Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и выбор направлений исследования 17
1.1. Уровень и структура удельного теплопотребления в строительстве 17
1.2. Проблемы рационального использования энергетических ресурсов при эксплуатации зданий 19
1.3. Целесообразность раздельного нормирования уровня удельного теплопотребления жилых и общественных зданий 25
1.4. Энергетическая паспортизация зданий 28
1.5. Эффективность децентрализации теплоснабжения 29
Выводы по главе 1 30
Глава 2. Оценка энергетической эффективности и потенциала энергосбережения существующих общественных зданий на основе анализа типовых проектов 33
2.1. Методика расчёта потребности здания в тепловой энергии на отопление в течение отопительного периода 33
2.2. Определение уровня удельного теплопотребления существующих общественных зданий 37
2.3. Определение мер по снижению удельного теплопотребления существующих общественных зданий до уровня, требуемого современными нормами 46
Выводы по главе 2 53
Глава 3. Разработка математической модели и методики расчёта нормативов удельного теплопотребления на отопление общественных зданий 54
3.1 Анализ существующей математической модели энергетической эффективности объёмно-планировочных решений жилых зданий 54
3.2. Оценка показателей компактности зданий различной формы 57
3.3. Разработка обобщённой математической модели для анализа энергетической эффективности объёмно-планировочных решений зданий сложной конфигурации 63
3.4. Обоснование нормативов удельного потребления тепловой энергии на отопление общественных зданий на примере климатических условий г. Саратова 70
Выводы по главе 3 . 76
Глава 4. Системная оптимизация теплопотребления при децентрализованном теплоснабжении зданий от автономных источников 77
4.1. Общая постановка задачи с разработкой приближённой математической модели 78
4.2. Уточнение математической модели с учётом зависимости удельных капвложений в автономный теплоисточник от установленной мощности 86
4.3 Алгоритм итерационного расчёта 89
4.4. Пример практического использования разработанной методики 90
Выводы по главе 4 93
Глава 5. Разработка "пакета прикладных программ для расчёта энергетических паспортов жилых и общественных зданий" 94
5.1. Электронный энергетический паспорт здания 94
5.2. Краткое описание пакета прикладных программ 96
5.3. Содержание электронных форм энергетических паспортов пакета прикладных программ 98
5.4. Методики расчёта вентиляционных воздухообменов для различных категорий жилых и общественных зданий 100
5.5. Методики расчёта бытовых теплопоступлений для различных категорий жилых и общественных зданий 108
5.6. Контроль теплотехнических и энергетических показателей. 113
Выводы по главе 5 115
Выводы и заключение 117
Внедрение и эффективность результатов исследования 119
Литература 120
Приложения 131
- Проблемы рационального использования энергетических ресурсов при эксплуатации зданий
- Определение уровня удельного теплопотребления существующих общественных зданий
- Разработка обобщённой математической модели для анализа энергетической эффективности объёмно-планировочных решений зданий сложной конфигурации
- Уточнение математической модели с учётом зависимости удельных капвложений в автономный теплоисточник от установленной мощности
Введение к работе
Актуальность работы: ежегодно в России расходуется около 365 млн. т у.т. тепловой энергии, из которых на жилищно-коммунальное хозяйство приходится 117 млн. т у.т. (из них 78% на отопление), на промышленность 197 млн. т у.т., на сельское хозяйство 11 млн. т у.т. и 40 млн. т у.т. расходуют сельские здания. Очевидно, что здания потребляют около 43% тепловой энергии. Для сравнения в западных странах здания потребляют 20-22% тепловой энергии. И этот показатель характерен не только для стран с относительно тёплым климатом, но и для стран сопоставимых по климатическим условиям с Россией, таких, например как Швеция и Финляндия. Значительное превышение потребления тепловой энергии зданиями в России по сравнению с западными странами обуславливается существовавшей, до недавнего времени, несовершенной нормативно-технической базой строительства и, как следствие, низким уровнем теплозащиты ограждающих конструкций зданий, нерациональными архитектурно - планировочными решениями, отсутствием энергосберегающего инженерного оборудования, средств автоматизации и учёта теплоты, и другими факторами.
