Материал: 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.