close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Энергоэффективность проектируемых зданий

код для вставкиСкачать
Р.Д. ОКТЯБРЬСКИЙ, Е.А. СТАРЖИНСКИЙ, В.Н. ИЛЬИНЕЦ учебное пособие
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования «Государственная Академия профессиональной переподготовки и повышения квалификации руководящих работников и специалистов инвестиционной сферы» (ГОУ ДПО ГАСИС)
Р.Д. Октябрьский, Е.А. Старжинский, В.Н. Ильинец ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОЕКТИРУЕМЫХ ЗДАНИЙ
учебное пособие
Москва – 2008
Р.Д. Октябрьский, Е.А. Старжинский, В.Н. Ильинец
«Энергоэффективность проектируемых зданий»,
учебное пособие, М. ГАСИС, 2008 г.
В пособии рассмотрены методология выбора энерго- ресурсосберегающих решений при проектировании объектов городской застройки и основные принципы энергосберегающей стратегии. Приведены нормативно-правовые документы и организационно-процедурные мероприятия, отражающие энергосберегающие подходы при проектировании зданий. Показаны инновационные технологии и инженерные решения по снижению расхода тепло- энергоресурсов в зданиях и системах энерго-тепло- водоснабжения и климатизации. Дан анализ влияния энергосберегающих мер на экологическую обстановку и экологию жилища.
Предназначено для руководящих работников и специалистов строительного и энергетического профиля, повышающих квалификацию в ГАСИС.
Одобрено Научно-методическим советом ГОУ ДПО ГАСИС и рекомендовано для слушателей Академии по программе обучения «Инженерные сети, системы и оборудование зданий и населённых мест»
Рецензент: Заслуженный деятель науки и техники РФ, д.т.н., профессор Аверьянов В.К.
R. Oktyabrsky, E. Starzhincky, V. ILINES « The decrease of the energy consumption in projected buildings». The manual. M. GASIS, 2008
In the manual are considered the methodology of selection of the energy savings solutions at designing of objects of urban building and main principles of the energy savings strategy. The normative-legal documents reflecting the energy savings approaches in construction and operation of objects of municipal economy are indicated. The engineering and organizational measures for a decrease of expenditure of power resources in buildings and in engineering systems (heat-supply, water-supply and ventilating) are shown. The analysis of influence of the energy savings measures on ecological conditions is given.
Is intended for the specialists of a construction and power profile raising qualification in Academy.
1. Ресурсосберегающие принципы проектирования объектов строительства
Известно, что любая техническая система (или объект в целом) имеет свой жизненный цикл. Он состоит из этапов: проектирование, изготовление, возведение (монтаж), пуско-наладка, эксплуатация, ремонты, реконструкция и, наконец, ликвидация или консервация. На 1-м этапе закладываются все основные параметры системы (объекта). На всех последующих этапах (кроме этапа реконструкции) эти параметры, как правило, могут только ухудшиться. Причем, на этапе эксплуатации (наиболее длительном периоде жизненного цикла) проявляются все последствия ошибок в проекте, дефектов изготовления и возведения (монтажа). Поэтому по-прежнему актуальны авторский надзор (проектировщика) и техническое сопровождение со стороны заказчика на всех этапах жизненного цикла, начиная с проектного задания на проектирование и технико-экономического обоснования проекта. 1.1. Составляющие технического уровня объекта (системы) и современная технология выбора проектных решений
Рассмотрим здание с системами жизнеобеспечения как объект, потребляющий энергию и другие ресурсы. В рыночных условиях возрастает заинтересованность всех участников инвестиционно- строительного цикла в создании объекта, отвечающего современному техническому уровню. Для проектной организации, представляющий проект на конкурсной основе, это представляется одной из главных задач.
Понятие “технический уровень” объекта включает две составляющие (рис.1.1):
качество функционирования, состоящее из способности поддержания заданных (нормативных) параметров среды (в том числе микроклимата и санитарно-гигиенических условий), надежности эксплуатации, безопасности, экологичности, удобства пользования и обслуживания; ресурсоемкость в сфере монтажа и эксплуатации: в натуральных показателях - удельные затраты энергии, материалов и труда (т.е. энергоемкость, материалоемкость и трудоемкость) или в стоимостных показателях (годовые суммарные, приведенные или эксплуатационные затраты).
Как правило, качество функционирования задается в виде требований нормативных документов (СНиП, ГОСТ и др., а в ближайшей перспективе – требованиями технических регламентов, национальных стандартов и стандартов организаций). Эти требования всегда подлежали обязательному выполнению. Ресурсоемкость же - свойство переменное и практически зависит от опыта, квалификации и творчества исполнителей и авторов проекта, т.е. здесь при проектировании имеется больше степеней свободы. И хотя в условиях рыночных отношений на первое место выдвигаются потребительские свойства, все же заказчику (потребителю) небезразлично, какой ценой достигается заданное нормативное качество. Таким образом, с одной стороны задается качество функционирования, с другой - имеется возможность обеспечить его с разной ресурсоемкостью (с разной степенью затрат в сфере производства и, особенно, при эксплуатации).
Следует отметить, что в последние годы в нормативные документы вводятся ограничения по энергоемкости (расходу энергоресурсов).
Чтобы запроектировать объект (систему) с наименьшей ресурсоемкостью требуется иметь (рис.1.1):
нормативную базу;
банк данных - информационный массив технических решений, конструкций, схем, оборудования и технологий; такой банк данных обычно имеет каждая проектная организация и пополняет его новыми решениями, используя в качестве источников выставки, конференции, контакты с головными научно-исследовательскими и проектными институтами; современные информационные технологии (например, Web-страницы производителей и фирм-поставщиков в Интернете,) и др.
инструмент выбора и обоснования решений (методы и методики расчета, математические или физические модели и т.д.).
В процессе принятия решений наибольшие трудности возникают при его обосновании. Это характерно не только для проектной, но и для любой профессиональной деятельности. На схеме (рис.1.1) показаны два метода (подхода) обоснования проектного решения: расчетно-эмпирический и программное моделирование.
Первый основан на действиях проектировщика «по аналогии» с прежними наработками, с помощью личного опыта, интуиции и здравого смысла, с применением простейших расчетов по существующим методикам и нормативам. Как правило, при выборе проектных решений используется этот традиционный метод, который можно условно назвать «расчетно-эмпирическим».
Второй метод представляет собой моделирование физических процессов в программной реализации. В области техники и технологии, как правило, все процессы поддаются формализации, т.е. описанию функциональными зависимостями или системами уравнений (выбору и построению моделей). Многие разработчики современного инженерного оборудования зданий предлагают свои программы подбора и расчета не только самих устройств, но и тепло- массообменных и аэро-гидродинамических процессов, происходящих при их применении.
Следует отметить особенности современного подхода к обоснованию решений, в числе которых: переход к количественным критериям оценок, т.е. к оценкам в каких- либо удельных, вероятностных и других показателях или в единицах измерения (физических, экономических, финансовых), в крайнем случае - к оценке по балльной системе;
использование принципов системного анализа;
учет воздействия (влияния) случайных факторов и случайных событий. 1.2. Область возможных решений
Существует определенная область возможных решений. Ее условно можно изобразить замкнутой фигурой на плоскости, например, эллипсом (рис. 1.2). Эта область ограничена рамками законов и других нормативно-правовых актов, полномочиями должностных лиц, техническими и физическими возможностями, моральными принципами и т.д. Внутри области существуют три зоны: ошибочных (т.е. недопустимых), зона допустимых решений и зона оптимальных решений (две последние можно назвать зонами объективных решений). Так называемые «нестандартные решения», как правило, лежат на границе области (на границе зоны допустимых или оптимальных решений). К ошибочным (в глобальном масштабе) относятся все несбалансированные решения. Они порождают: дефициты, долгострой, кризисы, банкротства, чрезвычайные ситуации, загрязнение ОС и т.д. При этом, цена ошибки зависит от должностного уровня лица, принимающего решение. Примеры несбалансированности: несоответствие между затратами на безопасность и возможным ущербом, между капитальными и эксплуатационными затратами (низкая окупаемость), между производственной необходимостью и экологическими требованиями, между спросом и предложением (дефицит или перепроизводство товаров), и т.д. Ошибки или упущения в строительном проекте могут приводить после его реализации к нарушению расчетных параметров, к повышению эксплуатационных затрат, к снижению долговечности объекта или его элементов, к возрастанию числа технических отказов, к функциональным (аварийным) отказам, к техногенным чрезвычайным ситуациям и т.д.
Причины ошибочных решений обычно заключаются в :
недостаточности исходной информации или ее необъективности, искаженности, несоответствии реалиям (поэтому целесообразно принимать решения вблизи источника информации);
недостаточной компетенции или недостаточном профессионализме должностных лиц, принимающих решение;
пренебрежении системным анализом, т.е. методологией изучения процесса с общих, а не с частных (иногда - сиюминутных) позиций.
Все приемлемые рациональные решения находятся в зоне допустимых решений. В эту зону можно попасть, используя «расчетно-эмпирический» метод. В достаточно сложных системах (процессах) многофакторные связи во времени и пространстве могут быть трудно обозримы, а результаты (последствия) принятого решения не очевидны. В связи с чем, при использовании только одного расчетно-эмпирического метода не исключена опасность попадания в зону ошибочных решений.
Более эффективным на современном этапе является сочетание указанного способа с моделированием физических процессов (т.е. использование обоих методов). Оптимальное решение - это наилучшее в смысле поставленной цели, т.е. с позиций выбранного критерия (целевой функции). Попадание в зону оптимальных решений возможно при использовании моделей с оптимизацией, либо простым перебором условий, исходных данных и других параметров, что по-существу является «машинным экспериментом», позволяющем выявить оптимальное решение на стадии разработки технического задания и технико-экономических обоснований.
Поиск оптимального решения при математическом моделировании ведется в следующей последовательности:
1). Разработка критерия оптимизации (целевой функции).
Достижение любой цели связано о определенными затратами. Поэтому часто в качестве критерия оптимизации принимаются либо затраты, либо полезный эффект, либо соотношение: полезный эффект-затраты (этот критерий часто называют «эффективностью»).
Критерии могут быть как желательные (прибыль, производительность, надежность), так и нежелательные (затраты, простои оборудования, энерго-ресурсоемкость, ущерб). Выбор критерия является ответственным этапом задачи и не всегда простым.
Некоторые критерии, к числу которых можно отнести ресурсоемкость, содержат противоречивые требования. Например, уменьшение диаметра трубопровода или воздуховода, т.е. снижение материалоемкости, приводит к повышению энергетических затрат на перемещение теплоносителя (из-за увеличения гидравлического сопротивления). В данном случае переход к стоимостной форме критерия в виде приведенных годовых затрат позволяет уравновесить эти противоречия.
Известны случаи ошибочного выбора критерия. Например, при стремлении снизить металлоемкость трубопроводов за счет уменьшения толщины стенок труб, выбранный критерий в виде отношения M/D (где М - масса 1-го погонного метра трубы в кг, D-диаметр трубы, м ) не учитывает сокращение долговечности труб из-за возможной коррозии. В данном случае выбор критерия металлоемкости в виде отношения М/D  (где  - срок службы трубопровода, год), т.е. с учетом временного фактора, не позволил бы допустить этой ошибки. Следует стремиться к выбору одного критерия. Однако, в принципе задача может быть многокритериальной. Имеются способы сведения многих критериев к одному. Один из них - с помощью составного критерия, представляющего аддитивную функцию где: хi - критерий с порядковым номером от 1 до К ( К - число критериев);
xim - нормирующая величина данного критерия (эталонное значение), принимается максимально возможным (например, из технического задания), т.е. всегда xim  хi ;
i - коэффициент весомости i-ого критерия ( i =1).
Если у какого либо критерия наибольшее значение является наихудшим, то данное слагаемое в аддитивной функции принимается со знаком минус.
2). Разработка математической модели, т. е. формализация задачи виде функциональных связей или системы уравнений, а также формализованный критерий оптимизации (целевую функцию). 3). Выбор метода оптимизации, разработка алгоритма и программы, отладка ее, проведение пробных расчетов, проверка модели на адекватность и анализ результатов.
На этапах проектирования и эксплуатации зданий возникает много частных задач, подлежащих оптимизации. Разработке методических подходов выбора оптимальных решений при проектировании зданий и инженерных систем жизнеобеспечения посвящен ряд работ [37,59]. Ряд решений локальных производственно-энергетических задач оптимизации выполнен кафедрой ИСБ ГАСИС в разные годы [25]. Это задачи по поиску оптимальных сроков замены оборудования, трассировки инженерных коммуникаций и диаметров воздуховодов, оптимальных типоразмеров котлов, распределения тепловых нагрузок между котлоагрегатами котельной, местоположения источника теплоэнергии, оптимальной поверхности нагрева теплообменников и отопительных приборов при использовании вторичного тепла (ВЭР), оптимального уровня теплоизоляции теплопроводов наружной теплосети при различных видах прокладки, оптимального резерва расходных материалов, запчастей оборудования и т.д. В указанных задачах критериями оптимизации служили приведенные затраты и в отдельных случаях - энергетические затраты.
При возрождающемся многовариантном проектировании на конкурсной основе предпочтительным будет проект с оптимизацией технических решений.
1.3. Учет влияния случайных факторов и событий при обосновании проектных решений
На функционирование объектов (систем) влияют неблагоприятные случайные события и факторы. К их числу относятся техногенные и природные чрезвычайные ситуации (ЧС): производственные аварии, функциональные (аварийные) отказы, стихийные бедствия, загрязнение окружающей среды и т.д. Потенциальную опасность таких событий принято называть риском и оценивать вероятностными показателями. При проектировании опасных, особо сложных, уникальных и других объектов, обозначенных в Градостроительном кодексе, предписано оценивать эти риски, предусматривать меры по их снижению и по предупреждению ЧС. Помимо названных неблагоприятных событий, случайную природу имеют многие исходные параметры и факторы, закладываемые или учитываемые в строительных проектах и нормативах. Это - климатические параметры, подверженные сезонным и случайным колебаниям, механические и энергетические нагрузки, сроки строительства, эксплуатационные расходы ресурсов, внезапные технические отказы систем и оборудования, случайные отклонения от заданных свойств строительных конструкций и т.д. Учет случайного характера этих факторов выполнен в нормативных документах (СНиП). Например, расчетные параметры наружного климата принимаются с заданной обеспеченностью (вероятностью не нарушения), расчет прочности конструкций выполняется с коэффициентов запаса, учитывающем случайные отклонения нагрузок и прочностных свойств. В последнее время стали нормировать показатели надежности систем (например, в СНиП «Тепловые сети») с целью снизить риск функциональных отказов.