Основным показателем эффективности использования энергии на отопление является удельный расход топлива на 1м2 площади отапливаемых помещений. Сопоставление этого показателя с наилучшими значениями, достигнутыми в других странах, близких России по климатическим условиям, позволяет констатировать у нас 2 - 2,5 кратный перерасход энергии в этой сфере. В целом по России расходы на отопление составляют 55 кг у.т./(м2-год) и на горячее водоснабжение 19 кг у.т./(м2-год), то есть в сумме 74 кг у.т./(м -год). Для сравнения: здания в ФРГ расходуют 34 кг у.т./(м -год), Швеции и Финляндии по 18 кг у.т./(м2-год).В настоящее время перерасходы теплоты на отопление жилых и общественных зданий относительно необходимых энергозатрат по разным оценкам составляют от 111 до 153%.
12 Вышеизложенное свидетельствует о том, что в существующих зданиях имеются большие резервы экономии топлива и тепловой энергии, реализовать которые можно только на основе методов системного анализа и оптимизации. Настоящая работа посвящена решению проблемы сокращения потребления тепловой энергии на отопление общественных зданий.
Основные разделы представленной работы были выполнены в соответствии со следующими планами и программами:
по гранту Министерства образования России за 1998-2000 годы, код ГАСНТИ 44.09.29 раздел С-096 "Экономия топлива и тепловой энергии", направление 06 "Методы экономии природного газа в децентрализованных системах теплоэнергоснабжения", проект "Разработка методов экономии природного газа при создании децентрализованных источников и систем энергоснабжения промышленных предприятий и населённых пунктов";
в рамках программы Министерства образования России за 2000 год "Научное, научно-методическое, материально-техническое и информационное обеспечение системы образования", подпрограмма 013 "Разработка и реализация федерально-региональной политики в области науки и образования", тема СГТУ-245 (2324) "Разработка регионального отраслевого руководящего документа по оценке теплотехнических характеристик и технико-экономическому обоснованию усиления теплозащиты ограждающих конструкций зданий и сооружений общеобразовательных учреждений".
в рамках той же программы и подпрограммы 013 за 2000 год, по теме СГТУ-246 (2310) "Разработка типовой методики комплексных энергетических обследований объектов образовательных учреждений";
в рамках "Губернаторской программы энергосбережения в Саратовской области на 1998-2005 годы", утверждённой постановлением Правительства № 33-П от 30.04.98 по тематическому плану Министерства строительства и архитектуры Саратовской области за 1999 год, тема "Разработка территориальных строительных норм энергетической эффективности жилых и обществен-
13 ных зданий ТСН-23-305-99".
Цель диссертационной работы: теоретическое обоснование и разработка методики повышения энергоэффективности и нормирования теплопо-требления общественных зданий.
Задачи исследования:
Оценка эффективности действующих норм и фактического уровня удельного теплопотребления общественных зданий на основе анализа типовых проектов;
Разработка обобщённой математической модели для анализа энергетической эффективности и оптимизации объёмно-планировочных решений общественных зданий сложной конфигурации;
Теоретическое обоснование нормативов удельного потребления тепловой энергии на отопление общественных зданий в климатических условиях г. Саратова;
Обоснование принципов и разработка методики системной оптимизации теплопотребления в автономной энергосистеме "здание - теплоисточник" при децентрализованном теплоснабжении.
Разработка прикладных программ к расчёту энергетических паспортов различных категорий общественных зданий с учётом предложенных нормативов удельного теплопотребления;
Научная новизна:
Предложена математическая модель и получена расчётная зависимость для обоснования нормативов удельного теплопотребления на отопление зданий общественного назначения, имеющих сложную конфигурацию;
Обоснованы нормативы удельного теплопотребления зданий общеобразовательных школ, учитывающие специфику расчёта вентиляционных воздухообменов, бытовых теплопоступлений, оптимальную конфигурацию зданий и рационально дифференцированные по этажности;
Разработана методика системной оптимизации теплопотребления
14 зданий при децентрализованном теплоснабжении от автономного источника.
