор под закрытой дверью, расположенной в стене напротив окна.

Рисунок 3.1 - Расчетная схема помещения и расположения точек контроля температуры

Системы уравнений аэродинамики и теплопереноса решались в нестационарной постановке с шагом по времени, который варьировался от 1 до 10 с. В ходе расчета контролировались температуры воздуха в четырех точках (рис. 3.1). Расчет проводился с использованием программы «ANSYS».

В результате расчетов для двух типов отопительных приборов получены графики изменения температуры воздуха во времени при нагреве помещения до и после открытия приточных клапанов для 4 контрольных точек (рисунок 3.2 - 3.5).

Рисунок 3.2 - Характер изменения температуры в точке 1

Рисунок 3.3 - Характер изменения температуры в точке 2

Рисунок 3.4 - Характер изменения температуры в точке 3

Рисунок 3.5 - Характер изменения температуры в точке 4

Приточные клапаны при предварительном нагреве помещения закрыты. Начальная температура воздуха в помещении перед включением отопительных приборов принята равной +15 ^оС. После включения отопительных приборов:

а) конвектора: температура воздуха в верхних контрольных точках (1 и 3) достигла +28 ^оС за 10 минут; в нижних точках (2 и 4) температура воздуха достигла +23 ^оС за 12-14 минут;

б) радиатора: температура воздуха в верхних точках достигает +28 ^оС за 30 минут; в нижних контрольных точках достигает значений +26 ^оС за 30 минут.

Таким образом, в режиме нагрева помещения («натопа») при работе конвектора температура в верхних контрольных точках устанавливается в 3 раза быстрее, чем при работе радиатора. Сравнивая процесс нарастания температуры в нижних точках, где в меньшей степени сказывается влияние конвективной струи конвектора, видно, что прогрев воздуха при работе конвектора также происходит быстрее. Например, в точке 2 температура +23 ^оС при работе конвектора достигается за 12 мин, а при работе радиатора - за 20 мин.

При достижении температуры воздуха в верхних контрольных точках +28 ºС проводилось открытие приточных клапанов. Через 10 мин после открытия клапанов температура воздуха в контрольных точках снижается до +22-24 ºС для обоих приборов. Далее с течением времени температура во всех контрольных точках продолжает снижаться. Однако характер падения температуры (во всех контрольных точках) при работе радиатора более резкий, чем для конвектора. Это объясняется большей подвижностью воздуха в помещении при работе конвектора, которая связана с взаимодействием более мощной конвективной струи нагретого воздуха с холодным приточным воздухом.

Через 50 минут после открытия клапана минимальная температура в контрольных точках при работе конвектора +22-23 ºС, а при работе радиатора +19,5-21 ºС, т.е. на 2 ºС ниже.

На основе выполненного эксперимента можно сделать такие выводы:

а) сравнение изменения температуры в объеме помещения при работе конвектора и радиатора позволяет сделать вывод о том, что при работе конвектора поле температуры в комнате более однородно вследствие преобладания конвективной составляющей теплообмена;

б) поля температуры воздуха в жилых помещениях при подаче наружного воздуха через вентиляционные клапаны неоднородны. Формирование поля температуры в помещении в значительной степени зависит от типа отопительного прибора;

в) Результаты исследования формирования температурного поля отапливаемых жилых помещений с учетом естественной вентиляции должны учитываться как проектировщиками, так и производителями отопительных приборов;

г) в нормативных документах для жилых помещений для повышения энергоэффективности систем отопления путем применения прерывистого режима подачи теплоносителя необходимо установить длительность периода восстановления температуры внутреннего воздуха до расчетного значения.

. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ МЕРОПРИЯТИЙ

.1 Экономическая эффективность инвестиций в энергосберегающие мероприятия

Взамен по сути единственного критерия эффективности инвестиций в экономике (нормативного срока окупаемости Т_норм, лет, дополнительных капитальных вложений, который централизованно задавался в пределах 8-12 лет, или минимума приведенных затрат - эквивалента указанной окупаемости) предполагаются несколько критериев, что позволят с большей разносторонностью и глубиной подходить к принятию решений [15]. Новизна упомянутых критериев основана на существовании в современных экономических условиях понятий прибыль, инфляция, процентные и кредитные ставки, но главное - на необходимости достоверно прогнозировать динамику этих показателей.