В инфраструктуре города или микрорайона существует опасность незапланированных потерь какого-либо ресурса у населения (времени, здоровья, трудозатрат, энергии, сырья, финансов и т.д.). Угрозу таких случайных событий обозначим как «риски нереализованных ожиданий».
Они могут выражаться в виде рисков неудовлетворенного спроса, отказа в различных услугах, потери времени в очередях, опозданий на мероприятия, несвоевременного оказания помощи пострадавшему при транспортной аварии или тяжело больному, несвоевременному прибытию пожарных или спасательных служб на место события и т.д. Задачи по снижению или оптимизации подобных рисков возникают перед проектировщиками при разработке технического задания на проектирование, при технико-экономическом обосновании проектных решений, при разработке проектов организации строительства, В частности, при проектировании городской застройки (микрорайона, жилого квартала), необходимо учитывать транспортные, медицинские, продовольственные, коммунально-бытовые и другие потребности населения, т.е. предусмотреть такие технические, технологические и организационные решения в городской инфраструктуре, которые снижали бы указанные риски, не создавали бы значительных очередей и обеспечивали реализацию услуг и помощь населению в кратчайшие сроки. При разработке ТЗ на проектирование и ТЭО микрорайона города (или жилого квартала), требуется задать инфраструктуру: число поликлиник, больниц, бригад скорой помощи, мастерских, магазинов, предприятий питания, бытового обслуживания, транспортных средств (в том числе - общественного транспорта), число автозаправок и пр. При этом можно воспользоваться нормативами на 1000 жителей, однако они имеют свойство быстро устаревать, т.к. спрос на услуги со временем меняется. Требуется, с одной стороны, свести потери ресурса людей к минимуму, с другой – не допустить значительного простоя обслуживающих структур. Суть проблемы состоит в том, что спрос на обслуживание (требования, заявки), а также длительность обслуживания, носят случайный характер (являются случайными потоками). Таким образом, условия жизнедеятельности, в том числе безопасность населения (пожарная, медицинская, продовольственная, энергетическая, транспортная и т.д.), связаны с рассматриваемой категорией риска.
В помощь проектным организациям и службам эксплуатации промпредприятий и ЖКХ на кафедре ИСБ ГАСИС выполнены разработки [23] по учету влияния случайных факторов, по методическим подходам к анализу и оценке риска. Рассмотрены практические задачи, возникающие перед проектировщиками, работниками эксплуатационных служб, должностными лицами, ответственными за нормальное функционирование систем жизнеобеспечения города.
Выводы по главе 1
1. Все основные параметры объекта (системы) закладываются на первом этапе его жизненного цикла, т.е. при его проектировании. Проектируемый объект должен соответствовать современному техническому уровню, включающему две составляющие: качество функционирования и ресурсоемкость. Первая – задается нормативными требованиям и подлежит обязательному выполнению, вторая имеет больше степеней свободы (меньше ограничений) и во многом зависит от опыта и профессионализма исполнителей проекта.
2. Наиболее ответственным и сложным при принятии любого решения, в частности при выборе проектных решений, является его обоснование. Современные требования к обоснованию решений включают необходимость применения количественных показателей оценок, использование принципов системного анализа и учет воздействия (влияния) случайных факторов и случайных событий. Существует область возможных решений, ограниченная рамками нормативно-правовыми актами, техническими и физическими возможностями, полномочиями должностных лиц, моральными принципами и т.д. Эта область условно можно разделить на зону ошибочных, допустимых и оптимальных решений. Задача исполнителей проекта – исключить попадание в первую зону.
3. Алгоритм выбора и обоснования проектных решений содержит нормативную базу, банк технических решений и современного оборудования, методы и методики расчета, в том числе в программной реализации. Для достижения наилучших результатов целесообразно использовать методы и программы, позволяющие моделировать процессы тепло-массообмена в воздушной среде здания и тепло-гидро-аэродинамические процессы в инженерных системах, а также оптимизировать технические решения по выбранным критериям. Такое обоснование будет иметь приоритет при оценке проекта на конкурсной основе. 4. Требования по безопасности проектируемых объектов, прописанные в настоящее время в ряде нормативных документов, а в дальнейшем – в технических регламентах (по мере их принятия), заставляют учитывать воздействие случайных неблагоприятных факторов и событий в процессе эксплуатации объектов (систем), т.е. анализировать техногенные, природные и другие риски, связанные с людскими и ресурсными потерями. Методические подходы по оценке рисков с примерами аналитического расчета при строительном проектировании приведены в учебном пособии кафедры [23].
2. Общая стратегия энергосбережения
Известно, что уровень жизни населения, как правило, зависит от удельного внутреннего валового продукта страны (ВВП на душу населения), а уровень энергопотребления также связан с ВВП. Считается, что чем больше удельное энергопотребление, тем больше удельный ВВП и тем выше уровень жизни населения страны. При достижении некоторого критического уровня ВВП (примерно 18000 дол. на человека) население чувствует себя комфортно.
По данным статистического анализа СО РАН [4], приведенным на графике (рис.2.1), видно, что один и тот же высокий уровень жизни (или ВВП) может быть достигнут при разных уровнях энергопотребления. Например, Япония и Канада имеют примерно одинаковый удельный ВВП, но различное удельное энергопотребление. Это свидетельствует о том, что в Японии внимание энергосбережению уделяется значительно больше, чем в Канаде.
Россия на этом графике пока занимает достаточно скромное место и по удельному ВВП (8000 дол. на чел. ), и по уровню энергопотребления (6000 т.у.т на чел.). Это еще раз подтверждает имеющийся весьма большой потенциал по снижению расхода энергоресурсов в нашей стране. В стратегическом плане проблема энергосбережения включает три направления: нормативно-правовое, технологическое и организационно-процедурное. Нормативно-правовое направление охватывает законодательную базу, технические регламенты, стандарты, строительные, санитарные и экологические нормы, а также - постановления Правительства РФ, федеральные и целевые программы, ведомственные документы. Это направление рассмотрено в главе 3. К технологическому направлению относятся современные достижения в технике, технологиях и оборудовании, обеспечивающих снижение расхода энергоресурсов (рассмотрено в главе 5). Следует отметить, что все имеющиеся научные разработки, проектные, конструктивные и технологические решения, направленные на снижение расхода энергоресурсов при производстве (преобразовании), перемещении и потреблении энергии, по существу можно свести к 4-м группам мероприятий:
1. Устранение сверхнормативных потерь.
2. Сведение неизбежных потерь к минимуму. Это возможно благодаря новым разработкам и внедрению прогрессивных технических решений, технологий, оборудования, материалов, совершенствованию традиционных источников энергии, применению различных изобретений и know-how. 3. Повторное использование сбросной тепловой энергии (утилизация тепла). 4. Применение нетрадиционных источников (видов) энергии, в том числе использование природного тепла.
Первая группа мероприятий требует наименьших затрат, окупается быстрее, поэтому ее следует считать первоочередной. Организационно-процедурное направление включает экспертизу проекта на энергоэффективность, авторский надзор, техническое сопровождение, энергоаудит объекта, паспортизация и т.д. (рассмотрено в главе 6).
Потери энергоресурсов могут быть фактическими, нормативными и оптимальными. В идеале фактические потери должны совпадать с нормативными, а нормативные соответствовать оптимальным (в данном случае - минимуму потерь). В действительности фактические потери часто больше нормативных из-за различного рода дефектов, несоблюдения технологических режимов и т.д. В свою очередь, нормативные потери далеко не всегда имеют оптимальное (минимальное) значение, хотя упомянутые в пункте 2 достижения научно-технического прогресса (НТП) позволяют их постепенно снижать. Поэтому нормативы потерь или нормы расхода ресурса периодически пересматриваются в сторону уменьшения. А разность между фактическим расходом и оптимальным представляет собой резерв экономии энергоресурсов.
Как известно, при внедрении достижений НТП целесообразно привлечение не только отечественных, но и западных технологий и технических решений, а также использование научно-производственного потенциала конверсии ВПК. Для той же цели необходима подготовка кадров по эксплуатации инженерно-технических систем нового поколения.
2.1. Глобальные критерии энергоэффективности и энергоемкость отечественной продукции
Эффективность использования энергии является одним из индикаторов научно-технического прогресса в сфере промышленности и жилищно-коммунальной сфере. Существуют три энергетических критерия, позволяющих оценить не только состояние энергетики, но и экономическое здоровье государства:
энергоемкость внутреннего валового продукта (ВВП), т.у.т/руб.;
степень полезности расхода первичного энергоресурса, выражаемая коэффициентом полезного использования этого ресурса (КПИ), как отношение конечной энергии к расходу первичного энергоресурса в стране;
степень социальной направленности энергетики (отношение расхода энергоресурсов в коммунально-бытовом секторе ко всему энергопотреблению).
По каждому из этих показателей имеется значительное отставание от промышленно развитых стран. В частности, по энергоемкости продукции (а также по энергоемкости национального. дохода) мы уступаем в 2-3 раза, что делает не конкурентноспособной нашу продукцию и услуги на мировом рынке (из-за высокой энергетической составляющей в себестоимости продукции). Кроме того, при чрезмерном потреблении энергоресурсов истощаются природные запасы органического топлива, загрязняется окружающая среда. Высокая энергоемкость товаров и услуг создает дефицит генерируемых мощностей (по теплу и электроэнергии). Единственный рациональный путь сдерживания этого дефицита - сбережение энергоресурсов. Следует учесть, что затраты на мероприятия по экономии энергоресурсов в 2–3 раза меньше капитальных вложений для эквивалентного прироста их производства. В связи с этим, как свидетельствует статистика, 1% сэкономленного энергоресурса дает прирост внутреннего валового продукта на 0,35 %.
2.2. Принципы энергосбережения
К числу основных принципов государственной стратегии энергосбережения следует отнести комплексность и системность.
1).Под комплексностью понимается энергосбережение:
на всех этапах жизненного цикла объекта (системы), т.е. на этапах проектирования, изготовления, возведения (монтажа), пуско-наладки, эксплуатации, ремонта, реконструкции, консервации;
на всех стадиях обращения энергии, т.е. при производстве энергии, перемещении энергоносителя и при потреблении; причем на последние две стадии в настоящее время приходится до 70% всех потерь;
по всем видам энергоресурсов в целом (топливу, электричеству и теплу), т.к. в ряде случаев сбережение одного вида энергоресурса приводит к перерасходу другого.
при правовом (законодательном) сопровождении и организационно-техническом контроле со стороны государства.
Первичный энергоресурс (как правило, органическое топливо) теряет свой потенциал на пути к потребителю. График на рис.2.2 позволяет проследить снижение энергетического потенциала за счет потерь на всех этапах его обращения.
Применительно к источнику тепловой энергии - котельной эти потери выражаются: на границе 1-2 - потерями при сжигании топлива и получении теплоносителя (горячей воды или пара), на границе 2-3 - потерями на собственные нужды котельной, на границе 3-4 потерями при транспортировке теплоносителя и на границе 4-5 - потерями у потребителя (здания). Аналогия наблюдается и при получении потребителем электроэнергии.
Согласно схеме (рис.2.2), коэффициент полезного использования первичного энергоресурса (КПИ), отражающий долю полезно используемой энергии и позволяющий проследить, на каких этапах обращения энергоресурса имеются наибольшие потери, имеет вид
где - коэффициент снижения энергетического потенциала за счет потерь при переходе из состояния i в состояние i+1.
Qкон - конечная энергия (используемая непосредственно потребителем);
Qперв- первичный энергоресурс (топливо).
кпи  0,42 - величина, зафиксированная в целом по стране в докризисный период. Следовательно, остальная энергия в количестве 58% (в основном в виде теплоты) теряется бесполезно и безвозвратно.
2). Под системностью подразумевается использование системного анализа, т.е. методологии изучения процесса с общих, а не частных (сиюминутных) позиций.
Под словом “система” может подразумеваться техническая система (например, система теплоснабжения), биологическая (например, нервная система человека), экономическая (например, рыночная экономика), государственная (республика или монархия) и т. д., но все они имеют общие принципы построения. Каждая из них состоит из совокупности элементов, связанных между собой по определенной схеме, взаимодействующих между собой, а сама система в целом - с "окружением", т.е. с внешними факторами. Все частное подчинено целому, которое и составляет целостность системы, т. е. способность ее к выполнению определенной задачи. Таким образом, под системой можно понимать множество элементов (узлов, агрегатов, предприятий и т. д.) со связями между собой, образующими некоторую целостность и подчиненными определенному руководящему принципу.
Связи внутри системы могут быть материальными, энергетическими или информационными.
Каждая система может расчленяться на подсистемы и, в то же время, может рассматриваться сама как подсистема некоторой системы более высокого порядка. Например, система теплоснабжения - это подсистема здания, система отопления - это подсистема системы теплоснабжения, наша планета - подсистема Галактики и т.д. Системы имеют внешние границы, отделяющие их от окружения, внешней среды. Если реальное состояние системы не соответствует желаемому, то возникает проблема приведения системы в соответствие с желаемым.
Системный анализ предполагает следующие действия:
Выявление закономерностей процессов в системе, учет всех факторов, влияющих на процесс, зависимости его от внутренних и внешних факторов, установление взаимосвязей между факторами;
Учет глобальной (конечной) цели всей системы при решении частных (промежуточных) задач.
Прогноз возможных последствий от принятого решения (ближайших и отдаленных). Как показано ранее, существует опасность попадания в зону ошибочных решений. Использование же системного анализа, предусматривающего моделирование процессов и оптимизацию при обосновании решений, в значительной степени устраняет эту опасность.
При этом во многих случаях специалистам уже недостаточно знать только свой предмет, но необходимо иметь представление о смежных областях знаний или привлекать специалистов соответствующего профиля.