Разработаны алгоритмы расчёта показателей энергоэффективности различных категорий общественных зданий, использованные при создании "Пакета прикладных программ к расчёту энергетических паспортов жилых и общественных зданий";
Разработан ряд локальных методик для расчёта элементов энергетического паспорта, в том числе: методика расчёта вентиляционных воздухо-обменов, бытовых теплопоступлений, методика определения экономии условного топлива от реализации энергосберегающих мероприятий;
Практическую ценность имеют следующие результаты работы:
Разработанный и внедрённый в практику всех проектных организаций г. Саратова "Пакет прикладных программ к расчёту энергетических паспортов жилых и общественных зданий" (приложение к ТСН 23-05-99 СарО).
Предложенные в работе нормативы удельного потребления тепловой энергии на отопление общественных зданий, позволяющие сократить удельное теплопотребление общественных зданий на 7,5-^-12,5% в зависимости от этажности.
Реализация результатов: "Пакет прикладных программ к расчёту энергетических паспортов жилых и общественных зданий" прошёл государственную вневедомственную экспертизу Госстроя в территориальном управлении Главгосэкспертизы России по Саратовской области (Заключение № 01-14/46 от 17.03.2003) и утверждён приказом №106 Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Саратовской области от 20.05.2003г. в качестве обязательного приложения к территориальным строительным нормам ТСН 23-305-99 СарО "Энергетическая эффективность в жилых и общественных зданиях. Нормативы по теплозащите зданий". Пакет используется в качестве обязательного приложения к ТСН при проектировании, строительстве, экспертизе проектных решений, реконструкции и капитальном ремонте жилых и общественных зданий всеми проектными и изыскательскими
15 организациями Саратовской области.
Апробация работы: основные результаты работы докладывались и обсуждались на: научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов по итогам научно-исследовательской и учебно-методической работы за 2002 год (Саратов, СГАУ, январь 2003 г.); четвёртой Российской научно-технической конференции "Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности" (Ульяновск, УлГТУ, апрель 2003 г.); всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных "Энер-го- и ресурсосбережение и нетрадиционные возобновляемые источники энергии" (Екатеринбург, УГТУ-УПИ, декабрь 2003 г.); ежегодных научно-технических конференциях и научных семинарах кафедры "Теплогазоснаб-жение и вентиляция СГТУ (Саратов, 2000-2004 гг.) и кафедры "Промышленная теплотехника" (Саратов, 2003-2004 гг.)
Публикации: результаты исследований опубликованы в 9 печатных работах.
На защиту выносятся:
Обобщённая математическая модель для анализа энергетической эффективности и оптимизации теплопотребления зданий сложной конфигурации.
Научно - обоснованные нормативы удельного потребления тепловой энергии на отопление общественных зданий в климатических условиях г. Саратова, учитывающие специфику расчёта вентиляционных воздухооб-менов, бытовых теплопоступлений, оптимальную конфигурацию зданий и позволяющие дополнительно сократить удельное теплопотребление общественных зданий относительно уровня, установленного ТСН, на 7,5-42,5% в зависимости от этажности.
Методика системной оптимизации теплопотребления при децентрализованном теплоснабжении зданий от автономного источника.
4. Пакет прикладных программ к расчёту энергетических паспортов различных категорий общественных зданий, содержащий 15 типов электронных таблиц, учитывающих специфику зданий различного назначения.
Проблемы рационального использования энергетических ресурсов при эксплуатации зданий
Значительная доля энергии, вырабатываемой в мире, расходуется на обеспечение комфортных условий жизни и деятельности населения в жилых и общественных зданиях. В глобальном масштабе по данным ЕЭК ООН на здания жилого сектора и сферы обслуживания с учётом горячего водоснабжения и бытовых нужд приходится около 35% потребления тепловой энергии. При этом эксперты считают, что эксплуатационное энергопотребление составляет свыше 90% всего энергопотребления в строительном секторе. Расходы энергии на производство материалов составляют около 6 %, а на перевозку материалов и строительство зданий не превышают 2% [51, 114].