Основным экономическим показателем эффективности инвестиций является суммарный дополнительный доход Д, руб., который может быть получен за период срока эксплуатации энергосберегающих мероприятий Т_сл , лет. В зависимости от того, каким образом используется потоки будущих доходов, их либо, изымая из денежного оборота, наращивают (капитализируют), либо дисконтируют (определенным образом снижают для объективного сопоставления со стоимостью инвестиций на момент их реализации). Если промежуточные доходы наращиваются (капитализируются), соответствующую величину суммарного дополнительного дохода обозначаем как суммарный наращенный доход , руб.; если промежуточные доходы  (i =1, 2, ..., Т_сл), руб./год, дисконтируются, соответствующую величину суммарного дополнительного дохода обозначаем как суммарный дисконтированный доход , руб.

Величина суммарного дополнительного дохода определяется посредством [15]:

а) механизма дисконтирования и наращения (капитализации) поступающих в будущем доходов;

б) оценки диапазонов изменения основных экономических показателей (промежуточных доходов , лет, поступающих в результате инвестиций, и соответствующих норм дисконта r) в зависимости от указанных горизонтов;

в) оценки срока эксплуатации рассматриваемых энергосберегающих мероприятий Т_сл, лет.

Норма дисконта - одно из возможных значений показателя, отражающего выгодность вложения инвестиционных средств в другие активы, помимо средств энергосбережения.

Суммарный дисконтированный доход , руб. за срок эксплуатации Т_сл, лет, рассчитывается по формуле, учитывающей разную величину  ежегодных поступлений дохода и разную норму дисконта r_i [15]:

где - полный дисконтированный доход за срок эксплуатации энергосберегающих мероприятий, руб.;

r_i - норма дисконта в i-м году, 1/год, где i = 1, 2, ..., Т_сл;

 - промежуточный доход в i-м году, руб./год.

В данной формуле Т_сл является индексом (безразмерной величиной), определяющим число членов ряда.

Предположим, что для множества величин  и r_i которые достаточно сложно прогнозировать (так как необходимо также знать последовательность этих величин по годам), каким-то образом выбраны такие их расчетные значения руб., и r, которые обеспечат минимальное отклонение суммарного расчетного дохода от его значения. Тогда формула (4.1) будет выглядеть следующим образом:

Здесь Т_сл также является безразмерной величиной, определяющим число членов ряда и показатель степени.

Выражение в скобках представляет собой убывающую геометрическую прогрессию. Сумма Т_сл членов убывающей геометрической прогрессии определяется по известной формуле, в результате чего формула (4.2) преобразуется в формулу (4.3), широко используемую в практике экономических расчетов:

В рассмотренном выше случае поступающие промежуточные доходы  дисконтировались, то есть участвовали в обороте денежных средств (тратились на зарплату, погашение ссуд, выплату дивидендов по акциям и т. д.). Далее рассмотрим вариант, когда поступающие промежуточные доходы  капитализируются, то есть наращиваются под проценты, например, путем дачи их взаймы. Тогда фактор дисконтирования отпадает, и каждое поступление промежуточного дохода  наращивается в течение оставшегося срока эксплуатации энергосберегающих мероприятий. В этом случае аналогом формулы (4.1) является формула [15]:

где  - суммарный наращенный доход за период срока эксплуатации энергосберегающих мероприятий, руб.;

r_i - норма дисконта в i-м году, 1/год, где i = 1, 2, ..., Т_сл;

 - промежуточный доход в i-м году, руб./год;

Т_сл - срок эксплуатации энергосберегающих мероприятий, лет.

Изменив порядок следования слагаемых на противоположный (первое слагаемое становится последним, второе - предпоследним и т. д.) и вновь переходя на расчетные значения доходов , руб., и норм дисконта r, имеем:

Как и в формуле (4.2), здесь Т_сл является индексом (безразмерной величиной), определяющим число членов ряда.

