Глава 7- Повышение энергоэффективности зданий

7.1- Энергетический анализ зданий

Здание — объемная строительная система, имеющую надземную и/или подземную части, включающие в себя помещения и системы (оборудование) инженерно-технического обеспечения. В сельском хозяйстве используют здания, предназначенные для использования в качестве жилищ (жилые дома, гостиницы, общежития), общественные (клубы, торговые центры, школы), промышленные (цеха по переработке продукции, молоко и консервные заво-ды, тепловые котельные и т.п.), сельскохозяйственные (теплицы, хранилища, силосные башни, животноводческие фермы, помещения для скота и птицы, склады и т.д), административные.

Здания состоят из конструкций, которые по своей функции делятся на несущие, ограждающие и совмещенные, которые одновременно выполняют несущие и ограждающие функции. Здание включает также инженерные сети и оборудование функциональногро обеспечения.

Несущие конструкции обеспечивают прочность и устойчивость под дейс-твием нагрузок от веса людей, мебели, оборудования, ветровых, сейсмических, снеговых и других временных нагрузок.

Ограждающие конструкции отделяют внутренний объем здания от внешней среды и внутренние помещения друг от друга. Основное назначение ограждающих конструкций - обеспечение теплозащиты, звукоизоляции, огнестойкости и т.п.

Здания, в зависимости от назначения могут иметь следующие системы

энергетического обеспечения:

- система обеспечения электроэнернгией;

- системы отопления, горячего и холодного водоснабжения;

- канализационные системы;

- вентиляционные системы;

- системы кондиционирования воздуха;

-системы регулирования и поддержания газового состава;

-системы информационного обеспечения и т.п.

Нагревательными приборами в системах отопления и вентиляции служат: радиаторы чугунные или штампованные из листовой стали; регистры из гладких труб (гнутые или сварные); трубы чугунные ребристые; конвекторы с нагревательными элементами из оребренных стальных труб. Имеют распрост-ранение греющие панели с вмонтированными в них змеевиками из стальных труб, в которых циркулируют горячая вода или нагретый воздухом, и электрические нагреватели. В некотрых случаях применяют дровяные и газовые печи.

Энергетический (тепловой) баланс здания имеет следующий вид:

, (7.1)

Где Q_о - мощность системы, подающий в здание тепло или холод, кВт; Q_тв - тепловыделения внутри здания, кВт; Q_огр - теплопотери через ограждения- стены, потолки, окна и т.п, кВт; Q_инф - потери на нагрев или охлаждение инфильтрующего воздуха, кВт; Q_н - потери на нагрев или охлаждение транспортных средств, материалов, сырья поступающих в здание из вне, кВт.

Приходная часть энергобаланса здания (правая часть уравнения (7.1)) мощностью тепловой системы Q_о и мощностью тепловыделений внутри него самого Q_тв. Расходная часть энергобаланса без учета затрат тепла на нагрев воздуха для вентиляции складывается из теплопотерь ограждений Q_огр, затрат тепла на нагрев инфильтрующегося воздуха Q_инф и нагрев транспортных средств, сырья, материалов, пос­тупающих в здание из вне с температурой отличной, чем в помещении Q_н.

Тепловыделения внутри помещения Q_тв включают ряд типовых составля-ющих: тепловую мощность осветительных приборов в помещении Q_осв;тепловыделе­ния: за счет перехода электрической и механической энергии в тепловую при работе электрических двига­телей и механизмов Q_обор, нагретых оборудования, трубопроводов Q_пов, от находящихся в помещении людей Q_л; и специфиче­ских тепловыделений Q_спец, зависящих от технологии производ-ства:остывание материалов, изделий, неплотности техно­логического оборудо-вания, испарение открытых по­верхностей воды, растворов, дыхание животных и растительной продукции и канализационные потери:

, (7.2)

В теплицах и холодильниках, а также для кондиционирования воздуха в помещениях, учитывают приход тепла за счет солнечной ради­ации.

Теплопотери через ограждающие конструкции Q_огр зависят от их площа-ди, термического сопротив­ления, разности температур внутри и вне помеще-ния и ориентации здания.

В общем тепловом балансе здания велика составляющая инфильтрацион-ных потерь [34]. Теплопотери на инфильтрацию Q_инф складывают­ся из Q_1инф - расхода теплоты на нагрев наружного воздуха, поступающего через ограждающие конст­рукции, и Q_2инф - тепловые потери из-за проникнове­ния холодного воздуха через незащищенные двери и ворота, которые пропорцио-нальны расходу холодно­го воздуха через них, и разности температур внутрен-него и наружного воздуха. Необходимо обеспечить хорошую герметичность стыков панелей, тамбуров подъездов, окон лестничных клеток.