По данным [46, 63] в России годовое потребление тепловой энергии составляет около 365 млн. т у.т., из которых жилищно-коммунальное хозяйство потребляет 117 млн. т у.т. (из них 78% на отопление), промышленность 197 млн. т у.т., сельское хозяйство 11 млн. т у.т. и 40 млн. т у.т. потребляют сельские здания. Очевидно, что здания потребляют около 43% тепловой энергии. Для сравнения в западных странах здания потребляют 20-22% тепловой энергии. И этот показатель характерен не только для стран с относительно тёплым климатом, но и для стран сопоставимых по климатическим условиям с Россией, более того в таких странах как Швеция и Финляндия, где продолжительность отопительного периода и уровень средней за отопительный период температуры наружного воздуха близки к нашим достигнуты наилучшие показатели по сокращению затрат топлива на теплоснабжение зданий.
В России затраты топлива на выработку тепловой энергии с каждым годом существенно увеличиваются. Так, по данным [7] на ввод в эксплуата-цию в 1990 году 140 млн. м жилых зданий и 50 млн. м производственных зданий потребовалось 10,7 млн. т у.т., в 1995 году с увеличением объёмов жилищного строительства до 208 млн. м2 и при прежнем уровне строительства производственных зданий дополнительная потребность в топливе составила уже около 14 млн. т у.т. Расчёты показывают, что ежегодная потребность в топливе на обеспечение эксплуатации вновь вводимых зданий составляет около 40% годового прироста энергоресурсов.
Основным показателем эффективности использования энергии на отопление является удельный расход топлива (теплоты) на 1м площади отапливаемых помещений. Сопоставление этого показателя с наилучшими значениями, достигнутыми в других странах, близких России по климатическим условиям, выполненное В.Н. Богословским, Ю.А. Матросовым, И.Н. Бутовским, Ю.А. Табунщиковым [7, 11, 12, 19, 20, 39, 43, 44, 45, 46] и рядом других авторов [26, 30, 38, 90, 103], позволяет констатировать у нас 2 - 2,5 кратный перерасход энергии в этой сфере. В целом по России расходы на отопле-ние составляют 55 кг у.т./(м -год) и на горячее водоснабжение 19 кг у.т./(м -год), то есть в сумме 74 кг у.т./(м -год). Для сравнения: здания в ФРГ расходуют 34 кг у.т./(м -год), Швеции и Финляндии по 18 кг у.т./(м год).
Приведённые выше данные указывают на необходимость в структурном изменении потребления тепловой энергии и необходимость в мероприятиях по энергосбережению в зданиях. Такой вывод также нашёл отражение в решениях Правительства РФ по вопросам энергосбережения - федеральный закон "Об энергосбережении" №28-ФЗ от 03.04.96 г., федеральная целевая программа "Энергосбережение России", принятая постановлением Правительства РФ №80 от 24.01.98 г., постановление Правительства РФ №1087 от 02.11.95 г. "О неотложных мерах по энергосбережению" и федеральная целевая программа "Энергосбережение России" на 1998-2005 годы, утверждённая постановлением Правительства РФ № 80 от 24.01.98г. и др.[33, 51, 107].
В практике строительства и эксплуатации отечественных зданий и сооружений в недалёком прошлом был узаконен непроизводительный расход энергетических ресурсов на поддержание необходимых параметров микроклимата их внутренних объёмов. Устойчивости этого состояния способствовал ряд факторов.
Одной из основных причин существенного перерасхода энергии на отопление как жилых, так и общественных зданий, явилось несовершенство действовавшей до недавнего времени нормативной базы строительства, устанавливавшей явно заниженные нормативные значения сопротивлений теплопередаче ограждающих конструкций [13, 17, 18, 34, 42, 47, 71, 73, 75]. Динамика изменения требуемых сопротивлений теплопередаче ограждающих конструкций жилых и общественных зданий, рассчитанных в соответствии с отечественными строительными нормами разных лет применительно к климатическим условиям г. Саратова, показана в табл. 1 приложения 1. Анализ данных этой таблицы подтверждает существование в период с 1933 по 1996 год неуклонной тенденции на постепенное снижение требований к уровню теплозащиты, а, следовательно, - и к теплотехнической эффективности проектных решений зданий.