Суммируя Т_сл членов геометрической прогрессии, на этот раз возрастающей, и затем аппроксимируя «непрерывной» формулой, получим:

Главное преимущество использования формул (4.3) и (4.6) в том, что отпадает необходимость каждый раз задумываться над тем, каков срок начисления процентов при расчетах величин будущих доходов. Дело в том, что величина Т_сл может обозначать и число лет (например, Т_сл = 1), и число кварталов (Т_сл = 4), и число месяцев (Т_сл = 12) и т. д., то есть число периодов в году, после каждого из которых учитывается процент. Величина самого процента соответственно уменьшается: при Т_сл = 1 имеем r_Тсл =r, при Т_сл = 4- r_Тсл = r/4 и т. д. [15]. Уменьшение продолжительности периодов Т_сл при невысокой норме дисконта r пренебрежимо мало влияет на величины  и , что характерно для нормально развивающейся экономики. Если же норма дисконта существенно меняется из года в год, то она обязательно будет значительна по абсолютной величине. В этой ситуации говорить о целесообразности долгосрочных инвестиций не приходится, и первостепенной задачей становится стабилизация национальной экономики.

Важнейшим критерием экономической эффективности инвестиций в энергосберегающие мероприятия является срок окупаемости Т_ок, лет, инвестиций К, руб., вызвавших поток доходов , руб./год. Этот критерий дает первое представление о том, приносят ли инвестиции дополнительный доход вообще, и насколько быстро это происходит. В экономике этот критерий был, по сути, единственным и рассчитывался со значительной отрицательной погрешностью (срок окупаемости при этом «сокращался» в 1,5 и более раз). Это завышало эффективность капитальных вложений, и поэтому зачастую они оказывались неоправданными.

Очевидно, что сроки окупаемости инвестиций К с учетом дисконтирования или наращения поступающих промежуточных доходов Т_д и Т_н, лет, определяются путем приравнивания значений  и  (по формуле (4.3) и первой части формулы (4.6)) величине К. Преобразования дают соответствующие формулы [15]:

Показатель , лет, представляет собой срок окупаемости инвестиций без учета влияния времени на получаемые в будущем доходы от инвестиций - бездисконтный срок окупаемости. Это именно тот срок окупаемости, который в экономике принимался в качестве главного критерия эффективности.

Если проанализировать график денежных потоков (рисунок 4.1) непрерывной инвестиционной модели при заданных значениях К,  и r , то он покажет что бездисконтный срок окупаемости Т_о позволяет предварительно оценить эффективность инвестиций, особенно при невысокой норме дисконта. Кроме того, он позволяет судить о начальном направлении графика потока поступающих доходов, как при дисконтировании, так и при наращении. Действительно, тангенс угла наклона линейного потока дохода определяется именно этим сроком окупаемости.

Примем инвестиций в энергосберегающие мероприятия К=800 тыс. руб., расчетный ежегодный дополнительный доход = 215 тыс. руб./год, расчетную норму дисконта r = 0,15 1/год. Расчет по формулам (4.7) и (4.8) дает следующие значения сроков окупаемости инвестиций в энергосберегающие мероприятия: Т_д=5,4 лет, Т_н=3 года. Отметим абсциссы точек пересечения горизонтали, соответствующей величине инвестиций в энергосберегающие мероприятия К, с экспоненциальными кривыми, соответствующими зависимостям (4.3) и (4.6).

Срок эксплуатации Т_сл принят равным 12 годам. Вертикальная линия с этой абсциссой может быть разделена на несколько отрезков, длины которых соответствуют численным значениям основных критериев экономической эффективности инвестиций: длина отрезка ас представляет суммарный дисконтированный доход ; длина отрезка cb, равная разнице между  и инвестициями К, представляет чистый дисконтированный доход ЧДД ; длина отрезка cd- идеализированный чистый доход ЧД.

Показатель ЧДД сам по себе не дает исчерпывающего представления о доходности инвестиций, он должен быть соотнесен с величиной инвестиций в средства энергосбережения К. С этой целью используют дополнительный критерий, называемый индексом доходности, который вычисляется по формуле:

ИД=ЧДД/К.