При системном подходе к проблеме энергосбережения становится очевидным следующее: энергосбережение - не самоцель, а средство укрепления экономики и улучшения качества жизни. Поэтому нельзя экономить на здоровье людей, на снижении качества продукции, первоочередных социальных потребностях, при замене тяжелого физического труда, т.е. недопустимо экономить энергоресурсы любой ценой.
В то же время необходимо отметить, что потенциал энергосбережения для России составляет по разным оценкам более 40% от общего энергопотребления. Это означает, что почти половина вырабатываемой энергии затрачивается впустую.
Дальнейшая градостроительная политика будет оказывать влия­ние на реализацию энергосберегающих мероприятий. По мнению экспертов [6], основной эффект от энергосбережения может быть получен при реконструкции и ремонте зданий и существующего энергохозяйства, т.к. новое строительство не превысит 2-х процен­тов от существующего фонда недвижимости в городской застройке. Развитие городов России в ближайшие два десятилетия прогнозируется без существенного расширения их границ, за счет более ра­ционального использования уже застроенных территорий (вторичной застройки и замены ветхих зданий) при использовании существующей инженерной инфраструктуры, освоении подземного пространства, конверсии территорий промышленной застройки. В эксплуатационной энергоемкости зданий значительная доля приходится на системы климатизации – отопление, вентиляцию, кондиционирование воздуха (ОВК). При этом эффективность использования энергии в отечественных системах ОВК не достигла желаемого уровня. Одна из причин состоит в том, что энергоэффективные технологии требуют, как правило, дополнительных капитальных затрат, не всегда отвечающим интересам инвесторов. Проблема эффективного использования энергии в системах ОВК рассматривается не впервые. В середине 1970-х годов была развернута компания по внедрению технических решений по утилизации тепла вентиляционных и технологических выбросов, подкрепленная специальным разделом по использованию вторичных энергоресурсов, включенным в главу СНиП «Отопление, вентиляция и кондиционирование». Появились отечественные разработки утилизаторов для различных сред, конструкции и методики расчета, рекомендации по применению. Однако, эти мероприятия не получили своего развития из-за беспрецедентно низкой стоимости энергоресурсов в стране в тот период и отсутствии материальных стимулов. Новый этап по снижению энергоемкости зданий обозначился в 1986 году с принятием новых нормативов по теплозащите зданий. В настоящее время проблема энергоэффективности строительных объектов, и в целом – отечественной продукции и услуг, по-прежнему актуальна по изложенным причинам, а также из-за резкого роста стоимости энергоносителей и стремления отечественного производителя выйти на мировой рынок.
Выводы по главе 2
1. По энергоемкости отечественная продукция уступает промышленно развитым странам в 2-3 раза, что делает ее не конкурентноспособной на мировом рынке (из-за высокой энергетической составляющей в себестоимости продукции). При чрезмерном потреблении энергоресурсов истощаются природные запасы органического топлива и загрязняется окружающая среда. Высокая энергоемкость строительных объектов создает дефицит генерирующих мощностей (по теплу и электроэнергии). Все это требует внедрения энергосберегающих мер.
2. В стратегии энергосбережения просматриваются три направления: совершенствование нормативно-правовой базы, развитие энергосберегающих технологий и внедрение организационно-процедурных мероприятий.
3. К числу основных принципов государственной политики энергосбережения должны быть отнесены комплексность и системность. Комплексность означает, что вопросы энергосбережения решаются на всех этапах жизненного цикла объекта (системы), на всех стадиях обращения энергии и по всем видам энергоресурсов (топливу, электричеству и теплу). Под системностью подразумевается использование системного анализа, т.е. методологии изучения процесса с общих позиций, когда учитывается глобальная цель, влияние всех факторов и последствия принятых решений. 4. Обеспечение комплексности и системности позволяет получить от энергосберегающих мероприятий наибольший экономический эффект при соблюдении социальных приоритетов. Поскольку энергосбережение является частной задачей в глобальной проблеме укрепления экономики и улучшения качества жизни людей, то с позиций системного анализа недопустимо экономить энергоресурсы любой ценой, т.е. нельзя экономить на здоровье людей, на снижении качества продукции, первоочередных социальных потребностях и при замене тяжелого физического труда.
3. Нормативно-правовая база энергосбережения в России и зарубежные тенденции
Базовым документом стал введенный в действие в 1996 г. Федеральный закон “Об энергосбережении”[56], ориентированный на дополнение его подзаконными актами (на уровне Правительства, министерств и ведомств). И хотя, по опыту последних лет, он не лишен недостатков (например, не содержит мер экономического стимулирования энергосбережения, финансирования энергосберегающих программ и др.), все же послужил основой для принятия аналогичных региональных законов, целевых программ по энергосбережению, активизации организационно-технической деятельности в этой области на местах.
Кроме упомянутого закона, энергосберегающие подходы прописаны в ряде постановлений правительства, инструкций министерств, региональных законах (в субъектах Федерации), строительных нормах и правилах различных уровней и федеральных стандартах [27, 29, 33, 41-43, 45]. Строительные нормы и правила в настоящее время имеют трехуровневую структуру:
СНиП федерального уровня;
ТСН - территориальные строительные нормы (действующие в пределах соответствующего субъекта федерации);
ВСН - ведомственные строительные нормы.
Последние две категории документов могут быть более жесткими (по требованиям), но они не должны противоречить федеральным СНиП. Требования всех этих документов подлежат обязательному выполнению до разработки и ввода в действие технических регламентов (на федеральном уровне). Введенные в 2003 году СНиП «Теплозащита зданий» требуют для оценки энергоэффективности проектируемых зданий разрабатывать раздел проекта «Энергоэффективность» с включением в него энергетического паспорта здания. Этот паспорт предназначен для подтверждения соответствия нормативным теплотехническим показателям здания, прописанным в СНиП. Несколько ранее, Москва, как субъект федерации, приняла свой региональный закон «Об энергосбережении» и разработала собственные региональные строительные нормы и правила (МГСН 2.010–99 «Энергосбережение в зданиях») с требованиями к разделу «Энергоэффективность». В разделе «Энергоэффективность» отражаются составляющие теплового баланса здания - трансмиссионного и инфильтрационного коэффициентов теплопередачи здания, внутренних тепловыделений и ожидаемых теплопоступлений с солнечной радиацией, приводится удельный расход тепловой энергии на отопление за отопительный период с учетом воздухообмена, потенциал энергосбережения, сведения об энергосберегающих мероприятиях и т.д. В Постановлении Правительства РФ №87 (от 16.02.2008) «О составе разделов проектной документации и требованиях по их содержанию» упомянутый раздел не вошел в качестве самостоятельного. Однако, согласно Постановлению, сведения о потребности в энергоресурсах и обоснования проектных решений и мер, обеспечивающих требуемую теплозащиту зданий, должны быть приведены в разделах 1 и 4 проектной документации. В области законодательства и в технической политике в последние годы наблюдаются следующие тенденции.
Просматривается курс на приближение к международным стандартам и международной системе оценок, т.е. происходит гармонизация наших норм с международными. Это естественный процесс при переходе к открытому гражданскому обществу и при желании утвердиться на мировом рынке (50% нашего ВВП зависят от внешнего рынка), а также решать проблемы совместно с другими странами в области экологии, энергетики, промышленной безопасности, предупреждения чрезвычайных ситуаций (ЧС), борьбы с международным терроризмом и др., т.к. решение перечисленных проблем без взаимодействия с другими странами затруднительно и не всегда эффективно. Для успешного сотрудничества с международным сообществом назрела необходимость разговаривать на одном правовом и технологическом языке. Например, для вхождения страны в ВТО (Всемирную торговую организацию) нужно соответствовать международным стандартам ИСО – 14000 (по экологии) и ИСО – 9000 (по качеству продукции и услуг). Цель стандартов ИСО: облегчить перемещение товаров и услуг на внешние рынки (устранить технические барьеры), поставить заслон некачественной, энергоемкой и экологически грязной продукции (и технологиям). Несмотря на добровольный характер этих стандартов, многие российские предприятия стремятся получить сертификат на соответствие требованиям ИСО. Это необходимо для улучшения имиджа предприятия, привлечения зарубежных инвестиций, обеспечения выхода на мировой рынок, возможности участия в разработке международных правил торговли, возможности конкуренции на равных с другими странами.
В частности, вступление России в ВТО позволит снять ограничения в торговле сталью, химтоварами, ядерным топливом и т.д. Таким образом, многие международные стандарты принимаются Российской федерацией в качестве своих национальных стандартов с адаптацией к нашим условиям или без нее. Например, Приказом Ростехрегулирования от 20.12.2007 года N 385-ст введен в действие ГОСТ Р ИСО 11399-2007 "Эргономика тепловой окружающей среды. Принципы и применение признанных международных стандартов". Этот национальный стандарт идентичен международному стандарту ИСО 11399:1995 (ИСО 11399:1995 "Ergonomics of the thermal environment - Principles and application of relevant International Standards"). Он относится к серии стандартов, определяющих методы измерения и оценки горячих, умеренных или холодных тепловых окружающих сред. В 2002 г. принят федеральный закон «О техническом регулировании», реализация которого рассчитана на срок до 5-7 лет. Основная цель закона: убрать потребительские требования (убрать ограничения на потребительские свойства продукции), которые, как предполагается, будут определяться рынком, т.е. сделать эти требования добровольными. Обязательными останутся требования по защите жизни и здоровья людей, т.е. требования безопасности (пожарной, экологической, санитарной, промышленной и т.д.) производства, технологий, продукции, материалов и т.д. Они будут содержаться в технических регламентах, утверждаемых на уровне закона или постановления Правительства. Кроме того, будут разработаны национальные стандарты и стандарты организаций (профессиональных объединений специалистов), которые несмотря на добровольный характер их применения, могут стать обязательными, если это прописано в договорных документах или в ТЗ на проектирование. До разработки технических регламентов действуют существующие ГОСТы, СНиПы, СанПины и т.д. Далее их применение становится добровольным. Явное запаздывание с разработкой технических регламентов можно объяснить некоторыми недостатками упомянутого закона (после критики со стороны инженерной общественности ряд формулировок был уточнен и дополнен), а также - трудностью отделения требований безопасности от потребительских свойств продукции. Мировая система технического нормирования и стандартизации базируется на стандартах ISO (International Organization for Standardization), а европейская – на стандартах ISO и СEN (European Committee for Standardization).
Европейским Комитетом по стандартизации (СЕН) с 2006 года разрабатываются для стран Евросоюза (ЕС) единые стандарты по энергетическим показателям зданий (обязательного исполнения). Например, выполнение требований стандарта «Паспортизации систем вентиляции» странах ЕС (25 стран) будет необходимым условием для получения энергетического сертификата (паспорта). Без энергетического сертификата здание не будет принято в эксплуатацию, не может быть сдано в аренду или продано. В странах ЕС внедряются мероприятия по маркировке энергопотребляющего оборудования и изделий по признаку их энергоэффективности (насосов, чиллеров, теплообменников, электродвигателей, генераторов и т. п.). На основе тестирования энергопотребления каждому в группе изделий присваивается индекс энергоэффективности, заносимый в техническую документацию, а также - на изделие (в виде этикетки). Всего предусмотрено 7 классов энергоэффективности с буквенными индексами от А (самый энергоэффективный) до G. Аналогичная маркировка введена в странах: США, Австралия, Япония, Южная Корея, Китай. Следует отметить, что в странах EС запрещены производство и импорт энергоемкой техники (изделий классов энергоэффективности F и G). В целом энергосбережение в мировой строительной практике обеспечено государственной поддержкой и развитой гибкой законодательной системой стимулирования, экономически привлекательно и прозрачной для инвесторов. Происходит насыщение рынка новым оборудованием, материалами, приборами, услугами различных отечественных и зарубежных фирм. И в этом многообразии желательно не ошибиться в выборе. Для защиты потребителя от некачественной или вредной продукции и от неквалифицированных услуг введена сертификация продукции и лицензирование деятельности по выполнению работ (услуг). Сертификация проводится для подтверждения соответствия продукции требованиям технических регламентов, стандартов или условиям договоров. Она может быть обязательной или добровольной. В принципе для производителя она должна быть добровольной, за исключением требований по безопасности. Строительная продукция подлежит обязательной сертификации по санитарно-гигиеническим и противопожарным требованиям (т.е. требованиям безопасности). По остальным требованиям (потребительским) сертификации в настоящее время в строительстве подлежит ограниченное число изделий (окна и балконные двери, стеклопакеты, герметизирующие материалы, комплекты строительных конструкций заводского изготовления и т.д.). Номенклатуру строительной продукции, подлежащей обязательной сертификации, формирует Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (Ростехрегулирование). Сведения об этом содержатся на сайте www.gost.ru и публикуются в журнале «Вестник технического регулирования». За рубежом сертификация рождалась снизу (от потребителя) и несмотря на добровольный принцип сертификации, каждый производитель стремится получить сертификат на свою продукцию, т.к. это повышает на нее спрос.