Канализационные потери зависят от температура сточных вод, покидаю-щих здание, и температуры поступающей в него воды.

Через ограждающие конструкции зданий в атмосферу теряется большая часть тепловой энергии. На отопление и вентиляцию зданий различного назна-чения расходуется около 40% всех расходуемых топливных энергетических ресурсов. Потери тепла через наружные стены, в зависимости от высоты и конструкции строения, составляют в пределах 20 - 60% от общего расходуе-мого тепла. На долю световых проемов (окна, двери) зданий приходится около 80% всех теплопотерь здания [34]. Однослойные бетонные конструкции, кото-рые изготавливались большинством предприятий стройиндустрии, не соответ-ствуют современным требованиям энергосбережения.

Составляющие энергозатрат на отопление

Для составления теплового баланса и оценки состояния системы отопле-ния необходимо оценить значения тепловой мощности, потребляемой на отоп-ление зданий. Сравнительный анализ позволяет определить наличие "перетопа" здания и необходимость настройки его системы отопления на проектные показатели. Превышение теплопотерь в зданиях и элементах системы централизованного теплоснабжения больше проектных значений приводит к необходимости выявления причин и проведения работ по их устранению.

Нормативный расход теплоты на отопление здания рассчитывается по формуле:

(7.4)

где: β - поправочный коэффициент, учитывающий расход теплоты на по-догрев инфильтрационного воздуха; q₀ - удельные тепловые характеристики на отопление здания; α - поправочный коэффициент (принимают только для отопительной характеристики здания); V_н - отапливаемый объем здания, м³; t_в.ср - средняя температура воздуха в здании; t_н.о - температура атмосферного воздуха, принятая для данного объекта.

Инфильтрационные теплопотери

При охлаждении или обогреве зданий с помощью воздушных систем отопления большие потери, соизмеримые с расчетным теплопотреблением на отопление здания, могут возникнуть за счет инфильтрации наружного воздуха через неплотности ограждения зданий.

Потери тепла вследствие инфильтрации через тамбуры подъездов, окна лестничных клеток можно оценить с помощью термоанемометров (объемы инфильтрации) и термометров, определяющих температуру воздуха.

Сверхнормативные потери тепла через оконные блоки, стыки стеновых панелей и дефектные элементы ограждающих конструкций можно оценить с помощью инфракрасной термометрической аппаратуры (тепловизоры, инфра-красные термометры), позволяющей проводить дистанционные измерения температур исследуемых элементов здания при проведении измерений.

Энергопотребление системы вентиляции

Расход тепловой энергии на вентиляцию:

, Вт; (7.5)

где t_н = t_н.в в системах вентиляции с рециркуляцией, t_н = t_н.о - без рециркуляции; q_в - удельные тепловые характеристики на вентиляцию здания.

Доля энергопотребления вентиляционных систем в общем потреблении энергии на предприятии может быть значительной.

Энергозатраты системы горячего водоснабжения

Системы горячего водоснабжения предназначены для подачи потребите-лям горячей воды, температура которой в месте водоразбора должна быть не ниже 50 - 55°С. Расчетный среднегодовой расход тепла на горячее водоснаб-жение, соответствующий нормам СНиП, можно оценить по формуле:

, ккал/год; (7.6)

где: i - количество видов потребителей горячей воды; n_i - число потре-бителей (одного вида) горячей воды; q_cpi - средняя норма расхода горячей воды, м³/сутки; ρ_в - плотность воды, кг/м³; C - теплоемкость воды 1 ккал/(кг ° С); t _m - средняя температура горячей воды в водоразборных стояках (для жилых домов +50° С); t _х.в - температура холодной воды в водопроводе в зимний период; T_i - период потребления горячей воды в сутках.

Тепловые потери тепловых сетей отопления и ГВС

При обследовании теплотрасс проверяются следующие возможные причины потери энергии:

• Наличие плохого качества тепловой изоляции (устанавливается по фак-тическим тепловым потерям на основе расхода воды и падения температуры);

• Наличие утечек воды в теплотрассе (определяются по расходу подпиточ-ной воды, либо по балансу расхода воды в прямой и обратной трубах).

• Подтопление теплотрасс с плохой гидроизоляцией.

Особенно велики нерасчетные теплопотери в тепловых сетях с подземной прокладкой трубопроводов и высоким уровнем грунтовых вод при затоплении их дождевыми или паводковыми водами. При таком нарушении тепловой изо-ляции труб теплопотери в тепловых сетях достигают 50% и более. Потери теп-ла устраняются либо надземной прокладкой теплотрасс, либо применением изолированных труб, например, с изоляцией из пенополиуретана.