Индекс доходности определяет чистый доход на 1 денежную единицу вложенных средств за период времени Т_сл. Вместо чистого дисконтированного дохода ЧДД при вычислении индекса доходности можно использовать величину суммарного дисконтированного дохода .

Рисунок 4.1 - График потока поступающих доходов:

- единовременные инвестиции К; 2 - бездисконтный доход Д; 3 - дисконтированный доход ; 4 - доходы с наращением

Таким образом, для оценки эффективности инвестиций в энергосберегающие мероприятия необходимо определить следующие исходные данные:

а) величина инвестиций К для каждого вида энергосберегающего мероприятия;

б) расчетное значение нормы дисконта r;

в) срок эксплуатации энергосберегающего мероприятия Т_сл;

г) расчетное значение ежегодного дополнительного дохода  за счет экономии энергоресурсов вследствие внедрения энергосберегающих мероприятий (для каждого мероприятия).

А также критерии экономической эффективности инвестиций в энергосберегающие мероприятия:

а) чистый дисконтированный доход ЧДД или чистый наращенный доход (доход при наращениях промежуточных доходов) ЧНД, рассчитываемые по формулам:

б) сроки окупаемости Т_д или Т_н рассчитываемые по формулам (4.7) или (4.8);

в) индексы доходности ИД, рассчитываемые по формулам:

.2 Расчет экономической эффективности при устройстве индивидуального теплового пункта (ИТП)

В здании устанавливается индивидуальный тепловой пункт (ИТП).

Данное мероприятие обеспечивает снижение расхода тепловой энергии на отопление. Таким образом, расчетный удельный расход тепловой энергии на отопление здания составляет 87 кВт·ч/м². Снижение удельного расхода энергии по сравнению с нормативным уровнем составляет 8,4 %. Снижение затрат тепловой энергии в стоимостном выражении составляет 0,012 тыс. руб./(м²·год). Срок эксплуатации принимаем равным 20 лет. Общая стоимость оборудования с учетом монтажа составляет 420 тыс. руб., инвестиции в энергосберегающие мероприятия, отнесенные к 1 м² площади - 0,058 тыс. руб./м².

Необходимо определить:

.Срок окупаемости инвестиций: с учетом дисконтирования поступающих доходов и с учетом наращения (капитализации) поступающих доходов.

.Чистый доход за счет экономии энергоресурсов за весь период эксплуатации энергосберегающих мероприятий: чистый дисконтированный доход и чистый доход при наращении (капитализации) поступающих доходов.

.Индекс доходности инвестиций (отношение полного дохода к величине инвестиций, характеризующее относительную отдачу инвестиционного проекта на вложенные средства): при условии дисконтирования всех поступающих доходов и при условии наращения (капитализации) всех поступающих доходов.

Исходные данные:

а) инвестиции в энергосберегающие мероприятия К= 0,058 тыс. руб./м²;

б) ежегодный средний дополнительный доход за счет экономии энергоресурсов в течение всего срока эксплуатации энергосберегающих мероприятий ∆Д= 0,012 тыс. руб./(м²·год);

в) срок эксплуатации энергосберегающих мероприятий Т_сл = 20 лет;

г) норма дисконта принимается равной 10 %: r = 0,10.

Порядок расчета:

. Определяем полный доход за счет экономии энергоресурсов за весь период эксплуатации энергосберегающих мероприятий:

1.1 Полный дисконтированный доход за счет экономии энергоресурсов за весь период эксплуатации энергосберегающих мероприятий тыс. руб./м², определяется по формуле (4.3):

1.2 Полный доход за счет экономии энергоресурсов за весь период эксплуатации энергосберегающих мероприятий при наращении (капитализации) поступающих доходов , руб., определяется по формуле (4.6):

.        Определяем чистый доход за счет экономии энергоресурсов за весь период эксплуатации энергосберегающих мероприятий:

2.1 Чистый дисконтированный доход ЧДД, тыс. руб./м², определяется по формуле (4.11):