В стране продолжается реформа ЖКХ, целью которой провозглашен постепенный перевод ЖКХ на самофинансирование и самоокупаемость при улучшении качества услуг. При этом одной из главных задач является снижение издержек (эксплуатационно-производственных затрат) за счет включения рыночных механизмов, устранения монополизма в этой сфере (создания конкурентной среды), экономического стимулирования, а также - за счет технологического сопровождения (внедрения новых технологий, приборов учета и регулирования расхода энергоресурсов и воды, средств автоматизации систем жизнеобеспечения, замены устаревшего оборудования на новое, ресурсосберегающее). Однако, за годы реформы износ оборудования увеличился, потери в тепловых сетях выросли, тарифы на коммунальные услу­ги по всем регионам страны значительно возросли. Уро­вень потерь на сегодняшний день в системах коммунального теплоснабжения в 4-5 раз выше, чем в промышленно развитых странах мира. Сегодня главные поставщики энергоресурсов не заинтересованы в энергосбережении и повышении эффективности использования этих ресурсов. Отсутствуют стимулы по внедрению энергосберегающих технологий и оборудования у разработчиков и инвесторов, что требует дальнейшего совершенствования законодательно-правовой базы в энергетике и жилищно-коммунальной сфере. В результате во многих случаях сегодня тиражируются, проектируются и строятся энергозатратные здания. Чтобы заинтересовать инвесторов в выборе энергосберегающих проектов Правительством Москвы в 2005 году утверждено «Положение об экономическом стимулировании проектирования и строительства энергоэффективных зданий и выпуска для них энергосберегающей продукции» [27]. Этот документ устанавлива­ет механизм экономического стимулирования проектирования и строительства зданий в Москве с повышенными показателями энергоэффективности по сравнению с их нормативными значениями. В ряде регионов сегодня ощущается дефицит электро- и теплоэнергии. Многие предприятия уже решают проблему энергодефицита, создавая собственные мини-ТЭЦ. Все эти локальные системы, так называемой «малой энергетики», как правило, в отличие от зарубежных аналогов, не включены в единую энергосеть, что снижает их эффективность (отсутствует возможность полезного использования или продажи излишков электро-теплоэнергии от мини-ТЭЦ). Поэтому крайне необходима гармонизация малой энергетики с централизованными системами энергоснабжения, т.е. нужен закон о малой и муниципальной энергетике, принятие которого откладывается. Закон позволит местным органам и гражданам реализовывать свои права на гарантированное и безопасное получение энергии, товаров и услуг нужного им качества и цены. В ряде случаев использование мини-ТЭЦ позволит не только устранить дефицит энергоресурсов и снизить уязвимость энергоснабжения, но и уменьшить потери за счет максимального приближения источника к потребителям, а также снизить стоимость энергопотребления за счет устранения посредников-перепродавцов. Во многих странах гармонизация малой энергетики с централизованными системами энергоснабжения регулируется на государственном и муниципальном законодательном уровне. Например, в Дании и Финляндии мини-ТЭЦ обеспечивают до 50% производства энергии, имеют КПД до 90% и стоят дешевле ТЭЦ в пересчете на 1 кВт мощности. Подобные станции, рассеянные по Европе и Америке, не нуждаются в многокилометровых сетях и их ремонтах, менее уязвимы для естественного и умышленного разрушения, чем ТЭЦ. Последствия аварий на них устраняются быстрее, а число пострадавших энергопотребителей значительно меньше.
Выводы по главе 3
1. К числу основных тенденций государственной технической политики следует отнести курс на гармонизацию наших стандартов с международными, проведение реформы технического нормирования, усиление теплозащиты зданий и пропаганда энергосберегающих технологий, попытки внедрения энергосберегающих мероприятий в ходе реформы ЖКХ, реализация целевых энергосберегающих программ и др.
2. Имеющаяся нормативно-правовая база в области энергосбережения позволяет в первом приближении перейти от строительства энергозатратных зданий к современным малоэнергоемким зданиям в ряде городов при новом строительстве и при реконструкции старой застройки. Однако, для реализации энергосберегающей стратегии в масштабе страны необходимо дальнейшее совершенствование законодательства с учетом создания экономических и административных стимулов для всех участников инвестиционно-строительного цикла и энергоснабжающих организаций, а также - введения санкций за неэффективное использование энергоресурсов (прежде всего бюджетными организациями и предприятиями – монополистами). 3. Наблюдаемый дефицит энергоресурсов при строительстве и вводе новых объектов может быть восполнен за счет внедрения средств малой и муниципальной энергетики (мини-ТЭЦ), что требует принятия соответствующего закона на федеральном уровне. В ряде случаев использование мини-ТЭЦ позволит также снизить уязвимость энергоснабжения, уменьшить потери за счет максимального приближения источника к потребителям и снизить стоимость энергопотребления. 4. Международный опыт энергосберегающей деятельности также указывает на необходимость законодательного закрепления экономических стимулов, в частности налоговых, таможенных (на ввоз энергосберегающего оборудования) и тарифных льгот, закрепления возможности реинвестирования сэкономленных средств в дальнейшее развитие энергосбережения, а также кредитной поддержки предприятий, производящих или использующих технические средства энергосбережения. Вместе с тем, подтверждена целесообразность введения ограничительных рычагов в энергопотреблении в виде энергетических стандартов зданий и показателей энергоэффективности энергопотребляющего оборудования.
Перечисленные зарубежные мероприятия по энергосбережению сегодня актуальны и для России.
4. Требования к внутренней среде обитания и системы ее обеспечивающие. Экология зданий
4.1. Нормирование санитарно-гигиенических и микроклиматических условий в зданиях
В любом здании, предназначенном для людей, необходимо создать нормативные параметры среды обитания. Эти нормативы задаются соответствующими стандартами и строительными нормами [8-9, 38-39, 44,46,48]. На схеме (рис. 4.1) представлен перечень параметров и показаны конструкции и системы их обеспечивающие. Как видно из схемы, в допустимых пределах должна быть температура воздуха tв и разность t= tв - tвп (для исключения отрицательной радиации зимой). Это обеспечивается ограждающими конструкциями (ОК) и системой отопления (От).
Допустимый газовый состав (СО2 и О2), чистота воздуха (отсутствие механических и газовых примесей ) и подвижность ( V=0,1-0,2 м/с) для исключения зон застоя воздуха, при котором размножаются микроорганизмы, обеспечиваются с помощью вентиляции (механической или естественной). И наконец, относительная влажность воздуха в и летние температуры tв и t = tв - tвп обеспечиваются с помощью системы кондиционирования воздуха (СКВ), одной из главных функций которой является искусственное охлаждение обрабатываемого воздуха.
Согласно введенному в 1999 году ГОСТ по микроклимату жилых зданий [9], устанавливаются допустимые и оптимальные нормы микроклимата, а также методы их контроля. Причем, соблюдение допустимых параметров обязательно, а оптимальные (имеющие меньший диапазон разброса параметров, более комфортные) могут быть обеспечены по желанию заказчика. Число контролируемых параметров микроклимата в ГОСТ дополнено результирующей температурой tsu , представляющей среднее из температуры воздуха tв и радиационной температуры помещения tr (температуры внутренней поверхности ограждений помещения) при фиксированной скорости воздуха в помещении (v = 0,2 м/с).
Оптимальные - это сочетание параметров (tв , tвп , в , v ), при которых обеспечивается нормальное тепловое состояние организма и ощущение теплового комфорта не менее, чем у 80% людей. К допустимым отнесены такие сочетания параметров, которые при длительном воздействии на человека могут вызвать ощущение дискомфорта и ухудшение самочувствия из-за напряженности механизмов терморегуляции, но не повлияют на здоровье.
Значения оптимальных и допустимых норм микроклимата в “обслуживаемой зоне” приведены в ГОСТ для tв , в , результирующей температуры помещения (учитывающей сочетание tв и tвп ) и локальной асимметрии результирующей температуры (учитывающей отрицательное влияние одновременно нагретых и охлажденных поверхностей).
Итак названные системы обеспечивают:
система отопления совместно с ограждающими конструкциями (ОК) - восполнение теплопотерь и требуемый температурный режим;
система вентиляции - смену воздуха с простейшей обработкой (очистка от пыли и подогрев приточного воздуха);
система кондиционирования воздуха (СКВ) - смену воздуха с полной обработкой, в том числе - охлаждением, и автоматическим гарантированным поддержанием всех перечисленных параметров обитаемости (СКВ 1-го класса - необеспеченность 100 часов в год; 2-го класса - 250 час.; 3-го класса - 450 час.).
Таким образом, формируют условия обитания и комфортности ограждающие конструкции плюс перечисленные инженерные системы. Причем работа этих систем, за исключением естественной вентиляции, требуют значительных энергозатрат. Наибольшие затраты характерны для СКВ, вследствие потребности в охлаждении воздуха, что требует большего расхода энергии, чем его подогрев. Поэтому решение по применению СКВ, как правило, должно сопровождаться технико-экономическим обоснованием.
Задачи энергосбережения состоят: в снижении затрат тепла на отопление в отопительный период, снижении затрат энергии на охлаждение в летний период, снижение затрат на вентиляцию, подогрев приточного воздуха и освещение, а также - исключение сверхнормативного расхода горячей и холодной воды, в течение всего года. В жилых, общественных и административных зданиях минимальная воздухоподача принимается по удельным нормам на 1 человека (м3/ч чел) или на 1 кв. м площади помещения (м3/ч м2), а также по нормативной кратности воздухообмена (1/ ч). Эти нормы рассчитаны в основном по допустимому уровню содержания углекислого газа (СО2), равному 0,1 % .
Известно, что в естественном (природном) состоянии атмосферный воздух имеет газовый состав: кислород (О2) – 20,1 %, углекислый газ (СО2) – 0,03%, остальное – азот и инертный газы. При повышении в воздухе содержания СО2 соответственно снижается содержание кислорода на такую же величину, а при концентрации СО2 свыше 1% проявляется токсичное воздействие углекислого газа. Кроме того, выделение углекислого газа человеком (20-25 л/ч) сопровождается выделением и других продуктов жизнедеятельности. Таким образом, по уровню содержания СО2 можно примерно оценить качество внутреннего воздуха (степень его загрязнения газовыми примесями), а принятые удельные нормы воздухоподачи на 1 человека по существу являются санитарными нормами. Вместе с тем, для помещений площадью более 36 м2 , в местах с большим количеством людей или при наличии тепловыделяющего оборудования требуемый воздухообмен предлагается рассчитывать из условия ассимиляции тепло-влаговыделений.
В производственных помещениях предельно-допустимые концентрации (ПДК) воздуха рабочей зоны установлены ГОСТ 12.1.005-88 и санитарными нормами [8,38,39]. При подаче приточного воздуха непосредственно в рабочую зону установлены [48] допустимые перепады температур Δt = (tрз - tп) для условий ассимиляции теплоизбытков (подаче охлажденного воздуха) и при восполнении недостатка теплоты (подаче нагретого воздуха). В первом случае этот перепад не должен превышать 2-2,5 °C, во втором–5-6°C.
4.2. Экологические проблемы жилища
Источниками вредных выделений в помещении являются люди, бытовое, офисное или кухонное оборудование, а также ограждающие конструкции. Все помещения представляют собой замкнутые объемы с различной степенью герметичности и нуждаются в удалении или разбавлении вредностей от перечисленных внутренних источников (тепло- влаговыделений, углекислого газа, аэрозолей, продуктов неполного сгорания газа и т.д.). По данным различных исследователей до 80% всех токсико-химических примесей (фенола, формальдегида, бензола, свинца и др.) в воздух помещений поступает от полимерных отделочных материалов, битумных мастик, лакокрасочных покрытий, изделий из древесно-стружечных плит, материалов, содержащих асбест и т.д. Необходимо учитывать эти дополнительные факторы риска и принимать адекватные меры.
Одним из достаточно универсальных способов противодействия указанным вредностям является озонирование приточного или внутреннего воздуха. В присутствии озона токсические вещества десорбируются из материала и удаляются с воздухом при проветривании. Снижение уровня загрязнения воздуха в помещении наблюдается при наличии комнатных растений.
При выборе материалов следует учитывать, например, отсутствие специфического запаха к моменту сдачи здания в эксплуатации, отсутствие вредных выделений в воздушную среду помещения (летучих веществ) и химическую инертность (неспособность вступать в реакцию с содержимым воздушной среды помещения). Следует отметить в качестве негативного свойства некоторых полимеров - их способность накапливать статическое электричество. Поскольку все типы зданий имеют воздухообмен с наружным воздухом (естественный или принудительный), то различные токсичные вещества (газы, пары) и частично пыль, содержащиеся в атмосфере города, попадают в помещения даже при наличии воздухоочистных устройств в системах воздухоснабжения и кондиционирования. Таким образом, экология помещений во многом зависит от степени загрязненности наружной среды данной территории. Особенности городской застройки и погодные условия (при безветренной погоде, когда нет перемешивания воздушных масс) могут привести к повышенным концентрациям вредностей на высоте по сравнению с концентрацией в приземном слое. Так называемый «эффект каньона», т.е. застой загрязненного воздуха по вертикали, может возникнуть между домами, стоящими вдоль автотрассы, если расстояния между ними меньше допустимых (высота здания в полтора раза больше, чем расстояние между ними). Для исключения этого эффекта (рис. 4.2.) следует принимать L  0,67 H.
К экологическим факторам жилища относится и уровень шума. Повышенный уровень шума (от 85 дб по шкале А) опасен для органов слуха, способствует возникновению гипертонии, нервных заболеваний и др. Согласно нормам МГСН 2.04-97, максимально-допустимый уровень шума в жилых зданиях составляет 50-60 дбА (в зависимости от категории дома).
Для снижения уровня дорожного шума применяют шумозадерживающие ограждения (вдоль дорог) в сочетании с озеленением, а снижение уличного шума внутри зданий достигается ориентацией домов торцами к дорожным магистралям и применением оконных стеклопакетов. Причем для достижения лучшего шумоснижающего эффекта в одном стеклопакете используют стекла разной толщины. На организм человека угнетающе действуют также неслышимые инфразвуковые волны низкой частоты (до 16 герц). При больших амплитудах инфразвук ощущается как боль в ухе. Животные чувствуют инфразвук и покидают места обитания. В природе инфразвук возникает при землетрясениях, ураганах, цунами и т.д. В задачи природоохранных органов входит выявление инфразвуковых источников, и добиваться их устранения.
На человека, находящегося в здании, также могут оказывать вредное влияние наружные электромагнитные излучения (от радиотехнических объектов, высоковольтных линий электропередачи и др.), а также радиоактивное излучение и газ радон, поступающий в помещения из строительных конструкций или из грунта от содержащихся там радиоактивных веществ. Для обеспечения радиационной и электромагнитной безопасности населения в последние годы принято ряд нормативно правовых документов федерального уровня. На основе федеральных законов «О радиационной безопасности населения», «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения», «Об охране окружающей природной среды», «Об экологической экспертизе», «Норм радиационной безопасности (НРБ-96)» и ряда федеральных Санитарных правил и норм («СанПин») Москвой разработаны свои региональные нормы:
МГСН 2.03-97 «Допустимые параметры электромагнитных излучений в помещениях жилых и общественных зданий и на селитебных территориях»;
МГСН 2.02-97 «Допустимые уровни ионизирующих излучений и радона на участках застройки».
Эти нормы должны выполняться при отводе земель под застройку и проведении инженерно-экологических изысканий, при проектировании, экспертизе проектной документации и строительстве.