Определение потерь тепла в теплотрассах проводится по результатам приборного обследования и выполненных тепловых расчетов.

Потери тепла Q_ут, связанные с утечками воды или пара через нарушение герметичности трубопроводов и паропроводов, сальниковых узлов и прокла-док задвижек, зависят от давления в системе и определяются по формуле:

, ккал/час; (7.7)

где: ρ_в - плотность воды (1 кг/л); V_ут - объемный расход воды через неп-лотности системы, л/час; C_в - теплоемкость воды (1ккал/кг); t _г.в - температура горячей воды, ° С; t _х.в - температура холодной воды подпитки системы, ° С.

Теплопотребление внутридомовых систем отопления

На потребление тепловой энергии в здании оказывают воздействие следующие факторы: климат; теплоизоляционные характеристики здания;

режим работы системы отопления и применение систем учета и регулирования; оснащение потребителей приборами учета теплопотребления и отношение потребителей к режимам экономии.

Большинство систем отопления традиционно имеет качественное регули-рование отпуска тепловой энергии (из центральной котельной) по температуре воды, подаваемой в теплосеть. Настройка режимов работы нескольких потре-бителей значительно сложнее, чем одного дома. Необходимо настраивать пос-ледовательно дом за домом, с последующей корректировкой режимов работы тепловых узлов. Каждый дом работает со своим перепадом давления между прямой и обратной линиями. При этом наблюдается ситуация, когда одни дома перегреваются (завышены размеры дроссельной диафрагмы перед отопитель-ным узлом), а другим домам тепла не хватает. Учитывая жалобы жильцов плохо обогреваемых домов, система отопления работает большей частью в режиме "перетопа". "Перетоп" определяется тем, во сколько раз средняя тем-пература теплоносителя в системе отопления здания относительно температур в помещениях превышает проектную разницу для заданного значения темпера-туры наружного воздуха. Оценку перерасхода тепла на отопление k_пер приближенно можно определить по фактическому превышению (t_д – 18) средней температуры воды в стояках системы отопления над температурой

(t = 18°C) внутри здания по сравнению с расчетными значениями по отопитель-ному графику (t _р – 18) для заданной температуры наружного воздуха:

, (7.8)

Излишние теплопритоки сбрасывается жильцами через форточки. Рабо-тает "естественный" способ регулирования отопления, что можно зафиксиро-вать только при использовании тепловизионных приборов [34].

7.2- Направления энергосбережения в зданиях и сооружениях

Основные резервы энергосбережения лежат в сфере реконструкции зданий и тепловых сетей. Ранее построенные здания потребляют 85 - 90% тепловой энергии жилого сектора и их реконструкция может достичь большой экономии энергоресурсов. Потери тепла через оконные проемы в 4 - 6 раз выше, чем через стены. Применение двойного и тройного остекления позволит в 1,5 - 2,0 раза сократить указанные потери. При сокращении тепловых потерь через ограждающие конструкции имеется возможность экономить около 42% на отоплении и около 39% на горячем водоснабжении [20, 34].

Экономии тепла в системе отопления объектов можно достичь техническими и организационными мероприятиями:

• Переход системы отопления на режим дежурного отопления при сниженной (12 - 14°С) температуре в нерабочие смены и выходные дни для магазинов, кинотеатров и других нежилых помещений позволяет достичь 8 - 10% экономии тепловой энергии на отопление (в климатических условиях средней полосы России).

• Применение систем лучистого отопления с обогреваемыми полами и стеновыми панелями, которые создают комфортные условия при температурах 15 - 16°С. Таким образом, снижается расход топлива на 20 - 30%.

• Оборудование квартир индивидуальными средствами регулирования температуры и учета расхода тепла на отопление.

Традиционные решения для уменьшения потерь энергии в вентиляционных системах:

• Создание переходных камер на дверях (тамбуров).

• Установка автоматической системы включения воздушных завес при открытии дверных проемов.

• Уплотнение строительных ограждающих конструкций здания.

• Герметизация вентиляционных воздуховодов (уменьшение расхода воздуха, тепла и потребляемой мощности электродвигателем привода вентилятора).

• Отключение вентиляции в ночные и нерабочие периоды.

• Применение местной вентиляции.

• Применение систем частотного регулирования двигателей вентиляторов вместо регулирования заслонкой. Установка частотного регулятора имеет срок окупаемости до 1,5 - 2 лет при широком диапазоне регулирования расхода воздуха через вентиляционную систему и значительной доле времени работы с подачей 50% и менее от максимального рабочего значения.