.2 Чистый доход при наращении (капитализации) всех поступающих доходов ЧНД, тыс. руб./м², определяется по формуле (4.12):

. Определяем срок окупаемости инвестиций:

.1 Бездисконтный срок окупаемости инвестиций , лет, определяется по формуле (4.9):

.2 Срок окупаемости инвестиций с учетом дисконтирования поступающих доходов за счет экономии энергоресурсов , лет, определяется по формуле (4.7):

.3 Срок окупаемости инвестиций при наращении (капитализации) поступающих доходов за счет экономии энергоресурсов , лет, определяется по формуле (4.8):

. Определяем индекс доходности инвестиций:

4.1 Индекс доходности инвестиций при условии дисконтирования всех поступающих доходов  течение срока эксплуатации энергосберегающих мероприятий определяется по формуле (4.13):

.2 Индекс доходности инвестиций при условии наращения (капитализации) всех поступающих доходов  течение срока эксплуатации энергосберегающих мероприятий определяется по формуле (4.14):

Полученные результаты сведены в таблицу 4.1.

Таблица 4.1 - Критерии экономической эффективности инвестиций в энергосберегающие мероприятия

4.3 Расчет экономической эффективности при устройстве регулируемой системы отопления

4.3.1 Устройство регулируемой системы отопления с терморегуляторами прямого действия на каждом отопительном приборе

На каждом трубопроводе, подводящем теплоноситель к радиатору, устанавливается радиаторный терморегулятор прямого действия с термоэлементом. На обратном трубопроводе предусматривается установка запорного радиаторного клапана для обеспечения возможности отключения и демонтажа отдельного прибора без опорожнения всей системы отопления. Для отключения отдельного радиатора и спуска из него воды используется дренажный кран и ручная запорная рукоятка (один комплект на всю систему).

Данная система обеспечивает снижение расхода тепловой энергии на отопление на 15 %. Таким образом, расчетный удельный расход тепловой энергии на отопление здания составляет 87 кВт·ч/м². Снижение удельного расхода энергии по сравнению с нормативным уровнем составляет 8,4 %. Снижение затрат тепловой энергии в стоимостном выражении составляет 0,012 тыс. руб./(м²·год).

Перечень необходимого оборудования:

) RTD-N-15 - прямой или угловой клапан терморегулятора с устройством предварительной монтажной настройки его пропускной способности Д_у = 15мм;

2) RTS3620 - термостатический элемент прямого действия с жидкостным наполнением термодатчика и диапазоном настройки температуры 8-26 °С;

) RLV-15 - запорный радиаторный клапан Д_у =15мм.

Срок эксплуатации принимаем равным 20 лет.

Стоимость оборудования (единовременные инвестиции в энергосберегающие мероприятия) приведена в таблице 4.2.

Таблица 4.2 - Стоимость оборудования

Определение экономической эффективности при устройстве регулируемой системы отопления проводится по аналогии с расчетом установки ИТП.

Исходные данные:

а) единовременные инвестиции в энергосберегающие мероприятия, отнесенные к 1 м² площади - 0,068 тыс. руб./м²;

б) ежегодный средний дополнительный доход за счет экономии энергоресурсов в течение всего срока эксплуатации энергосберегающих мероприятий, отнесенный к 1 м² площади - 0,012 тыс. руб./(м2· год);

в) срок эксплуатации - 20 лет.

Результаты расчета сведены в таблицу 4.3.

Таблица 4.3 - Критерии экономической эффективности инвестиций в энергосберегающие мероприятия

.3.2 Устройство регулируемой системы отопления с терморегуляторами на каждом отопительном приборе с электрическим управлением

На каждом трубопроводе, подводящем теплоноситель к радиатору, устанавливается клапан с термоэлектрическим нормально открытым (при отсутствии питающего напряжения) приводом. Привод соединяется с электромеханическим комнатным термостатом. На обратном трубопроводе предусматривается установка запорного радиаторного клапана для обеспечения возможности отключения и демонтажа отдельного прибора без опорожнения всей системы отопления. Для отключения отдельного радиатора и спуска из него воды используется дренажный кран и ручная запорная рукоятка (один комплект на всю систему).