Согласно МГСН 2.02-97, на открытых участках мощность эквивалентной дозы (МЭД) гамма-излучения не должна превышать 0,15 мкЗв/ч (микрозиверт в час) или 15 мкР/ч, а плотность потока радона из грунта 80 мБк/(м2с), (миллибеккерель на метр квадратный в секунду).
Газ радон, не имеющий запаха и цвета, обычно накапливается в нижних этажах здания, проникая в помещения через фундамент и пол из грунта. Основными способами снижения концентрации радона в помещениях являются герметизация щелей в фундаментах и перекрытиях, облицовка стен плотными обоями, проветривание радоноопасных подвалов и жилых помещений с кратностью 0,5 обмена/час. Согласно нормам НРБ-99 (введенным в действие в 1999 г.), заселение вновь построенных жилых зданий разрешается при концентрации не выше 100 Бк/м3, а проведение специальных защитных мероприятий в ранее построенных зданиях рекомендуется при концентрации радона свыше 200 Бк/м3.
В соответствии с МГСН 2.03-97, предельно-допустимые значения интенсивности воздействия (напряженности) электромагнитных полей в жилых зданиях составляют от 2 до 10 В/м (в зависимости от диапазона излучаемых частот), а напряженность электрической составляющей от воздушных линий электропередачи не должна превышать: на заселенных территориях 1000 В/м.
в помещениях жилых и общественных зданий 500 В/м;
Для соблюдения указанных нормативов устраиваются санитарно-защитные зоны. Выводы по главе 4
1. Нормативные параметры среды обитания в зданиях задаются соответствующими стандартами и строительными нормами. Формируют условия обитания и комфортности ограждающие конструкции плюс инженерные системы жизнеобеспечения (теплоснабжение, отопление, вентиляция, СКВ, водоснабжение, электроснабжение). Причем работа этих систем, за исключением естественной вентиляции, требуют значительных энергозатрат. Задачи энергосбережения состоят: в снижении затрат тепла на отопление в отопительный период, снижении затрат энергии на охлаждение в летний период, снижение затрат на вентиляцию и подогрев приточного воздуха, на освещение, а также - в устранении сверхнормативного расхода горячей и холодной воды в течение всего года. 2. Экологическая безопасность здания определяется качеством внутренней среды в самих зданиях и окружающей природной среды (в частности атмосферного воздуха). Причем, внутренняя среда в зданиях подвергается воздействиям загрязнений, проникающих в помещения с наружным воздухом, воздействиям вредных физических факторов (электромагнитных полей , излучений и др.), а также от ограждающих конструкций (строительных и отделочных материалов), бытовых приборов, оргтехники, мебели, оборудования, жизнедеятельности человека.
3. В систему показателей экологической и санитарно-гигиенической безопасности жилища входят нормативы по химическому составу и механическим примесям внутреннего воздуха, микроклимату, шумовому, вибрационному, электромагнитному и радиационному воздействию.
Помимо контроля над указанными параметрами здания при вводе его в эксплуатацию, следует на стадии геоизысканий и при подготовке строительства: оценивать уровни ионизирующих излучений и радона на участках застройки, предусматривать экологическую сертификацию строительных материалов и проверку используемой технической воды на наличие тяжелых металлов, фенолов нефтепродуктов, регламентировать использование отделочных материалов и т.д.
5. Технология и техника энергосбережения
5.1. Энергосбережение строительными методами и средствами
К строительным методам и средствам относятся:
1). Выполнение градостроительных требований, в том числе по плотности застройки и ориентации зданий. Например, ориентирование зданий торцами к розе ветров для уменьшения инфильтрации, меридиональное расположение продольного фасада зданий в северных районах (для снижения теплопотерь зимой) или широтное расположение зданий в южных районах для снижения теплопоступлений от солнечной радиации летом (снижения холодильной нагрузки в помещениях).
2). Конструктивные решения: усиление теплозащиты оболочки здания, выбор материала с меньшей теплопроводностью, снижение воздухопроницаемости (стыковых соединений и швов, оконных и дверных блоков, межквартирных перегородок), уменьшение площади светопрозрачных ограждений (степени остекления) и т.д.
3). Объемно-планировочные решения:
рациональная ориентация входов (размещение входов на заветренной стороне здания);
устройство тамбуров, а в общественных зданиях - тамбуров с воздушными завесами;
при планировке здания расположение с северной стороны вспомогательных помещений с пониженной расчетной температурой внутреннего воздуха и уменьшенной площадью остекления; блокирование зданий с целью уменьшения теплоотдающей поверхности ограждений;
уменьшение удельной теплоотдающей поверхности ограждений, т.е. уменьшение модуля F/V (улучшение «компактности» здания), пропорционального удельным теплопотерям Q/V здания (где F и V - наружная, теплоотдающая поверхность и объем здания по наружному контуру, соответственно, м2 и м3 ; Q - расчетные теплопотери здания, (Вт)
Для здания в форме параллелепипеда этот модуль можно выразить F/V = 2 ( 1/B +1/H + 1/L ), м-1(5.1),
где B,L,H - ширина, длина и высота здания, м.
При увеличении любого из трех геометрических размеров модуль F/V уменьшается по гиперболе. Как видно из графика (рис. 5.1) при удлинении здания модуль вначале снижается существенно, проявляется как бы “эффект блокирования” зданий (что послужило в ряде случаев причиной строительства зданий большой протяженности), а затем темп снижения уменьшается и модуль асимптотически приближается к постоянной величине, равной 2(1/B+1/H). В частности, при фиксированной ширине здания 12 м и высоте 40 м снижения модуля после L=100-120 м практически не происходит (рис 5.1).
Аналогичная закономерность, как видно из выражения (5.1), наблюдается и при изменении ширины (или высоты) здания. Поэтому ширококорпусные здания (шириной до 18-20 м) предпочтительнее по энергозатратам, хотя увеличение ширины свыше принятых пределов приводит к ослаблению естественной освещенности помещений и может привести к повышенному расходу электроэнергии на освещение.
Очевидно, что наименьшие теплопотери (наименьший модуль) имеют здания кубической и шарообразной формы. Однако, строительство подобных зданий ограничено требованием СНиП об обязательном освещении лестничной клетки дневным светом. При размещении лестничной клетки в массиве дома возможно ее освещение с помощью зенитного фонаря. Однако, при этом обеспечить нормативное освещение нижних этажей можно только в зданиях не выше трех- четырех этажей. 5.1.1. Сплошные ограждающие конструкции
Здание теряет тепло тремя путями: через сплошные ограждения; через светопрозрачные проемы, а также - с инфильтрацией (в основном через светопрозрачные проемы). Структуру теплопотерь в многоэтажном жилом здании можно примерно характеризовать следующими относительными величинами:
сплошные наружные стены - 30%;
светопрозрачные ограждения - 25%;
пол первого этажа и перекрытие последнего - 5%;
теплопотери с инфильтрацией 40%.
Процесс теплообмена описывается известной формулой стационарных расчетных теплопотерь, равных установочной мощности системы отопления и подогрева приточного (инфильтрационного) воздуха (если пренебречь внутренними теплопоступлениями):
Qно = (tв - tно) [Fi/Ri +  F/R + c Gинф], Вт,(5.2)
где Ri , R - термические сопротивления сплошных ОК и светопрозрачных (проемов);
Fi , F - теплоотдающие поверхности сплошных ОК и светопрозрачных ограждений;
tв , tно - расчетные температуры внутреннего и наружного воздуха;
Разделив Qно на строительный объем здания и расчетную разность температур, получим удельную характеристику отопительной нагрузки:
q = Qно/V (tв - tно) , Вт/м3 С. (5.3)
Если же разделить годовой расход тепла Qоп (за отопительный период) на площадь пола квартир Fкв и на число градусо-суток отопительного периода (tв - tоп) nоп , получаем удельный показатель, позволяющий сравнивать теплопотери равноэтажных жилых зданий в разных климатических условиях:
qоп = Qоп / Fкв (tв - tоп) nоп , Вт-час / м2 град-сут (5.4)
Как видно из выражения (5.2), теплозащита сплошных ОК характеризуется сопротивлением теплопередаче (или приведенным сопротивлением теплопередаче, учитывающим разнородность сплошных ОК).
Какой должна быть эта величина? В разные периоды она регламентировалась СНиП по разному.
Ранее, согласно СНиП 11-3-79** (изд. 1986 г.), основным критерием выбора уровня теплозащиты ограждающих конструкций было соблюдение допустимой санитарной нормы перепада температур tн = tв - tвп , а экономически целесообразное сопротивление теплопередаче предлагалось рассчитывать самим проектировщикам по известному выражению, полученному путем минимизации приведенных затрат.
Закон «Об энергосбережении» был принят в 1995г. Тогда теплопотери наших зданий были выше, чем в Швеции и в США примерно в 2-2,5 раза. И не потому, что в этих странах теплее климат. Институтом НИИСтройфизики был выбран показатель, позволяющий сравнивать равноэтажные здания в разных климатических условиях. Он представляет собой удельные теплопотери здания (1 кв.м) за отопительный период, отнесенные к числу градусо-суток отопительного периода данного климата (размерность Вт-ч/м2 (град-сут)). В результате расчета по этому показателю равноэтажных зданий (одинакового назначения) были получены следующие данные: Россия = 85; США = 44,4; Швеция = 33,6. Таким образом, было установлено, что уровень теплозащиты зданий в России уступает уровню других стран примерно в 2 и более раз. Это обстоятельство послужило одним из главных аргументов резкого повышения теплозащиты в новых СНиП 23-02-2003 (Теплозащита зданий). В них требуемые величины сопротивления теплопередаче задаются в табличной форме. В частности, для сплошных ограждающих конструкций в климатических условиях Москвы требуемое термическое сопротивление увеличено до 3,1 м2 град / Вт (ранее оно составляло 0,9 - 1,0 м2 град / Вт). Что касается допустимого санитарного перепада температур (tн), то он также ужесточается, т.е. уменьшается (например, для вертикальных стен жилых зданий он уменьшается в 1,5 раза). Новые требования практически ограничили возможность возведения однородных стеновых конструкций, например, традиционной кирпичной кладки, т.к. в этом случае для климата Москвы требуемая толщина стены увеличивалась с 65 до 180 см. Обеспечение разумной толщины стен возможно, как правило, при использовании многослойных стен (со слоем утеплителя). В связи с этим, стройиндустрия перешла на трехслойные конструкции (со слоем полистирола, пеноизола и других теплоизоляционных, в том числе волокнистых, материалов) различных типов, на применение в бетонных стеновых конструкциях в качестве заполнителя перлитовых песков (вместо керамзитовых), позволяющих снизить плотность до 600 кг/м3 (и соответственно, теплопроводность), применение пористых бетонов, керамического пустотного кирпича, “теплой” штукатурки и т.д. Однако, в многослойных конструкциях появились различные связи («мостики тепла»), несколько снижающие сопротивление теплопередаче. И все же, в ряде случаев, вследствие местных особенностей, обеспечить нормативное сопротивление теплопередаче элементов ограждающих конструкций бывает затруднительно. Выход предложен в тех же СНиП 23-02-2003 (ранее это было прописано в территориальных московских МГСН 2.01-99), согласно которым выбор теплозащитных свойств здания может проводиться одним из двух способов (подходов):
“предписывающим”, т.е. при соблюдении требуемой нормативной величины сопротивления теплопередаче ограждающей строительной конструкции, как упомянуто выше;
“потребительским”, т.е. по нормативным значениям удельного теплопотребления зданием на отопление (кВт-ч/м2 год), которые приводятся в табличной форме для разной этажности данного конкретного климата (характеризуемого числом градусо-суток отопительного периода).
Например, для жилых зданий 10 и более этажей в климатических условиях Москвы при «потребительском» подходе удельное теплопотребление (на отопление) составляет 95 кВт-ч/м2 . Если при использовании “предписывающего” подхода для какого либо из элементов (например, стен) не удается обеспечить требуемое нормативное сопротивление теплопередаче, то используя “потребительский” подход, возможно выйти на нормативное удельное теплоопотребление здания за отопительный период (кВт-ч/м2 год), за счет изменения объемно-планировочных, конструктивных, технологических или режимных решений. При этом сопротивление теплопередаче стен допускается иметь ниже, чем предусмотрено «предписывающим» подходом, но не ниже значений, обеспечивающих санитарно-гигиенические условия (в том числе - не выпадение конденсата). Правомерен вопрос: насколько заложенный в проекте уровень теплозащиты будет соответствовать реальному? Ведь и прежние нормы, заложенные в проектах, не всегда обеспечивались в реально построенном здании.
Для решения этого вопроса в СНиП предусмотрено иметь в составе проекта специальный раздел “Энергоэффективность” с разработкой нового документа - “Энергетического паспорта” здания. В этом паспорте будут зафиксированы вначале проектные (расчетные), а затем и реальные характеристики теплопотребления после опытной проверки построенного здания в конце гарантийного срока. По результатам опытной проверки (натурных теплотехнических испытаний) предполагается относить здание к соответствующей категории энергетической эффективности. Таким образом, по энергетический паспорту возможно оценить уровень теплозащиты и эксплуатационной энергоемкости здания в целом, а также величины энергетических нагрузок на это здание (расчетного тепла на отопление, горячее водоснабжение, годового теплопотребления и удельного теплопотребления на 1 м2 общей площади квартир). Следует иметь в виду, что в существующих зданиях наиболее уязвимы к промерзанию: цокольные и верхние этажи, торцовые стены, стыки между панелями, а также- светопрозрачные ограждения. Наиболее уязвимы к протечкам: подвальные и верхние этажи.
При ремонте и реконструкции зданий для усиления теплозащиты сплошных ограждающих конструкций в настоящее время рекомендуются различные способы, в числе которых:
напыление снаружи асбоминватой с устройством защитной цементной корки или, напыление пенополиуретана с защитной окраской (при согласовании с органами пожарного надзора);
устройство наружной теплоизоляции с помощью плитных материалов (минераловатных или полистирольных) с креплением на клею или пристрелкой на дюбелях (выпускается минвата, не впитывающая воду); полистирол армируется стеклотканью с последующим оштукатуриванием.
В ряде случаев, согласно рекомендации Академии коммунального хозяйства, достаточно утеплять только стыки, перекрывая их по ширине на 0,25м.