• Уменьшение потерь давления вследствие снижения скорости воздуха в воздуховодах (при увеличении внутреннего диаметра воздуховода в два раза, скорость воздуха снижается в четыре раза, а потери давления уменьшаются на 75%. Удвоение скорости потока воздуха в 4 раза увеличивает необходимое давление, создаваемое вентилятором, и в 8 раз потребляемую им мощность).

• Согласование рабочих характеристик вентилятора с характеристикой вентиляционной системы при подборе передаточного отношения привода вентилятора.

• Очистка воздушных фильтров для уменьшения их гидравлического сопротивления.

• Организация рекуперации теплоты в количестве не менее 50% теплоты удаляемого воздуха.

Эффективность работы систем горячего водоснабжения зависит, главным образом, от соблюдения гидравлического и теплового режимов, применяемых средств регулирования на переменных режимах. Основными причинами нарушений гидравлического режима являются:

• уменьшение давления воды в водопроводе ниже требуемого;

• увеличенное сопротивление водонагревательных установок;

• завышенные напоры циркуляционных насосов при установке их на циркуляционных трубопроводах квартальных сетей горячего водоснабжения;

• недогрев воды в водонагревательных установках, в результате которого повышается водоразбор, что приводит к увеличению потерь давления;

• нечеткое управление работой хозяйственных насосов и отсутствие надежных средств автоматического управления;

• неисправности запорной арматуры на трубопроводах системы горячего водоснабжения.

Основными причинами нарушения теплового режима в системах горячего водоснабжения являются:

• недогрев воды водонагревательными установками в результате уменьшения коэффициента теплопередачи из-за образования накипи, либо понижения температуры сетевой воды ниже минимально допустимой, либо неправильного включения секций водонагревателя по греющей воде, либо неисправностей или некачественной наладки регуляторов температуры и расхода воды;

• гидравлическая разрегулировка систем горячего водоснабжения, которая вызывается пониженным сопротивлением секционных узлов системы или циркуляционных колец отдельных зданий;

• потери воды вследствие утечек в разводящей системе.

Переодически необходимо проводить анализ состояния внутридомовых инженерных систем. При проведении анализа состояния внутридомовых инженерных систем следует учитывать:

• наличие перетопа или недотопа здания или его частей;

• наличие непрогреваемых и плохопрогреваемых стояков, подводок к отопительным приборам;

• способы удаления воздуха из системы стояков;

• наличие на элементах системы отопления и горячего водоснабжения ржавых подтеков, заваренных свищей, хомутов;

• наличие отложений на внутренней поверхности труб в системах отопления, горячего и холодного водоснабжения;

• соответствие расходов холодной и горячей воды местным нормативам;

• наличие утечек горячей и холодной воды через арматуру;

• наличие приборов учета и регулирования расходов тепла, горячей и холодной воды.

Насосы являются основным элементом систем водоснабжения. От их правильного подбора, эффективного регулирования в течение суток зависит как экономия потребляемой электрической энергии, так и перерасход воды через неплотности системы и потребителем вследствие превышения давления перед водоразборными кранами. Резервы экономии электроэнергии оцениваются по величине потерь напора на насосных станциях при дросселировании избыточного давления на задвижках после насосов и у потребителя, по продолжительности работы насосов в неэкономичных режимах.

Анализ эффективности работы насоса при снижении подачи меньше номинального значения показывает, что при малых расходах увеличиваются удельные затраты электрической энергии на подачу 1 м³ воды вследствие снижения КПД насоса. Необходимо при малой подаче переходить на использование насосов с меньшей производительностью либо использовать аппаратуру частичного регулирования скорости насосов [34].

7.3- Мероприятия по энергосбережению в конструкциях зданий и сооружений

Мероприятия по энергосбережению в конструкциях зданий и сооружений достаточно многообразны и зависят от конкретной ситуации с энергопотреб-лением на объекте [20, 31].

Повышение сопротивлени теплопередачи наружных ограждений

Применение энергетически и экономически целесообразного сопротив-ления теплопередачи наружных ограждений при строительстве и дополните-льного утепления наружных стен при реконструкции зданий. Мероприятие предназначено снижения тепловых потерь здания за счет улучшения его теплозащитных свойств и применения эффективных теплоизоляционных материалов. Наиболее эффективна теплозащита стен с наружной стороны. Применяют напыление утеплителя (раствора пенопласта, пенополиуретана), наклейку плиточного утеплителя (пенополистирола), либо обивку теплоизо-ляционным материалом.