Данная система обеспечивает снижение расхода тепловой энергии на отопление на 25 %. Таким образом, расчетный удельный расход тепловой энергии на отопление здания составляет 77 кВт·ч/м². Снижение удельного расхода энергии по сравнению с нормативным уровнем составляет 19 %. Снижение затрат тепловой энергии в стоимостном выражении составляет 0,019 тыс.руб./(м²·год).

Перечень необходимого оборудования:

1) RAV-15/8 - прямой или угловой клапан терморегулятора Д_у =15мм;

) TWA-V- нормально открытый термоэлектрический привод 220 В;

) RMT230 - электромеханический комнатный термостат;

) RLV-15 - запорный радиаторный клапан Д_у =15мм.

Срок эксплуатации принимаем равным 20 лет.

Стоимость оборудования (единовременные инвестиции в энергосберегающие мероприятия) приведена в таблице 4.4.

Таблица 4.4 - Стоимость оборудования

Определение экономической эффективности при устройстве регулируемой системы отопления проводится по аналогии с расчетом установки ИТП.

Исходные данные:

а) единовременные инвестиции в энергосберегающие мероприятия, отнесенные к 1 м² площади - 0,341 тыс. руб./м²;

б) ежегодный средний дополнительный доход за счет экономии энергоресурсов в течение всего срока эксплуатации энергосберегающих мероприятий, отнесенный к 1 м² площади - 0,019 тыс. руб./(м²· год);

в) срок эксплуатации - 20 лет.

Результаты расчета сведены в таблицу 4.5.

Таблица 4.5 - Критерии экономической эффективности инвестиций в энергосберегающие мероприятия

5. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ В ТЕПЛОВЫХ ПУНКТАХ

1 Проектирование тепловых пунктов должно осуществляться в соответствии с СП 60.13330 с учетом требований настоящего раздела, которые распространяются на тепловые пункты [39], классифицируемые как сооружения на тепловых сетях и находящиеся на балансе теплоснабжающей (теплосетевой) компании.

В закрытых и открытых системах теплоснабжения способ подключения зданий к тепловым сетям через ЦТП или ИТП определяется на основе технико-экономического обоснования или в соответствии с проектной задачей, с учетом режима гидравлической работы и температурного графика тепловых сетей и зданий.

В тепловых пунктах предусматривается размещение оборудования, арматуры, приборов контроля, управления и автоматизации, посредством которых осуществляются [39]:

а) преобразование вида теплоносителя или его параметров;

б) контроль параметров теплоносителя;

в) учет тепловых нагрузок, расходов теплоносителя и конденсата;

г) регулирование расхода теплоносителя и распределение по системам потребления теплоты (через распределительные сети в ЦТП или непосредственно в системы ИТП);

д) защита местных систем от аварийного повышения параметров теплоносителя;

е) заполнение и подпитка систем потребления теплоты;

ж) сбор, охлаждение, возврат конденсата и контроль его качества;

з) аккумулирование теплоты;

и) подготовка воды для систем горячего водоснабжения.

В тепловом пункте в зависимости от его назначения и местных условий могут осуществляться все перечисленные мероприятия или только их часть. Приборы контроля параметров теплоносителя и учета расхода теплоты следует предусматривать во всех тепловых пунктах.

Узел устройства ввода, необходимые для каждого здания независимо от наличия ЦТП, узел ввода содержит только те виды деятельности, которые необходимо объединить здания и не предусмотрены в ЦТП.

Подключение потребителей тепла к тепловым сетям в точках нагрева должно обеспечиваться в соответствии со схемами, обеспечивающими минимальный поток воды в тепловых сетях, а также сбережением тепла за счет использования регуляторов теплового потока и ограничителей для максимального расхода воды, корректирующих насосов или лифтов с автоматическим регулированием температуры воды, ввод в систему отопления, вентиляции, в зависимости от температуры наружного воздуха.