Для “наружного” утепления зданий без “мокрых” процессов появляются новые технологии, материалы и готовые теплоизоляционные конструкции. Так одной из российско-германских фирм предложены и опробированы на ряде зданий в Москве декоративные фасадные теплосберегающие панели-сэндвич “полиалпан” с сопротивлением теплопередаче  1 м2 град / Вт.
Технология усиления теплозащиты зданий снаружи позволяет выполнить работы без отселения жильцов. Наружное утепление работает более эффективно, чем утепление изнутри и улучшает температурно-влажностный режим строительной конструкции (повышается долговечность стен). Из приведенного графика (рис. 5.2) видно, что расположение теплоизоляционного слоя снаружи обеспечивает лучшие температурные условия в ограждении.
Однако, в отдельных случаях может быть оправдано и утепление стен изнутри (с созданием слоя теплоизоляции по внутренней поверхности ограждений). Например:
в зданиях- памятниках старой архитектуры при желании не менять внешний облик строения;
при нарушении температурного режима зимой в отдельных помещениях здания (а не во всем здании).
На влажностное состояние наружных ограждений влияет порядок расположения слоев. Для исключения конденсации влаги в толще стен необходимо:
паронепроницаемые или малопроницаемые (более плотные) слои располагать у внутренней поверхности стены;
слои с большей паропроницаемостью и с меньшей теплопроводностью (пористые материалы) располагать у наружной
поверхности стены.
Данное расположение слоев, кроме того, повышает теплоустойчивость ограждения.
Если такое расположение слоев выполнить невозможно, по каким либо причинам (а также если для помещения характерна повышенная эксплуатационная влажность воздуха), то вблизи внутренней поверхности устраивают пароизоляцию (битумные мастики, смолы, лаки, изоляционная бумага, масляная покраска).
Размещать пароизоляционный слой с внутренней стороны следует не глубже той плоскости, у которой температура равна температуре точки росы внутреннего воздуха (обычно его размещают под слоем внутренней штукатурки). Снаружи ставить пароизоляцию не следует.
Для оценки влажностного состояния ограждающей конструкции (стены) проводят расчет на конденсацию влаги в ее толще. Он может выполняться как для стационарного режима (графически), так и по методике нестационарного режима [57]. В первом случае (рис. 5.3) строится линия падения температур в толще стены и кривая максимальной упругости водяного пара (Е), т.е. кривая парциального давления насыщенного пара (мм рт. столба). Затем строится линия реальной упругости водяного пара (е), т.е. парциального давления пара при данной температуре стены и влажности воздуха. Если линии Е и е не пересекаются, то конденсат в толще стены выпадать не будет. На рынке строительных материалов появляются составы, позволяющие защитить наружные ограждения (стены) от увлажнения осадками, предотвратить поглощение воды материалом стены за счет придания ему гидрофобности (несмачиваемости). При этом сохраняется пористость и “дыхание” стен. Так кремнийорганический гидрофобизатор “Аквасил” ставропольского ЗАО “Грантстрой” предназначен для обработки всех ограждений от кровли до фундамента, применяется в виде водного раствора, экологически безопасен, с сохранением эффекта гидрофобизации более 10 лет.
Московский завод “Филикровля” освоил производство эластичного герметика-ленты (с липкой поверхностью) под названием “герлен” различных типов, дублированных холстом или фольгой в зависимости от назначения. Герлен предназначен для герметизации швов, стыков, трещин в бетоне, кирпиче, металле, шиферных и полимерных кровель, а также - стыков водопроводных труб и др.
5.1.2. Светопрозрачные ограждения
Для светопрозрачных ограждений (окон, балконных дверей и др.) характерны пониженное, по сравнению со сплошными ограждениями, сопротивление теплопередаче, и повышенная воздухопроницаемость. Как правило, конструкции окон, помимо стекол, включают профиль (переплет), раму, уплотнители притворов и герметики.
К окну предъявляются следующие теплотехнические требования:
сопротивления теплопередаче должно быть не ниже нормативной, а воздухопроницаемость должна соответствовать нормативной;
отсутствие конденсата (инея) на внутренней поверхности стекла, обращенной в помещение в зимний период; (в любом случае эта температура должна быть не ниже 3С).
Кроме того, окно должно иметь хорошую светопропускную способность (светопрозрачность), приемлемые акустические свойства (снижать уровень уличного шума), механическую прочность и сопротивление ветровому давлению, а также эксплуатационную надежность и ремонтопригодность. Окно - это строительная продукция. подлежащая обязательной сертификации.
В СНИП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» нормативы сопротивления теплопередаче окон повышены по сравнению с прежними. Эти нормативы зависят от климатического района, т.е. от числа градусо-суток в данной местности, и приведены в табличной форме. Так, для климата с числом градусо-суток 5027 (г. Москва) он составляет 0,54 м2 С/Вт. Ранее сопротивление теплопередаче окон для этих же условий составляло 0,39 (для спаренных переплетов), а фактически в массовом строительстве не превышало 0,35 м2 С/Вт из-за неудовлетворительного качества изделий и монтажа.
Требования к воздухопроницаемости окон и балконных дверей также повышены. Так, для жилых зданий, вместо 10-и кг/м2 ч, принято 6_кг/м2 ч.
Следует отметить, что в большинстве западных стран сопротивление теплопередаче окон составляет не ниже 0,65 м2 С /Вт (в США в массовом строительстве внедряются окна с R=0,75-0,95 м2 С /Вт), а нормы кратности воздухообмена (Швеция, США) составляют 0,5-0,6 ч-1. Однако, при кратностях воздухообмена менее 0,5 ухудшается самочувствие и возникает опасность заболеваний. Новые конструкции окон и оконные технологии пришли к нам с Запада, где энергетический кризис заставил сделать крупные инвестиции в научно-технические разработки этого направления.
Поскольку наибольшая доля трансмиссионных теплопотерь приходится на лучистую составляющую, то прежде всего были созданы теплоотражающие стекла и пленки и отработана технология их получения. Эти стекла и пленки пропускают весь дневной (солнечный) спектр, но отражают инфракрасную его часть, в том числе и тепловое излучение из помещения. Поэтому эти стекла (пленки) назвали селективными. Данный эффект достигается за счет нанесения на поверхность стекол специальных покрытий из частиц металлов и сплавов (оксидов серебра, индия или олова). В результате их применения сопротивление теплопередачи окна увеличивается на 15-20%, а температура стекла повышается на 4С. Развитие оконных технологий шло и по линии отработки конструкций и материалов профилей (переплетов), а также уплотняющих материалов и герметиков. В результате на рынке появились однокамерные и двухкамерные стеклопакеты (рис. 5.4.), изготавливаемые, как правило, из полированных стекол, часто с использованием теплоотражающего покрытия или без него, с заполнением инертным газом (например, аргоном) или без заполнения, с применением влагопоглотителя, с использованием пластмассовых (из ПВХ), алюминиевых (с термовставками), деревянных или композитных (например, стеклопластиковых) переплетов. При этом резко снизилась воздухопроницаемость окон. Однако, при установке стеклопакетов в наших жилых зданиях (старой постройки) вследствие такого снижения возникает проблема проветривания помещений. Дело в том, что при естественной вентиляции зданий (что характерно для жилых зданий в нашей стране) наружный воздух поступает в помещения в основном через неплотности окон и форточки, а удаляется по вытяжным каналам из кухонь и санузлов. При такой расчетной схеме снижать воздухопроницаемость окон возможно только до определенного предела, иначе уменьшится воздухообмен в помещении. Вследствие наших суровых зим и низкого качества уплотнения окон в СНиП ограничивался только верхний предел воздухопроницаемости, а о нижнем пределе не упоминалось. Подразумевалось, что при недостаточном воздухообмене увеличить его возможно путем открывания форточек. Для обеспечения же нормативного воздухообмена в помещениях со стеклопакетами стали устанавливать в их переплетах специальные приточные клапаны (см. раздел 5.2.4). Однако, при естественной вентиляции требуемый воздухообмен может быть обеспечен при достаточном тепловом напоре. При наличии же принудительной вентиляции (приточно-вытяжной или только вытяжной), как во многих в жилых зданиях Европы и США), обеспечивается гарантированный воздухообмен. В России в последние годы освоены современные оконные технологии. В Санкт-Петербурге и Саратове действуют два крупных завода по производству теплоотражающих стекол, освоено производство профилей из различных материалов для стеклопакетов и т.д. За рубежом (США, Зап. Европа) осваивается производство вакуумных стеклопакетов с R=1,6 - 2,0 м2 С /Вт. В ближайшей и отдаленной перспективе появятся вакуумные стеклопакеты (в которых конвективная составляющая теплопередачи равна нулю), стеклопакеты с электрообогревом, стекла с электрохромным покрытием (в которых за счет прикладываемого напряжения меняется теплопропускающая способность), покрытия для преобразования солнечной энергии в электрическую и т.д. В домах старой постройки существующие окна с недостаточной теплозащитой и высокой воздухопроницаемостью являются наиболее уязвимой частью ограждений и могут свести к нулю все остальные мероприятия по теплозащите здания. Поэтому при ремонте или реконструкции таких зданий следует провести санацию или замену конструкции окон. В частности для климата Москвы (5027 градусо-суток) возможно принять один из следующих вариантов:
однокамерный стеклопакет из стекла с мягким селективным покрытием в деревянном, либо из ПВХ или в композитном переплете (0,56 м2 С /Вт);
двухкамерный стеклопакет из обычного стекла, с межстекольным расстоянием 12 мм (0,54 м2 С /Вт);
одинарное стекло плюс однокамерный стеклопакет при раздельных переплетах (0,56 м2 С /Вт);
тройное остекление в раздельно-спаренных переплетах (0,55 м2 С /Вт);
В данном случае более дешевым решением при существующих раздельных переплетах (рекомендация академии коммунального хозяйства) является замена только второго (наружного) стекла на однокамерный стеклопакет. При этом, следует ставить его не заподлицо с наружной поверхностью стены (как ставят его в Европе с мягким климатом), а с отступом внутрь для улучшения тепло- влагозащитных свойств окна.
Если такое решение неприемлемо для заказчика, то необходимо провести ремонт старых окон в деревянных переплетах с применением современных ремонтных технологий, позволяющих восстановить функции окон с гарантийным сроком службы до 15 лет. Эта технология предусматривает использование современных инструментов, термоклеев для заделки трещин и пломбирования раковин и сколов, новых эффективных уплотнителей и т.д.
5.2. Энергосбережение инженерными системами
К инженерным системам жизнеобеспечения принято относить системы, обеспечивающие требуемые для человека условия обитания в режиме отдыха и работы, т.е. системы энерго-водо-воздухоснабжения, водоотведения (канализации) и удаления отходов.
5.2.1. Системы теплоснабжения
Большинство крупных городов страны (80% городского фонда России) обеспечиваются теплом от централизованных систем теплоснабжения, представляющих собой мощные источники тепла, соединенные с потребителями (зданиями) тепловыми сетями. Общая протяженность магистральных участков тепловых сетей составляет 13 тысяч км, распределительных и внутриквартальных – 125 тысяч км.
Применение централизованных систем в городской застройке при плотности тепловой нагрузки не менее 0,25 Гкал/ч Га считалось экономически оправданным. Эти системы, как известно, имеют ряд преимуществ, по сравнению с автономными. При источнике теплоснабжения в виде ТЭЦ - это возможность комбинированного получения электроэнергии и тепла, т.е. с более высоким общим КПД, равным примерно 0,8 (при раздельной выработке электроэнергии, т.е. на КЭС, КПД составляет всего лишь 0,35-0,40). Таким образом, на ТЭЦ более экономно расходуется топливо.
ТЭЦ и крупные котельные в настоящее время обеспечивают в стране около двух третей потребности в тепловой и примерно треть потребности в электрической энергии. При их использовании резко уменьшается число источников загрязнения окружающей среды, т.е. проще решаются экологические проблемы и снижается трудоемкость эксплуатации. И все же, в настоящее время, по ряду объективных и субъективных причин для большинства централизованных систем теплоснабжения характерны перерасход тепла и повышенная аварийность, в основном из-за больших теплопотерь в коммуникациях- теплопроводах (теплопотери 12–20% при нормируемом значении 5%,, утечки теплоносителя – от 5 до 20% расхода сети при нормируемой величине 2%.), их недолговечности, сложности регулирования гидравлического режима и отпуска тепла потребителям. Из всех видов инженерных коммуникаций (тепловые, электрические, газовые, водопроводные и т.д.) тепловые сети в настоящее время являются наиболее дорогостоящими и наименее надежными и долговечными. Указанные обстоятельства требуют внедрения более современных конструкций теплопроводов и технологий их прокладки, а также - надежных средств регулирования на разных ступенях перемещения и распределения теплоносителя в централизованных системах. Требуют совершенствования и источники централизованного теплоснабжения. Например, в г. Москве введены в эксплуатацию районные тепловые станции (РТС) нового поколения с полной автоматизацией процесса получения тепла и регулирования его отпуска, с контролем за всеми параметрами работы оборудования на операторском пульте и возможностью управления процессом.
В настоящее время скорректирована концепция централизации теплоснабжения, право на существование приобретают автономные источники теплоэнергии на газовом топливе (малые котельные: крышные, пристроенные, встроенные) и обозначена область их применения. Автономное теплоснабжение здания (в частности с использованием крышных котельных) в условиях городской застройки и дефицита тепловой энергии возможно в следующих случаях:
при невозможности подключения к централизованной системе из-за ограниченной мощности теплоисточника, а также из-за ограниченной пропускной способности теплосети и нецелесообразности ее перекладки;
при большой удаленности здания от районов централизованного теплоснабжения;
при наличии повышенных требований к режиму теплопотребления, не обеспечиваемых централизованным теплоснабжением.
Для оценки экономического эффекта применения автономной газовой котельной достаточно на схему теплосети города (района) наложить схему газовой сети и подсчитать стоимость двух вариантов: дополнительной прокладки теплосети с увеличением установочной мощности теплоисточника (центральной котельной) или устройства автономной котельной на газе (крышной, пристроенной и т.д.) с прокладкой к ней газопровода. Причем, автономная котельная в данном случае - это по существу котлоагрегат плюс тепловой пункт.