Наивысшие темпы строительства в нашей стране наблюдались в 1970ч-90е годы. Требуемые сопротивления теплопередаче, рассчитанные для климатических условий г. Саратова по действовавшим в это время нормам СНиПа "Строительная теплотехника", составляют:
Определение уровня удельного теплопотребления существующих общественных зданий
Для зданий с эффективным использованием энергии вопрос о соответствии теплотехнических параметров возведённого объекта проектным приобретает особое значение [16, 28, 94]. В связи с этим в настоящее время нормативными документами федерального и регионального уровня [89, 97] предлагается для каждого строящегося здания, а также и для существующих зданий составлять энергетический паспорт. Энергетический паспорт должен содержать: общестроительные данные о геометрии и ориентации здания; климатические характеристики района строительства; данные о системах поддержания микроклимата помещений и источниках поступлений тепловой энергии в здание; проектные данные о теплозащите здания и энергетические параметры. На основании этих исходных данных уже на стадии предпроект-ной проработки могут быть вычислены планируемые показатели энергопотребления и удельные расходы топлива на отопление данного здания в выбранной системе энергоснабжения. После годового периода эксплуатации в паспорт заносятся результаты испытаний фактического энергопотребления здания, после чего производится сопоставление проектных и эксплуатационных теплозащитных и энергетических характеристик с присвоением зданию категории энергетической эффективности. Присвоение категории определяет возможность получения соответствующих финансовых льгот (льготное налогообложение, кредитование, дотации и др.) [49]. Таким образом, энергетическая паспортизация направлена на введение в действие механизма экономического стимулирования энергосбережения. Кроме того, она дает возможность для объективной оценки качества сравниваемых объектов на рынке не 29 движимости. Однако, как показывает трёхлетний опыт энергетической паспортизации всех строящихся объектов на территории Саратовской области, расчёты теплоэнергетических показателей при составлении энергетического паспорта требуют значительных трудозатрат, связанных с большим объёмом вычислительных операций и в большинстве случаев вызывают серьезные затруднения у проектировщиков особенно при проектировании общественных зданий [77]. Поэтому в настоящее время актуальной прикладной задачей, имеющей важное практическое значение, является задача унификации и типизации методик расчёта энергетического паспорта с разработкой на основе этих методик электронной версии пакета прикладных программ для полностью автоматизированного компьютерного определения результирующих теплоэнергетических показателей, учитывающих специфику различных категорий общественных зданий. Решение этой задачи выбрано в качестве второго направления исследований в настоящей работе.
В последние годы, в связи со значительным ростом тарифов на отпускаемую тепловую энергию, многие потребители отказываются от централизованного теплоснабжения от ТЭЦ и крупных районных котельных, и вкладывают средства в создание собственных автономных теплоисточников. При этом выбор теплопроизводительности оборудования при проектировании собственных котельных принимается исходя из расчётного теплопотребле-ния, которое имел данный объект при подключении к тепловой сети. Однако такой подход к решению этого вопроса нельзя считать экономически обоснованным. Как показывают технико-экономические расчёты, при переходе на автономное теплоснабжение в ряде случаев оказывается гораздо выгоднее вкладывать часть средств в усиление теплозащиты объекта, получая при этом не только экономию капитальных вложений, связанных со снижением стоймости принимаемого к установке теплоисточника, но и имея дополнительное ежегодное сокращение эксплуатационных издержек за счет снижения тепло-потребления. Последнее особенно актуально для общественных зданий, многие из которых принадлежат образовательным или медицинским госбюджетным организациям, испытывающим серьёзные затруднения при расчётах за потребляемую теплоту в условиях постоянно растущих тарифов на тепловую энергию [29, 62, 68, 93].
Аналитическое решение задачи оптимизации теплопотребления зданий при децентрализованном теплоснабжении от автономных энергоисточников возможно на основе математического моделирования с использованием современных методов системного анализа. Использование этой методики при переводе объектов на децентрализованное теплоснабжение позволит достигать максимальной финансовой эффективности проекта.