При расчете нагревательной поверхности водонагревателей вода-вода для систем подачи и нагрева горячей воды температуру воды в подводящем трубопроводе отопительной сети следует принимать равной температуре в точке останова графика температуры воды или минимальной температуры воды, если нет разрыва в температурном профиле, а для систем отопления - также температуру воды, соответствующую расчетной температуре окружающей среды для проектирования отопления. В качестве расчетной следует взять большую из полученных значений поверхности нагрева.

Расчетная температура воды в подающих трубах после ЦТП должна быть принята [39]:

а) при присоединении систем отопления зданий по зависимой схеме - равной, как правило, расчетной температуре воды в подающем трубопроводе тепловых сетей до ЦТП;

б) при независимой схеме - равной или не более чем на 30 °С ниже расчетной температуры воды в подающем трубопроводе тепловых сетей до ЦТП, но не выше 150 °С и не ниже расчетной, принятой в системе потребителя;

в) при присоединении к ЦТП зданий с разной расчетной температурой воды в системах отопления температура после ЦТП должна приниматься по более высокой температуре, с организацией раздельных контуров циркуляции с помощью насосов смешения с рабочей температурой воды для каждого потребителя.

Независимые трубопроводы от ЦТП для подключения систем вентиляции с независимой схемой подключения отопительных систем предусмотрены при максимальной тепловой нагрузке для вентиляции более 50% максимальной тепловой нагрузки на отопления.

Для высокоскоростных секционных водо-водяных водонагревателей необходимо принять противоточную схему потоков охлаждающей жидкости, в то же время необходимо подавать греющую воду из тепловой сети [39]:

а) в кожухотрубные водоподогреватели систем отопления - в трубки;

б) то же, горячего водоснабжения - в межтрубное пространство;

в) в пластинчатые водонагреватели - по схеме изготовителя.

В пароводяные водоподогреватели пар должен поступать в межтрубное пространство.

В дополнение к высокоскоростным водонагревателям можно использовать водонагреватели других типов с высокими тепловыми и эксплуатационными характеристиками, малыми размерами.

Для систем горячего водоснабжения в паровых тепловых сетях допускается использование емкостных водонагревателей, использующих их в качестве резервуаров для хранения горячей воды, при условии, что они отвечают требованиям, предъявляемым к расчетам для резервуаров-хранилищ.

Температура горячей воды на выходе из подогревателя должна обеспечивать температуру горячей воды у потребителя в пределах, регламентированных СанПиН 2.1.4.2496, с учетом снижения температуры горячей воды в тепловых сетях и стояках зданий.

Минимальное число водо-водяных водоподогревателей следует принимать [39]:

а) два, параллельно включенных, каждый из которых должен рассчитываться на 100% тепловой нагрузки - для систем отопления зданий, не допускающих перерывов в подаче теплоты;

б) два, рассчитанных на 75% тепловой нагрузки каждый - для систем отопления зданий, сооружаемых в районах с расчетной температурой наружного воздуха ниже минус 40 °С;

в) один - для остальных систем отопления;

г) по одному в каждой ступени подогрева - для систем горячего водоснабжения.

При установке в системах отопления, вентиляции или горячего водоснабжения пароводяных водоподогревателей, их количество должно быть не менее двух, включать параллельно, резервные водоподогреватели можно не предоставлять.

Под нагрузкой в системе более 2 МВт - два теплообменника в каждой ступени нагрева до 50% тепловой нагрузки [39].

Для технологических установок, не допускающих перерывов в подаче теплоты, должны предусматриваться резервные водоподогреватели, предназначенные для тепловой нагрузки в соответствии с режимом работы технологических установок предприятия.

На трубопроводах необходимо предусмотреть установку штуцеров с запорным клапаном с условным проходом 15 мм для сброса воздуха в самых высоких точках всех трубопроводов и условным проходом не менее 25 мм - для слива воды в самых низких точках водопроводных и конденсатных трубопроводов, также возможно установить автоматические воздухоотводчики, подключенные к трубопроводу через запорные клапаны.

Разрешается запускать устройство для сброса воды не в приямке ЦТП, а за ее пределами в специальных камерах с последующим выводом гравитационной воды в приемные колодцы.