Рассматривается возможность использования автономного поквартирного теплоснабжения при небольшой этажности зданий. При этом в каждой квартире устанавливаются двухконтурные водоподогреватели на газе с герметичным топливником, которые подсоединяются к квартирной системе водяного отопления и горячего водоснабжения.
Таким образом, признается необходимым разумное сочетание централизованного теплоснабжения с автономным (например, с использованием крышных котельных на газе). В каждом конкретном случае следует учитывать экономический, социальный и экологический эффект от их применения.
При малой плотности застройки, в том числе при малоэтажном и коттеджном строительстве, очевидны преимущества автономного теплоснабжения. Прежде всего, это отсутствие потребности в дорогостоящих и пока недостаточно надежных тепловых коммуникациях (теплосетях).
При необходимости отказа от централизованного теплоснабжения наиболее энергоэффективным решением можно считать автономный источник совместной выработки тепловой и электрической энергии (когенерация), т.е. мини-ТЭЦ на базе газопоршневых (до 60 квт) или на базе микротурбинных установок (от 60 до1600 квт). Эти решения относятся к «малой энергетике». Условно к малой энергетике относят различного рода автономные энергоисточники с установленной мощностью не более 30…40 МВт. Установками малой энергетики (в основном – теплогенераторами) оснащено 60% территории России. Согласно «Концепции развития и использования возможностей малой и нетрадиционной энергетики» (МТ-6758-92), к объектам малой энергетики отнесены: электростанции мощностью до 30 МВт (с агрегатами до 10 МВт), котельные установки с общей теплопроизводительностью до 20 Гкал/ч. Совместное (комбинированное) производства электроэнергии и тепла в последнее время принято обозначать термином "когенерация" (ранее известно как «теплофикация»). В случае, если в мини-ТЭЦ получают ещё и холод (например, с помощью абсорбционных холодильных машин), то данную технологию называют "тригенерацией". Когенерация в основном работает на природном газе и других "бытовых" видах топлива. По данным статистики наиболее востребованы в мировой практике МИНИ-ТЭЦ на базе газопоршневых двигателей электрической мощностью 1 МВт. Новым направлением, успешно развивающимся в США и Западной Европе, стали микротурбинные установки единичной мощностью в 100–200 кВт. Есть первый опыт их применения и в России [3,21]. В настоящее время в стране функционирует около 200 газопоршневых мини-ТЭЦ. Однако лишь небольшая часть из них имеет возможность работать параллельно с единой энергосистемой, воспринимающей излишки вырабатываемой энергии. Причины этого изложены в главе 3. Одно из таких решений реализуется для энергоснабжения строящегося комплекса Москва-Сити). При сравнении некоторых технологических и энергетических показателей газовой турбины и газопоршневого двигателя , следует отметить: - в камеру сгорания турбины топливо подаётся под давлением не менее 20 – 25 бар, на поршневой двигатель от 150 до 3000 мбар;
- при единичных мощностях до 50 мВт наивысшим электрическим КПД обладают поршневые двигатели, а при мощностях свыше 50 мВт более высокий КПД имеют силовые установки с комбинированным циклом, содержащим газовую и паровую турбины; - электрический КПД газовых турбин в диапазоне малых мощностей (1-10_мВт ), составляет 24 – 34%, а температура отработанных газов около 500 град.С, что позволяет получить высокотемпературное тепло;
- удельные выбросы на турбине меньше, чем у поршневого двигателя. Внешний вид установки TA-100 микротурбинной установки TA-100RCHP компании Elliot Energy Systems (США) (наружного исполнения) представлен на рис. 5.5
При реконструкции централизованного теплоснабжения городских районов города в целях энергосбережения могут быть рекомендованы следующие направления :
внедрение районных тепловых станций (РТС) нового поколения (на газе) с полной автоматизацией процесса выработки, отпуска и распределения тепловой энергии; отказ в ряде случаев от центральных тепловых пунктов (ЦТП) и переход на системы теплоснабжения с индивидуальными тепловыми пунктами (ИТП) здания, что позволит исключить внутриквартальные теплопроводы горячего водоснабжения и сократить потери тепла; внедрение центрального по дому и пофасадного (для зданий, ориентированных в направлении «север-юг») регулирования и учета расхода тепла;
использование частотно-регулируемых приводов насосов и вентиляторов;
изменение схемы теплоснабжения с частичным переводом централизованного горячего водоснабжения на автономные системы с установкой квартирных газовых или электро-водоподогревателей; изменение схемы теплоснабжения с подключением к обратному трубопроводу (с возвратным теплоносителем) абонентов с низкотемпературными установками теплопотребления, например, водяной системой отопления «теплый пол», работоспособной при температуре теплоносителя в сети 35–40 °C [26]; установка тепло-электро-аккумуляторов для резервирования тепла при выравнивании графика нагрузок эл/сети;
создание комбинированных систем, включающих традиционную котельную и пиковые электроподогреватели (аккумуляторы) или один-два дополнительных нетрадиционных источника тепла (гелиосистемы, теплового насоса, геотермального источника) [2];
Переход от ЦТП к индивидуальным тепловым пунктам (ИТП) сопровождался созданием блочных ИТП полной заводской готовности (рис. 5.6), представляющих единый компактный блок, в котором скомплектованы теплообменник, насосы, регулирующая и запорная арматура, приборы учета и т.д. Поскольку ИТП размещается в самом здании (в месте ввода тепловых коммуникаций), то желательно уменьшить площадь, занимаемую этим оборудованием. Малогабаритный блочный ИТП отвечает этой цели. Как правило, в нем используется пластинчатый теплообменник, имеющий значительно меньшие размеры, чем традиционный кожухотрубный. Однако, в последние годы появились новые разработки трубных теплообменников, в частности ТТАИ (тонкостенный теплообменный аппарат интенсифицированный), по энергоэффективности не уступающий пластинчатым [5, 61, 35]. Общий вид ТТАИ представлен на рис.5.7. За счет интенсификации теплообменного процесса разработчикам удалось почти в 10 раз уменьшить массу и габаритный объем аппаратов по сравнению с традиционными кожухотрубными.
На базе теплообменника ТТАИ предложен «планшетный» ИТП (рис. 5.8), позволяющий рассредоточить все оборудование ИТП по стене и тем самым снять ограни­чения по необходимой площади помещения для ИТП. При этом обеспечивается беспрепятственный доступ к каждо­му элементу оборудования для обслуживания или ремонта, но теря­ется такое преимущество, как заводская сборка, т. к. собирать «планшетный» ИТП приходится непосредственно на объекте. В заключение следует упомянуть и об общеизвестных мероприятиях, снижающих расход энергии: увеличение температурного перепада на тепловой сети за счет большего охлаждения обратной воды; перевод котельных на газовое топливо, переход с парового на водогрейный режим отопительных котельных, замена устаревших конструкций котлов на новые с более высоким КПД, замена теплопроводов в теплосетях на теплопроводы с тепловой изоляцией из пенополиуретана (как наиболее прогрессивной в настоящее время) и оснащенными системой сигнализации утечек, а также периодическая экспресс-наладка системы теплоснабжения здания с промывкой и регулировкой.
5.2.2. Приборы учета потребления тепловой энергии
Приборы учета не дают прямой экономии потребляемой энергии, но регистрируют фактическое потребление, без чего практически невозможно оценить энергосберегающие мероприятия, а значит реализовать экономический эффект.
Приборы учета таких ресурсов, как электроэнергия, газ и вода, ранее всегда применялись в энергохозяйствах ЖКХ и промпредприятий. Учет тепловой энергии требует использования более дорогостоящих приборов, интегрирующих во времени произведение расхода на перепад температур теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах системы. Такие приборы нуждаются в квалифицированном техническом обслуживании и периодической госповерке.
В последние годы на российском рынке представлен широкий ассортимент приборов учета тепловой энергии (теплосчетчиков) , из которых более 100 типов допущены Госстандартом РФ для использования в России (зарегистрированы в Госреестре).
Нормативной базой учета энергопотребления служат правила учета [33], утвержденные Минтопэнерго РФ. В соответствии с законом «Об обеспечении единства измерений» все измерения должны осуществляться на основе методик, аттестованных в органах Госстандарта РФ, на который возложены функции надзора за средствами измерений.
Комплект прибора-теплосчетчика, как правило, состоит из двух блоков: датчиков (преобразователей), фиксирующих расход теплоносителя (расходомеры), температуру и давление и блока тепловычислителя, обрабатывающего первичную информацию (рис.5.9).
Наиболее распространенные теплосчетчики различаются по принципу действия преобразователей расхода (расходомеров) на “сужающиеся устройства”, тахометрические (механические), вихревые, электромагнитные (индукционные) и ультразвуковые.
Преобразователи на принципе сужающихся устройств (квадрат скорости потока пропорционален создаваемому перепаду давлений) имеют большое гидравлическое сопротивление, большую погрешность и обладают наименьшим рейтингом.
Принцип действия вихревых преобразователей основан на измерении частоты пульсаций давления в вихрях, создаваемых за размещенным в потоке телом обтекания. Простота изготовления и сравнительно невысокая стоимость сделала их популярными на мировом рынке.
Принцип действия электромагнитных теплосчетчиков основан на способности жидкости возбуждать электрический ток при движении в магнитном поле. При этом возникающий электрический потенциал пропорционален скорости потока жидкости. Эти счетчики весьма чувствительны к электропроводимости жидкости, т.е. к ее физико-химическому составу.
В ультразвуковых теплосчетчиках принцип действия базируется на измерении времени прохождения звукового сигнала в потоке жидкости (от источника до приемника сигнала и обратно), которое зависит от скорости потока. Они имеют малое сопротивление, высокую точность измерения, приемлемый межповерочный интервал без демонтажа прибора, но требуют тщательного монтажа и имеют наиболее высокую стоимость. Для исключения обрастания стенок (сохранения точности измерения) патрубок расходомера должен изготавливаться из нержавеющей стали с полированной внутренней поверхностью. Применение их пока оправдано на теплопроводах больших диаметров.
Следует учитывать, что теплосчетчик может иметь в своем составе два-три расходомера (преобразователя). Например, в открытой системе теплоснабжения расходомер ставится на подающем и на обратном трубопроводах, т.к. в последнем расход воды меньше.
Краткие сведения о преобразователях отечественного изготовления приведены в таблице 5.1. Вводимый в комплект теплосчетчика тепловычислитель (их более полутора десятков разновидностей) подбирается в зависимости от числа контролируемых параметров, числа подключаемых датчиков, вида электропитания и т.д.
Наиболее перспективными считаются электромагнитные и ультразвуковые теплосчетчики. Опыт эксплуатации приборов учета в условиях г. Москвы позволил остановить выбор на применении электромагнитных теплосчетчиков. При этом важным требованием является комплектация теплосчетчика (т.е. преобразователей и соответствующих вычислителей) одним производителем. В противном случае ответственность за работоспособность прибора (в том числе гарантия) размывается между разными исполнителями.
В комплекте прибора могут поставляться микропроцессорные адаптеры для подключения вычислителя к персональному компьютеру, принтеру для распечатки результатов, а также к модему (для систем удаленного сбора данных). В настоящее время появились универсальные тепловычислители (например, ТВМ-Вымпел), совместимые с многими типами преобразователей, с программным обеспечением, позволяющим вписаться в конфигурацию любого теплового узла.
Следует отметить, что наиболее надежны вычислители, в том числе и вычислители отечественного производства, выполненные на элементной базе известных зарубежных производителей.
Для установки теплосчетчика в существующем здании (в тепловом узле, ИТП) требуется получить от теплоснабжающей организации технические условия на установку, разработать проект узла учета и согласовать его с той же организацией. На предпроектной стадии желательно выбрать тип прибора, которым предполагается оснастить узел учета. Весь объем работ, начиная с проекта и выбора теплосчетчика и кончая пуском следует поручить специализированной фирме, имеющей лицензию Госэнергонадзора и дающей послемонтажную гарантию.
Таблица 5.1 Типы преобразователей расхода теплоносителя отечественного производства с Dу =50мм
Параметры
Тип преобразователя
Тахометрические
Вихревые
Электромагнитные
Ультразвуковые
Диапазон расходов теплоносителя, м3/ч
3 - 20
1 - 32
1,4 - 57
1,25 - 85
Относительная погрешность, %
2
1
0,5 - 1
1 - 2
Межповерочный интервал, год
2 - 4
2 - 4
1 - 4
1 - 3
Источник электропитания
отсутствует
встроенный автномный
сеть 220 в
сеть 220 в или автономный
Потребность в фильтрах по воде
до водомера - магнитный, после - сетчатый
до водомера-магнитный, после - сетчатый
не требуется
не требуется
Геометрия установки
горизонтальное пложение
горизонтальное и вертикальное
горизонтальное и вертикальное
горизонтальное и вертикальное
Потребность в демонтаже для поверки
требуется
не требуется
требуется
не требуется
Возможность программирования эксплуатационного. режима
нет
нет
есть
есть
Стоимость на начало 2000 г., $ USA
170-180
180-200
400-550
450-940
При выборе преобразователя следует учитывать:
факт внесения прибора в Госреестр (наличие сертификата Госстандарта РФ) и наличие экспертного заключения Госэнергонадзора Минтопэнерго РФ);
область применения и условия эксплуатации прибора, указанные в его заводском паспорте (в том числе, скорости, температуры, диаметры, загрязненность воды, требуемый запас давления на вводе, присоединительные размеры, ограничение длин прямолинейных участков для установки прибора, пространственная ориентация прибора и т.д.);
допустимую погрешность измерений;
межповерочный период работы прибора и необходимость его демонтажа для госповерки;
срок службы и источник электропитания.
Приборы учета теплопотребления в первую очередь должны устанавливаться на границе раздела собственности (или ответственности) субъектов энергетического рынка. Возможные места установки этих приборов применительно к ЖКХ:
на центральных тепловых пунктах - ЦТП (микрорайона или группы домов);
на вводе в многоквартирные или общественно-административ­ные здания (в узле ввода или в индивидуальном тепловом пункте - ИТП);
на вводе в отдельную квартиру (при поквартирном отоплении); при наличии в этом случае общедомового теплосчетчика, как указано ранее, возможна установка только горячеводного водомера;
На автономных источниках тепловой энергии, как правило, теплосчетчик не требуется, т.к. энергопотребление может фиксироваться по расходу топлива (газа, жидкого, твердого).