Устройство вентилируемых наружных стен

Мероприятие предназначено для повышения уровня тепловой защиты

наружных стен. В стенах вблизи наружной поверхности устраивают вертика-льные щелевые каналы шириной 2…3 см, через которые под воздействием естественной тяги проходит наружный воздух. В холодный период воздух нагревается от внутренней стены и подается в помещение. В теплый период каналы перекрываются заслонками и превращаются в замкнутые воздушные прослойки, которые увеличивают термическое сопротивление стены и препятствуют нагреву ограждения. Энергосбережение достигается за счет возврата в помещение части теряемой теплоты от наружных ограждений в зимнее время и увеличения сопротивления теплопередачи наружного ограждения летом.

Тепловая защита наружной стены в месте установки отопительного прибора

Мероприятие предназначено для снижения тепловых потерь от наружных ограждений (стены), к которым прилегают отопительные приборы. Отопитель-ные приборы обычно устанавливаются у наружных стен. При этом температура внутренней поверхности стены за прибором выше, чем в остальной части, что приводит к увеличению теплового потока и является причиной повышенных тепловых потерь через ограждения. При установке отопительных приборов в нише стенка за прибором тоньше, а ее сопротивление теплопередачи меньше, чем у стены без ниш, что еще больше увеличивает потери теплоты через ограждающие конструкции.

Для снижения тепловых потерь за счет лучистого теплообмена необхо-димо установить защиту в виде экрана с низкой степенью черноты. Для

снижения тепловых потерь за счет теплопроводности необходимо установить теплоизоляционный слой с низким коэффициентом теплопроводности на участке всей ниши наружной стены.

Установка дополнительного (тройного) остекления

Мероприятие предназначено для сокращения воздухопроницаемости и

увеличения сопротивления теплопередачи оконных блоков. Двойные окна в спаренных и раздельных переплетах имеют малое сопротивление теплопере-дачи, что приводит к дискомфорту в помещении и большим тепловым потерям. Устанавливают дополнительное стекло. Между стеклами возможно расположе-ние солнцезащитных жалюзи, а на стеклах теплопоглощающих и теплоотражающих пленок.

Устройство вентилируемых окон.

Мероприятие предназначено для сокращения воздухопроницаемости и

увеличения сопротивления теплопередачи оконных блоков. Снижение потерь теплоты осуществляется при использовании тройных вентилируемых окон. Возможно два варианта таких окон: принудительное удаление воздуха, прошедшего через окна, в воздуховоды вытяжной естественной вентиляции и удаление нагретого воздуха в атмосферу. В теплый период движущийся воздух охлаждает нагретые стекла и переплеты, уменьшая теплопоступления снаружи внутрь помещения. В холодный период года через вентилируемое окно проходит удаляемый воздух из помещения, а окно служит теплоизолятором от холодного наружного воздуха. Температура стекла, обращенного в помещение, повышается, а тепловые потери через остекление снижаются. Энергосбережение достигается за счет увеличения сопротивления теплопередачи.

Применение теплопоглощающего и теплоотражающего остекления

Мероприятие предназначено для сокращения теплопоступлений в поме-щения от солнечной радиации. Теплопоглощающие стекла имеют металличес-кую основу с коэффициен-том пропуска тепловых лучей 0,3…0,75. При поглощении тепловых лучей, в том числе и солнечного излучения, стекло нагревается, что приводит к образованию естественных восходящих конвективных потоков между стеклами. Теплоотражающие стекла покрывают селективными или полимерными пленками на металлической основе, которые отражают тепловые лучи. Теплоотражающее стекло устанавливают всегда снаружи, при этом внутреннее простое стекло (без пленки) нагревается меньше. В этом случае естественная конвекция между стеклами дестабилизирована, а воздушная прослойка служит теплоизолятором, так как передача теплоты через оконный блок осуществляется только за счет кондуктивной теплопроводности воздуха.

В вечернее время пленка отражает в помещение искусственный свет. В холодный период года отражающее стекло уменьшает тепловые потери через окна. Применение теплоотражающих стекол позволяет снизить теплопоступ-ления и затраты энергии на системы кондиционирования на 15…20 %. Наилучшие результаты получаются при покрытии стекла золотом, наносимым распылением при глубоком вакууме.

7.4- Мероприятия по энергосбережению в системах отопления и вентиляции воздуха в зданиях

Направлениями энергосбережения в системах отопления, вентиляции и кондиционирования в зависимости от назначения здания могут быть организа-ционные мероприятия по использованию тепла и внедрение энергосберегаю-щих технических средств [31].