В тепловых точках не устанавливаются перемычки между подводящими и обратными трубопроводами отопительных сетей, а также обходные трубопроводы, кроме насосов, элеваторов, регулирующие клапаны, грязевики и устройства для учета воды и потребления тепла.

При установке на обратном трубопроводе на выходе из тепловой точки регулятора давления «до себя» должен быть предусмотрен обходной трубопровод с запирающим устройством вокруг него, чтобы обеспечить заполнение систем потребления тепла.

Регуляторы перелива и конденсатоотводчики должны иметь обводные трубопроводы.

Грязевики следует устанавливать [39]:

а) в тепловом пункте на подающих трубопроводах на вводе;

б) на обратном трубопроводе перед регулирующими устройствами и приборами учета расходов воды и теплоты - не более одного;

в) в ИТП - независимо от наличия их в ЦТП;

г) в тепловых узлах потребителей 3-й категории - на подающем трубопроводе на вводе.

При установке фильтров на входе в тепловой пункт дополнительная установка фильтров перед механическими счетчиками воды, пластинчатыми теплообменниками и другим оборудованием по ходу воды не требуется, за исключением особых требований производителей оборудования.

Для защиты от внутренней коррозии и формирования отложений накипи трубопроводов и оборудования централизованных систем горячего водоснабжения, подключенных к тепловым сетям через водонагреватели, водоочистка должна быть обеспечена, как правило, в ЦТП. Вывод воды из тепловой сети для создания системы горячего водоснабжения с независимой схемой подключения не допускается.

Для защиты трубопроводов тепловых сетей от отложений солей твердости допускается использование методов очистки воды, возможность их использования подтверждается в порядке, установленном законодательством Российской Федерации в области технического регулирования и санитарно-эпидемиологического благополучия населения.

Решение о выборе технологии очистки воды, а также отказ от использования технологии очистки воды следует принимать на основе химического анализа исходной воды.

При установке аккумуляторных резервуаров для систем горячей воды на тепловых станциях с деаэрацией воды необходимо предусмотреть защиту внутренней поверхности резервуаров от коррозии и воды в них от аэрации с использованием герметизирующих жидкостей. В отсутствие деаэрации внутренняя поверхность резервуаров должна быть защищена от коррозии с использованием защитных покрытий или катодной защиты. В конструкции резервуара должно быть предусмотрено устройство для предотвращения попадания герметизирующей жидкости в систему подачи горячей воды.

Очистка питьевой воды не должна ухудшать ее санитарно гигиенические параметры. Реагенты и материалы, используемые для очистки воды, поступающей в систему горячего водоснабжения, должны быть разрешены контролирующими органами [39].

На полу тепловой станции должна быть установлена лестница, и если гравитационный дренаж невозможен, расположить водоемную шахту размером не менее 0,5 х 0,5 х 0,8 м. Яма покрыта съемной решеткой.

Для слива воды из дренажной ямы в канализацию, дренажную систему или связанный с ней дренаж должен быть предусмотрен один сливной насос. Насос, предназначенный для откачки воды из водосборной шахты, не допускается для стирки систем потребления тепла.

Тепловые станции должны предусматривать меры по предотвращению превышения допустимого уровня шума в соответствии с СН 2.2.4/2.1.8.562.

.19 Для тепловых точек (кроме встроенных ИТП с мощностью менее 0,7 МВт) необходимо предусмотреть приточную и вытяжную вентиляцию, предназначенную для воздушного обмена, определяемую теплоотдачей от трубопроводов и оборудования. Предполагаемая температура воздуха в рабочей зоне в холодный период года должна быть не выше 28 ° C, в теплое время года - на 5 ° C выше наружной температуры. При размещении тепловых пунктов в жилых и общественных зданиях необходимо провести проверку расчета теплопередачи от тепловой точки до смежных помещений. В случае превышения допустимой температуры воздуха в этих помещениях должны быть предусмотрены меры для дополнительной теплоизоляции ограждающих конструкций соседних помещений [39]. Для интегрированных тепловых точек отдельных зданий (частей зданий) с нагрузкой менее 0,7 МВт и имеющих ограждения из сетки или металлической решетки, приточно-вытяжная вентиляция не требуется.