Поэтому теоретическое обоснование и разработка обобщённой методики комплексной оптимизации параметров автономной энергосистемы "здание - теплоисточник", выбрано в качестве третьего направления исследований в настоящей работе. 1. Более 90% от общего энергопотребления строительного сектора приходится на долю эксплуатационного энергопотребления зданий, поэтому одним из наиболее эффективных путей решения проблемы энергосбережения является усиление теплозащиты и улучшение эксплуатационных характеристик зданий. 2. В нашей стране значительную часть общественных зданий составляют образовательные учреждения, детские сады, больницы, поликлиники. Финансирование этих учреждений осуществляется из государственного бюджета, следовательно, сокращение затрат на их отопление является важной и актуальной задачей. 3. Для достижения уровня удельного энергопотребления отечественных зданий, сопоставимого со среднеевропейским, необходимо иметь поэлементные нормативы теплозащиты ограждающих конструкций не менее, чем в 1,5 раза большие среднеевропейских. 4. Однако поэлементное нормирование не может обеспечить наиболее рационального решения проблемы энергосбережения. Для решения этой проблемы целесообразно применить системный подход, охватывающий всю цепь энергоснабжения от источника, вырабатывающего энергию, до потребителя. Такой подход позволит оценить потребление энергии в целом и определить эффективность энергосберегающих мероприятий. 5. Системный подход использован при разработке введённых в действие в течение последних лет территориальных строительных норм (ТСН) для ряда регионов России. Общим недостатком ТСН (в том числе и Саратовской области) является то, что общественные и жилые здания по уровню теплопо-требления объединены в одну группу, в то время как общественные здания отличаются от жилых по целому ряду показателей, влияющих на результирующие теплоэнергетические характеристики. 6. Анализ энергопотребления различных категорий общественных зданий с учётом их специфики, а также обоснование нормативов удельного теплопотребления на отопление этих зданий является основным направлени ем исследования в данной работе. 7. Одной из важнейших позиций в реализации программы повышения энергоэффективности является энергетическая паспортизация зданий. Наиболее рациональным представляется составление энергетического паспорта в электронном виде, что позволит применять более сложные и точные компьютеризованные методы расчёта и банки данных, существенно сократить трудоёмкость, а также унифицировать расчёты, исключив субъективный фактор. Разработка пакета типовых программ для составления электронных энергетических паспортов различных категорий общественных зданий является крайне актуальной задачей. Решение этой задачи имеет как научное, так и практическое значение.
Разработка обобщённой математической модели для анализа энергетической эффективности объёмно-планировочных решений зданий сложной конфигурации
Объёмно-планировочные параметры типовых проектов, необходимые для расчётов теплоэнергетических показателей, определены по планам зданий [91] и приведены в приложении 2 - табл. 1, 2, 3.
Рассчитанные, по формуле (2.11), для каждого типового проекта значения удельных расходов тепловой энергии приведены в приложении 2 - табл. 4, 5, 6.
Для анализа полученных результатов рассмотрим зависимости удельных расходов тепловой энергии системой отопления здания от величины строительного объёма и от этажности. Для этого построим графики этих зависимостей. При построении графиков используем данные расчёта по типовым проектам зданий общеобразовательных учреждений, как наиболее многочисленные. Графики зависимости удельных расходов тепловой энергии от строительного объёма зданий школ приведены на рис.2.1, а графики зависимости удельных расходов тепловой энергии от этажности зданий школ на рис.2.2.
Как видно из графика рис. 2.1 (Кривая І), в рассмотренных зданиях общеобразовательных школ, с увеличением строительного объёма теплопо-тери снижаются. Так для различных зданий школ с величинами строительного объёма от 10 до 40 тыс.м3 средняя величина удельного теплопотребления
q (взяты средние значения для зданий с объёмом от 10 до 15 тыс.м3, от 15 до 25 тыс.м , от 25 до 30 тыс.м и от 30 до 40 тыс.м ) снижается с 481 до 430 кДж/м -С-сут., то есть на 10,5%. Из этого же графика, на котором этажность показана цифрами, проставленными около соответствующих точек, видно, что в интервале изменения объёма от 5 до 20 тыс.м3 показатели удельного теплопотребления двухэтажных зданий в основном расположены выше средней линии а трёхэтажных - в основном ниже. Аналогичная картина наблюда-ется в интервале изменения объёма от 20 до 40 тыс.м для трёх- и четырёхэтажных зданий соответственно. Таким образом, видно, что уровень удельного теплопотребления рассмотренных типовых зданий зависит от двух основных факторов строительного объёма и этажности.