Периодический режим работы системы отопления

Периодический режим работы системы отопления применяют в зданиях, используемых для работы неполные сутки и дни недели, в которых допускает-ся снижение температуры внутри помещений в нерабочее время. В суточном цикле работы системы отопления можно выделить три характерных промежут-ка времени:

• основной рабочий режим, когда в помещении поддерживаются номинальные параметры температуры и влажности;

• дежурный режим, когда после основного режима система отопления

поддерживает в помещении пониженную температуру;

• режим форсированного нагрева помещения, в течение которого система отопления переводится на быстрый разогрев помещения после охлаждения.

В недельный цикл, когда в не рабочие дни в течение полных суток может поддерживаться сниженная температура в помещении. Но в результате некото-рого охлаждения помещения понижается не только температура воздуха внутри него, но и температура ограждений. Нагрев ограждений и внутреннего воздуха к началу нового рабочего дня требует времени и дополнительной мощности. Продолжительность и темп нагрева помещения зависят от:

- термического сопротивления наружных ограждений;

- теплоотдачи от источника системы отопления к воздуху помещений и от него к поверхности ограждений;

- температурного напора в дежурном и рабочем режиме, а также перепада температур наружного воздуха.

В форсированном режиме необходима большая мощность источника тепла, в отличие от отопления в рабочем режиме, так как теплота при нагреве расходуется на восполнение потерь и разогрев ограждений и воздуха до требуемого уровня.

Работа систем периодического отопления поддается автоматизации и

программному управлению поддержания необходимого температурного режима. На случай резкого понижения температуры наружного воздуха в помещениях устанавливают датчики температуры внутреннего воздуха. По сигналу от них включается система отопления в форсированном режиме.

Экономия энергии тем больше, чем продолжительнее период охлаждения. Для уменьшения продолжительности форсированного нагрева следует увели-чивать термическое сопротивление ограждений, максимально интенсифици-ровать теплоотдачу приборов отопления к ограждениям, применяя, например, направленные струи воздуха или источники лучистой энергии, направленные на ограждения.

Отопление помещений теплотой рециркуляционного воздуха

Теплота рециркуляционного воздуха помещения может использоваться для нагрева этого же помещения. Нагретый воздух забирается из верхней зоны помещения, фильтами очищается от пыли, влаги и вредных газов и по воздуховодам нагнетается обратно в помещение или в теплообменник, через который содержащаяся в воздухе теплота подается в отопительную систему. Энергосбережение обеспечивается за счет утилизации теплоты удаляемого воздуха.

Системы воздушного отопленияи (охлаждения)

Системы воздушного отопления или охлаждения применяют для жилых, общественных, производственных, хранилищ сельскохозяйственной продук-ции, в которых функции отопления или охлаждения совмещаются с вентиля-цией. В системах воздушного отопления или охлаждения возможна полная или частичная рециркуляция воздуха. Воздух для отопления нагревается в калориферах горячей водой, паром, горячим воздухом или другим теплоноси-телем. Воздух для охлаждения проходит через холодильную машину. Процесс интенсификации тепломассообмена может осуществляться путем подачи нагретого воздуха по специальным каналам через воздухораспределительные решетки в помещение или камеру хранения для смешивания с внутренним воздухом или подачи нагретого или холодного воздуха во внутренние каналы, окружающих помещение, нагревая или охлаждая при этом стенки помещения.

Охладившийся или нагревшийся воздух по другим каналам возвращается в калорифер для повторного нагрева (охлаждения) или выбрасывается частично в атмосферу. Таким образом, воздушная система может быть с полной рециркуляцией, когда воздух полностью возвращается для повторного исполь-зования, или частичной рециркуляцией, когда воздух частично выбрасывается в атмосферу и частично повторно используется. Системы воздушного отопления фактически являются комбинированными системами.

Преимущества воздушных систем: обеспечение равномерности темпера-туры по объему помещения, возможность очистки и увлажнения воздуха, отсутствие отопительных приборов в помещении. Недостатки воздушных систем: большие поперечные сечения воздуховодов по сравнению с трубами водяного и парового отопления, меньший радиус действия по сравнению с теми же системами, потери теплоты при недостаточной теплоизоляции воздуховодов.

Для снижения энергетических затрат на подогрев наружного воздуха

возможно использование регенеративных теплообменников, позволяющих

утилизировать теплоту вытяжного воздуха. В воздушных системах сокраща-ются потери теплоты за счет отсутствия радиаторных ниш – участков наруж-ных ограждений. Энергосбережение при применении воздушных систем достигается и за счет автоматизации системы при малой теплоемкости воздуха, а также за счет возможного поддержания в не рабочее время в помещении более низкой температуры воздуха и быстром нагреве помещения перед началом рабочего дня.

Устройство воздушных завес

Воздушные завесы устанавливают при входе, у открытых проемов в

общественных и промышленных зданиях и сооружениях, цехах, животновод-ческих фермах, механических мастерских, торговых центрах, магазинах, в многоэтажных жилых зданиях при часто открывающихся входных дверях или со значительными по площади воротами. Мероприятие направлено на сниже-ние затрат теплоты на нагрев воздуха, поступающего через входы, въезды и проемы. Применяют комбинированные воздушно-тепловые завесы с тамбуром и без него, а забор воздуха осуществляется из помещения или снаружи.

Воздушная завеса состоит из двух, симметрично расположенных пар, вер-

тикальных воздухораспределительных стояков, установленных внутри поме-щения. Внутренняя пара стояков, расположенная ближе к помещению,

подает подогретый (до 60 °С) в калориферах воздух, а наружная пара стояков подает не подогретый воздух, забираемый из помещения. При закрытых воротах наружная пара стояков отключается, а внутренняя завеса работает в режиме отопления. При открывании ворот к работе подключается и наружная пара стояков. Энергосбережение достигается за счет снижения потребности в теплоте на нагрев приточного воздуха и затрат электроэнергии на его перемещение.

Система отопления помещений с применением газовых инфракрасных излучателей

Система предназначена для обогрева рабочих мест производственных и вспомогательных помещений; помещений и конструкций на открытых и полуоткрытых площадках в процессе строительства зданий и сооружений; систем снеготаяния, на кровлях зданий и сооружений, животных на фермах и растений в теплицах.

Отопительными приборами служат горелки инфракрасного излучения. В горелке используется газ низкого давления с предварительным смешением газа и воздуха, а температура излучающей поверхности достигает 850 °С. При такой температуре около 60 % теплоты, выделяющейся при сгорании газа, передается излучением в виде инфракрасных (тепловых) лучей. Энергосбере-жение достигается за счет уменьшения отапливаемого объема помещения, отсутствия перегрева верхней зоны помещения, малой тепловой инерции и применения автоматического управления.

Таким образом, направления обследования зданий для разработки энергсберегающих мероприятий состояти в следующем: ограждающие конструкции здания, система отопления, система вентиляции, система горячего водоснабжения, вентиляторы и насосы, освещение, система охлаждения, порядок эксплуатации и обслуживания.

Документом, отражающим энергетические параметры здания, является энергетический паспорт гражданского здания- документ, содержащий геометрические, энергетические и теплотехнические характеристики зданий и проектов зданий, ограждающих конструкций и устанавливающий соответствие их требованиям нормативных документов.

В паспорте и на самом здании указывается к ласс энергетической эффективности многоквартирного дома, построенного, реконструированного или прошедшего капитальный ремонт и вводимого в эксплуатацию, а также подлежащего государственному строительному надзору. Класс определяется органом государственного строительного надзора.

Класс энергетической эффективности эксплуатируемых многоквартирных домов устанавливается по данным измерения фактического нормализованного потребления тепловой энергии на отопление и вентиляцию за отопительный период.

Класс энергетической эффективности при сдаче законченного строительством здания в эксплуатацию устанавливается согласно энергетическому паспорту по проектной документации.

Класс энергетической эффективности эксплуатируемых зданий (A, B, B+, B++,C, D, E) устанавливается по данным измерения фактического нормализованного потребления тепловой энергии на отопление и вентиляцию за отопительный период.

Указатель класса энергетической эффективности многоквартирного дома выполняется из погодоустойчивого материала и представляет собой квадратную пластину размером 300x300 мм. На лицевой стороне поверхности пластины у верхнего края заглавными буквами выполняется надпись “КЛАСС ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ”. В центре пластины размещается заглавная буква латинского алфавита (A, B, C, D, E) высотой 200 мм, обозначающая класс энергетической эффективности, к которому относится в данный момент эксплуатируемое многоэтажное здание. В нижней части пластины заглавными буквами дается качественная характеристика присвоенного класса: очень высокий (A), высокий (B, B+, B++), нормальный (C), низкий (D), очень низкий (E). Цвет шрифта черный, цвет лицевой стороны указателя белый.

7.5- Автоматическое регулирование потребления тепла в зданиях

Потребность отдельных зданий в тепле зависит от внешней температуры воздуха, направления ветра, солнечной радиации, внутренних тепловых про-цесссов в здании и других факторов [21]. Добиться постоянного соответствия подводимого количества тепла изменяющимся реальным потребностям- задача системы управления подачей тепла в тепловые приборы потребителя.