Далее рассмотрим следующий график с зависимостью удельного расхода тепловой энергии от этажности. Анализ этого графика показывает, что здания школ большей этажности имеют меньший уровень удельного теплопотребления на отопление, независимо от величины строительного объёма. Так средний показатель удельного расхода тепловой энергии на отопление трёхэтажных зданий ниже того же показателя для двухэтажных зданий на 10%, а разница между четырёх- и трёхэтажными составляет величину порядка 12%. В сумме разница между двух- и четырёхэтажными зданиями составляет уже 22%, то есть при том же увеличении строительного объёма зданий с 10 до 40 тыс. м средняя величина удельного теплопотребления снижается на величину в 2 раза большую по сравнению с первым рассмотренным вариантом.
Из приведённых результатов анализа графиков - рис. 2.1 и рис 2.2 следует, что увеличение объёма здания приводит к сокращению потерь тепла через ограждающие конструкции. При этом увеличение объёма здания за счёт этажности более эффективно по сравнению с увеличением объёма за счёт длины или ширины корпуса здания. То есть, оптимально подобранные при проектировании объёмно - планировочные параметры здания позволяют в процессе эксплуатации существенно сократить затраты тепла на его отопление. до уровня требуемого современными нормами
Полученные по формуле (2.11) величины удельных расходов тепловой энергии qes для существующих зданий общеобразовательных школ, детских садов, больниц и поликлиник существенно выше введённых в действие в 2000 году в Саратовской области нормативных значений [97]. Для доведения уровня удельного теплопотребления этих зданий до требуемого нормами необходимо проводить энергосберегающие мероприятия.
Снижения потребления тепловой энергии уже существующих зданий можно добиться путём установки системы автоматического регулирования теплопотребления (для тех зданий в которых она отсутствует) и усилением теплозащиты наружных ограждающих конструкций [32, 61]. Для общественных зданий наиболее простой, с технической точки зрения вариант, который необходимо реализовать в первую очередь, это установка системы автоматического регулирования теплопотребления, которая позволит использовать существующие в здании, помимо системы отопления, внутренние источники теплоты.
При наличии системы автоматического регулирования часть тепловой энергии, теряемой через ограждающие конструкции здания, компенсируется поступлениями теплоты от людей и различного оборудования, находящегося в здании, и от солнечной радиации, поступающей через светопрозрачные конструкции. Поэтому в данном варианте теплопотребления при расчёте потребности в тепловой энергии на отопление здания необходимо учитывать теплопоступления от солнечной радиации Qs и бытовые теплопоступления Qint от людей и оборудования, то есть расчёт производится по формуле (2.1). Теплопоступления в здание от солнечной радиации определяются по приведённой выше формуле (2.9), а бытовые теплопоступления по формуле (2.7) с учётом величины бытовых тепловыделений на 1 м2 отапливаемой площади здания qint- Источниками внутренних тепловыделений в зданиях общеобразовательных учреждений, детских садов, поликлиник и больниц являются люди, технологическое оборудование и искусственное освещение. Таким образом, удельные бытовые тепловыделения для всех перечисленных типов зданий определяются по следующей формуле
Уточнение математической модели с учётом зависимости удельных капвложений в автономный теплоисточник от установленной мощности
На основе анализа 49 типовых проектов получены данные по уровню удельного теплопотребления существующих общественных зданий нескольких типов: зданий общеобразовательных учреждений, детских дошкольных учреждений, больниц, поликлиник.