Многие задачи регулирования потребления тепла затрагивают лишь небольшие участки теплопотребления, например помещение, где установлена одна или несколько радиаторных батарея. В таких простых условиях можно использовать простые приборы - регуляторы прямого действия (без использо-вания для их работы внешней энергии). Пропорционально действующие регу-ляторы могут использоваться для управления температурой, давлением и расходом теплоносителя. Они встаиваются непосредственно в контур отопле-ния у батареи. Терморегулятор – прибор для автоматического поддержания заданной температуры с необходимой точностью. Уставку необходимой температуры делает потребитель на корпусе регулятора.

Эффективность работы системы отопления и вентиляции можно значи-тельно увеличить, если, используя математическое моделирование теплового поведения здания, осуществить оптимальное управление системами, основан-ное на использовании ЭВМ и комплекса соответствующих технических и программных средств. Рассмотрим этот подход к регулированию на примере примения микропроцессорного регулятора (контроллера), функциональная схема которого приведена на рисунке 7.1 [37].

Ко входам в зависимости от их типа подключаются датчики, которые контролируют следующие параметры: Т_нар — температура наружного воздуха; Т_обр — температура обратной воды, возвращаемой в теплоцентраль; Т_отоп — температура воды в контуре отопления; Т_ГВС — температура воды в контуре горячего водоснабжения (ГВС). Для регулирования температуры в контурах отопления и горячего водос-набжения применяются два пропорционально-интегрально-дифференциальных регулятора- ПИД-регулятора. Первый ПИД-регулятор управляет запорно-регулирующим клапаном КЗР_топ. для поддержания температуры в контуре отопления и защиты от превышения температуры обратной воды. Второй ПИД-регулятор управляет КЗР_ГВС для подержания температуры в контуре горячего водоснабжения.

Рисунок 7.1- Функциональная схема автоматического управления теплоснабжением на базе микропроцессорного регулятора (контроллера)

Регулирование температуры в контуре отопления осуществляется в соот-ветствии с отопительным графиком, а защита системы от превышения темпе- ратуры обратной воды — с графиком температуры обратной воды. Графики отображают линейную зависимость температуры теплоносителя в контуре отопления Т_{уст.отоп} и температуры обратной воды Т_обр.max от температуры нару-жного воздуха Т_нар. Оба графика могут быть построены и от температуры прямой воды Т_прям, в этом случае вместо датчика Т_нар должен быть подключен датчик Т_прям, установленный в подающем трубопроводе.

Регулирование температуры по отопительному графику Т_{уст.отоп} = f(T_нар) или Т_{уст.отоп} = f(T_прям), в зависимости от контролируемого на входе параметра, прибор вычисляет температуру уставки Т_{уст.отоп} и поддерживает ее с помощью запорно-регулирующим клапаном КЗР_отоп. Управление КЗР_отоп осуществляется по ПИД-закону регулирования, что позволяет поддерживать заданную температуру с необходимой точностью.

Переключения прибора в ночной режим работы происходит при замыка-нии внешних контактов датчика «день-ночь». При этом отопительный график сдвигается на заданную величину пользователем, значение которой указыва-ется при программирования прибора. Контроль температуры обратной воды осуществляется по графику Т_обр.max = f(T_нар) или Т_обр.max = f(T_прям), в зависимости от контролируемого на входе параметра. В случае превышения максимально допустимого значения Т_обр.max прерывает регулирование температуры в контуре отопления и понижает температуру обратной воды до значения (Т_обр.max– Δ). После снижения температуры обратной воды до допустимых пределов продолжается регулирование температуры в контуре отопления по отопительному графику.

Температура, поддерживаемая в контуре ГВС (Т_ГВС), задается пользовате-лем при программировании прибора. С помощью реле прибор управляет положением запорно-регулирующего клапана КЗР_ГВС по температуре уставки Туст._ГВС..

Контрольные вопросы к главе 7.

1. Перечислите системы жизнеобеспечения здания.

2. Перечислите виды потерь энергии в здании.

3. Охарактеризуйте составляющие энергетического баланса здания.

4. Дайте определение инфильтрационным потерям здания.

5. Каков основной путь снижения тепловых потерь в панельных зданиях?

6. Охарактеризуйте преимущества и недостатки лучистого отопления.

7. В чем заключается физическая сущность тройного остекления?

8. Когда целесообразно использовать периодический режим работы системы отопления?

9. Перечислите мероприятия по энергосбережению в здании.

10. Поясните суть автоматического регулирования потребления тепла в здании.

Дата добавления: 2015-11-26