Установлено, что удельное теплопотребление зависит от типа здания и этажности. Величина удельного теплопотребления зданий снижается с возрастанием этажности. Разница в уровне удельного теплопотребления между зданиями одинакового назначения, но разной этажности ориентировочно составляет 10%;
Средний уровень удельного теплопотребления существующих общественных зданий (по типовым проектам до 1996 года) составляет 462,2 кДж/(м2-С-сут.), что в 1,9 раза выше ныне действующих нормативов. Следовательно, все здания, построенные по рассмотренным типовым проектам, нуждаются в проведении энергосберегающих мероприятий
Определены необходимые перечни энергосберегающих мероприятий для доведения удельного теплопотребления существующих общественных зданий каждой категории до уровня, требуемого современными нормативными документами.. Минимально-необходимые меры это установка системы авторегулирования теплопотребления на абонентском вводе, усиление теплозащиты перекрытий первого и последнего этажей, и замена двойного остекления на тройное;
Проведён анализ норм удельного теплопотребления, установленных ТСН 23-305-99 Саратовской области, в результате которого доказана нерациональность объединения в одну группу, по уровню удельного теплопотребления, общественных зданий от одного до трёх этажей и обоснована целесообразность пересмотра действующих нормативов удельного теплопотребления для общественных зданий.
С введением в ряде регионов нашей страны территориальных строительных норм энергетической эффективности зданий, а также Федерального свода правил [89] появилась возможность реализации потребительского подхода к нормированию процессов теплопотребления зданий различного назначения. Этот подход позволяет заменить поэлементное нормирование теплозащиты отдельных ограждающих конструкций нормированием по результирующим удельным расходам теплоты на отопление всего здания.
Совершенно очевидно, что энергетическая эффективность потребительского подхода определяется строгостью научного обоснования установленных нормативов удельного теплопотребления для различных категорий зданий. Однако в ТСН 23-305-99 СарО, также как и в территориальных нормативах других регионов, нормы расхода тепловой энергии на отопление, рассчитанные для жилых зданий [73], используются одновременно для нормирования теплопотребления некоторых категорий общественных зданий, в частности, - общеобразовательных учреждений. При этом не учитываются индивидуальные особенности общественных зданий как по величине бытовых тепловыделений, так и по коэффициентам остеклённости фасадов, ограничению этажности, объёмно-планировочным решениям, нормам вентиляционного воздухообмена и ряду других факторов, влияющих на результирующие эксплуатационные энергозатраты. Следовательно, установленные нормы не позволяют в полной мере реализовать имеющиеся резервы энергосбережения некоторых категорий общественных зданий.
Как показывает анализ [10, 15, 59, 70], уровень затрат тепловой энергии на отопление зданий при прочих равных условиях может быть существенно понижен в результате оптимизации объёмно-планировочных решений. При обосновании норм теплопотребления, установленных ТСН Саратовской области, оптимизация была произведена для отдельно стоящих жилых зданий, имеющих форму параллелепипеда. В качестве основной исходной предпосылки при этом использовалось уже упомянутое в главе 2 выражение (2.1), определяющее требуемый расход тепловой энергии на отопление здания за отопительный период Q, МДж.
Формула (3.1) использовалась для расчёта и обоснования нормативов удельного теплопотребления на отопление жилых зданий при разработке территориальных строительных норм Саратовской области.
Основной отличительной особенностью общественных зданий является то, что их форма, в большинстве случаев, далека от формы идеального параллелепипеда. Кроме того, для ряда категорий зданий введены ограничения по этажности. В частности, предельно допустимая этажность общеобразовательных школ, в соответствии с [82], ограничена четырьмя этажами, а детских садов - двумя. Всё это приводит к тому, что в отличие от жилых - общественные здания, как правило, имеют небольшую высоту и сложную конфигурацию в плане. Следовательно, ни формула (3.1), ни рассчитанные с её помощью показатели удельного теплопотребления не могут использоваться для нормирования теплопотребления общественных зданий сложной формы. В настоящей главе приводится методика получения расчётной зависимости для обоснования нормативов удельного теплопотребления на отопление, специально разработанная применительно к зданиям общественного назначения сложной конфигурации.