При использовании теплосчетчиков, как показывает опыт, оплата за потребление теплоэнергии в среднем сокращается на 30%, по сравнению с оплатой за “расчетное” потребление. Номенклатура приборов - теплосчетчиков постоянно обновляется. Сведения о существующих и новых приборах периодически публикуются в информационном журнале Ростехнадзора «Энергонадзор и энергобезопасность».
5.2.3. Системы отопления
Широкое применение в гражданском строительстве ряда городов нашли три типа водяных систем отопления: вертикальные однотрубные (с замыкающими участками у приборов), вертикальные двухтрубные и горизонтальные двухтрубные поквартирные системы. Нагревательные приборы в этих системах, согласно действующим строительным нормам, как правило, оснащаются термостатическими клапанами (термостатами), которые автоматически поддерживают заданную потребителем температуру воздуха в помещении. Термостаты позволяют экономить до 20 % тепла за счет учета теплопоступлений от солнечной радиации, от людей, а также бытовых и производственных тепловыделений. Анализ многолетней работы этих систем в условиях Москвы показывает, что каждая из них имеет достоинства и недостатки. Вертикальные однотрубные системы надежны, дешевле, проще в монтаже, чем двухтрубные, имеют высокую степень унификации. К недостаткам следует отнести:
- малую зависимость расхода теплоносителя в системе от степени открытия термостатов, - при закрытых термостатах теплоноситель из подающей линии перетекает в обратную, почти не остывая, что крайне нежелательно, если источником теплоснабжения является ТЭЦ.
За рубежом данная система распространения не получила.
В отличие от однотрубных, вертикальные двухтрубные системы более приспособлены к экономии тепла с использованием термостатов.
Применение термостата позволяет эффективно регулировать теплоотдачу отдельного прибора за счет изменения расхода теплоносителя через прибор в пределах, настраиваемых пользователем. При этом требования к чистоте теплоносителя (отсутствию механических примесей) повышаются из-за возможности засорения пропускного отверстия термостата. В частности установка термостатов на традиционные чугунные радиаторы может не дать ожидаемого эффекта из-за повышенного присутствия механических примесей, характерного для этого вида нагревательных приборов. Термостаты следует подбирать с возможно большим числом фиксированных настроек и обращать внимание на шумовые характеристики. Для стабилизации перепадов давлений и ограничения расхода теплоносителя в системах отопления (на стояках, вводах, горизонтальных ветвях), а также в системах горячего водоснабжения и холодоснабжения, широкое применение находят балансировочные клапаны, вместо ранее применяемых дроссельных шайб. На рынке России представлены термостаты и балансировочные клапаны производства компаний Данфосс (Дания), Oventrop (Германия), Herz (Австрия) и др.
Для современных многоэтажных зданий наиболее эффективной признана поквартирная горизонтальная двухтрубная система [1,12,22,10]. Это новый вид систем, позволяющий одновременно решить две противоречивые задачи – повысить тепловую комфортность жилища и снизить теплопотребление. Схема поквартирной разводки приведена на рис. 5.10.
На лестничной площадке поквартирные вводы могут объединяться коллекторами с поквартирными счетчиками тепла в общем приборном щите (рис. 5.11). В этом случае приборные щиты всех этажей объединяются подающим и обратным стояками системы отопления, связанными через домовой узел учета теплоты с теплосетью.
Применяются две схемы поквартирного отопления: лучевая и периметральная. При лучевой схеме (рис.5.12) каждый из отопительных приборов присоединяется к подающему и обратному коллекторам (манифолдам) и регулируется автономно. Разводка из металлополимерных труб или полимерных, укладывается в стяжку «чистого» пола. Трубы в полу прокладываются либо в гофрированной трубе, либо с теплоизоляцией достаточной толщины. В обоих вариантах подвижки трубы из-за теплового расширения не влияют на нормальную работу системы. При периметральной схеме (с разводкой труб по периметру помещения) трубы, как правило, укладываются в каналах (лотках, плинтусах) и доступны для обслуживания. В этом случае могут быть использованы как металлополимерные (полимерные) трубы, так и стальные. В данной схеме отопительные приборы гидравлически более зависимы, но она требует меньшего количества труб и обладает лучшей ремонтопригодностью.
В целом преимущества горизонтальных двухтрубных систем поквартирного отопления, по сравнению с другими системами, состоят в следующем:
благодаря единственному вводу в квартиру подающего и обратного трубопроводов (что в других системах исключено) обеспечивается квартирный учет расхода тепловой энергии с помощью индивидуального теплосчетчика;
возможность отключения только одной квартиры (а не всего стояка в многоэтажном здании) в случае аварии или при ремонте; при этом не требуется присутствие жильцов, т.к. запорная арматура размещена на лестничной площадке в приборном щите; возможность жильцов самостоятельно регулировать теплоотдачу отопительных приборов без изменения теплового режима соседних квартир;
наименьшая уязвимость при несанкционированных изменениях в системах соседних квартир;
возможность скрытой прокладки труб, что улучшает интерьер квартиры;
В многоэтажных зданиях с поквартирными системами отопления и наличием на абонентском вводе домового теплосчетчика, измеряющего общий расход теплоэнергии (на весь дом или секцию), для поквартирного учета возможно ставить на каждую квартиру, вместо индивидуального теплосчетчика, обычный горячеводный расходомер (водомер). Такое решение требует меньших финансовых затрат и позволяет учесть поквартирное потребление тепла, поскольку расход тепла каждой квартирой пропорционален произведению показания водомера на средний по дому перепад температур в подающем и обратном трубопроводе. Нормативными документами г. Москвы поквартирные системы рекомендованы к применению в проектах. Все домовые и квартирные приборы учета тепла и воды, так же как и электросчетчики, подключаются к интегральной автоматической системе управления энергосбережением (ИАСУЭ) для автоматической передачи данных в объединенные диспетчерские пункты. В ближайшей перспективе, в многоквартирных жилых зданиях по прежнему будет применяться водяное отопление. В зданиях общественного и административного назначения, а также в промышленных зданиях - водяное и воздушное. Паровое отопление, применяемое в промышленных зданиях, подлежит замене, так как оно имеет худшие, по сравнению с водяным, энергетические показатели (на 10-15% больше затрат первичного энергоресурса). Воздушное отопление, совмещенное с системой приточной вентиляции или автономное, обладает меньшей металлоемкостью и стоимостью (по сравнению о водяной и паровой системами), является безинерционным, создает лучшие возможности для утилизации тепла, позволяет обеспечить местное "душирование" и тем самым снизить общий расход тепла. При автономном воздушном отоплении производственных помещений широкое распространение получили теплогенераторы различного типа с непосредственным сжиганием газового или жидкого топлива и подогревом приточного наружного (или рециркуляционного внутреннего) воздуха. Теплогенераторы, как правило, оборудованы встроенным вентилятором. Высокая степень автоматизации обеспечивает регулирование теплопроизводительности. При таком решении отсутствие промежуточного теплоносителя (воды) позволяет отказаться от строительства котельной, теплотрасс и системы водоподготовки. Номинальная тепловая мощность рекуперативных теплогенераторов, представленных на отечественном рынке, составляет от 3 кВт до 2,5 МВт и более. Выбор агрегата зависит от размеров помещения, организации воздухообмена, особенностей технологического процесса и т.д. Например, при установке теплогенератора на полу формовочного цеха завода ЖБИ (или на высоте до 2-х метров) и подаче нагретого воздуха горизонтальными струями в рабочую зону тепловые струи всплывают и не обеспечивают требуемой дальнобойности (из-за малых скоростей потока на выходе из агрегата). А при больших скоростях (замене вентагрегата на более мощный) в цехе поднимается пыль и, кроме того, воздушный поток входит в рабочую зону со скоростью выше допустимой (более 0,5 м/с). Рациональным решением в данном случае будет подача нагретого воздуха в рабочую зону наклонными струями, т.е. размещение теплогенератора на высоте 4 и более метров. В промышленных цехах, как и прежде, актуальна утилизация сбросного тепла технологических процессов для целей воздушного отопления или обогрева холодных участков. При выборе мощности периодически работающих систем следует учитывать инерционные свойства обслуживаемых помещений, а также предусматривать в проектах возможность снижения температуры воздуха в нерабочее время. В условиях дефицита энергоресурсов весьма энергоэффективным и малозатратным решением для отопления промышленных зданий является применение газовых инфракрасных излучателей (ГИИ). Это решение внедрено в практику ряда предприятий и подкреплено разработанными стандартом [51] и Рекомендациями [34]. Оно позволяет формировать микроклимат в замкнутом объеме или на полуоткрытой площадке за счет прямого излучения нагретыми поверхностями (излучателями) теплоты, получаемой при сжигании газа. Известно, что при лучистом обогреве рабочих мест и отдельных зон возможно существенно снизить допустимую температуру воздуха в помещении (до 14-16 °С), а значит сократить затраты тепла на отопление и вентиляцию. Кроме того, газовые излучатели имеют высокий коэффициент полезного действия ( 92 % и более).
В состав системы лучистого отопления входит газогорелочный блок, элементы с нагреваемой при сжигании газа теплоизлучающей поверхностью, теплоотражающие экраны и блок управления и безопасности. Системы могут быть двух типов: с отводом продуктов сгорания за пределы помещения и без отвода, с открытой атмосферной газовой горелкой (рис. 5.13). Они быстро монтируются, бесшумно работают и полностью автоматизированы. Помимо экономии энергоресурсов, преимущество данных систем заключается в их полной автономности, независимости от централизованного теплоснабжения. 5.2.4. Системы вентиляции
Как известно, системы вентиляции разделяются по трем признакам: - по методу организации воздухообмена - на общеобменные и местные;
- по направленности потока относительно помещения – на приточные и вытяжные;
- по способу побуждения движения воздуха – с естественным и механическим побуждением.
В последние годы в области общеобменных систем, помимо традиционных – «перемешивающих», появились «вытесняющие» системы и системы с переменным расходом воздуха. Обе последних в отечественной практике применяются крайне редко. Вентиляция вытесняющего типа (Displacement Ventilation, DV) имеет разновидности, но в принципе от перемешивающих отличается созданием практически равномерного однонаправленного потока, движущийся подобно поршню через все помещение. При общеобменной системе вентилируется все помещение или его рабочая зона. За счет ассимиляции наружным воздухом вредности разбавляются до допустимых концентраций. Применяется при рассредоточенных по помещению источниках выделения вредностей (при площадном распределении мелких источников).
Действие местной системы распространяется на часть рабочей зоны помещения, непосредственно на человека или на обору­дование. Местная система обеспечивает удаление вредностей за счет непосредственного отсоса (или подачи) от источника, что возможно при наличии сосредоточенного выделения вредностей, а также при необходимости обеспечить нормативные условия в от­дельных фиксированных местах и т. д. К местным системам относятся воздушные души, воздушные и воздушно-тепловые завесы, местные отсосы от оборудования –(бортовые, зонты).
Местные системы позволяют значительно сократить расход воздуха, по сравнению с общеобменной, поэтому требуют меньших энергозатрат.
При местной вытяжке с расходом, не превышающем од­нократного воздухообмена, приточная вентиляция может не устраиваться, т. к. под воздействием разрежения обеспечивается неорганизованный приток воздух» через неплотности ограждающих конструкций, а создаваемое разрежение минимально и не затрудняет открывание дверей.
В производственных зданиях, в зависимости от технологии, характера и распределения вредных выделений, могут предусматриваться: общеобменные приточно-вытяжные системы механической вентиляции (по перемешивающей или вытесняющей схеме), местные системы (отсос, душирование, воздушные завесы и т.д), а также при определенных условиях – естественная бесканальная вентиляция (аэрация). Для снижения затрат тепловой и электрической энергии следует по возможности использовать местные системы вентиляции, в общеобменных предусматривать рециркуляцию и рациональные способы воздухообмена в помещении, обеспечивающие наибольший коэффициент эффективности, частотное регулирование расхода воздуха, утилизацию тепла удаляемого воздуха и автоматизацию управления, в том числе - блокировку местных систем с рабочими органами (например, включение-выключение воздушных завес или местных отсосов).
В общественных и административных зданиях предусматривается общеобменная приточная или приточно-вытяжная вентиляция. При современных повышенных требованиях к теплозащите ограждающих конструкций [45] потребление тепловой энергии на приточную вентиляцию (подогрев приточного воздуха в зимнее время) становится преобладающим. Это потребление зависит от расхода вентиляционного воздуха, времени работы вентиляционной системы и разности температур наружного и внутреннего воздуха. Установочную производительность вентиляции со средствами подогрева воздуха в общественных и административных зданиях рассчитывают по норме воздухообмена (на 1кв. м площади, по норме на 1 чел, по требуемой объемной кратности) или по ассимиляции доминирующей вредности. Опыт показывает [15], что в ряде случаев, средний воздухообмен в помещениях в зимний период значительно превышает норму (в 1,5-2 раза). Причиной этого может быть не только разрегулировка системы вентиляции, но и проектное завышение воздухопроизводительности. Следует также иметь в виду, что в нерабочее время вентиляция выключена, а нагрев инфильтрующегося воздуха обеспечивается системой отопления. Для проверки адекватности подбора вентоборудования целесообразно на стадии проекта вычислить удельное теплопотребление вентиляцией за отопительный период, используя два выражения одной и той же формулы, которые различаются вариантами выбора расхода воздуха:
qvrec - удельное теплопотребление при минимальной (санитарной ) норме воздухообмена qvrec = 0,28 • 1,25 • 10-3 • a • Dd • h • n / 7 [кВт•ч/м2],
qvdes - удельное теплопотребление при запроектированной (установочной) мощности тепловентиляционного оборудования qvdes = Qv • Dd • h • n / [(7 • Ah) (tint – text)] [кВт•ч/м2],
где а – норма воздухообмена на м2 площади пола, м3/(ч•м2);
0,28 – теплоемкость воздуха, Вт-ч/кг °С
1,25 – плотность воздуха, кг/м3;
Dd – число градусо-суток отопительного периода;
n – число рабочих часов в день;
h – продолжительность рабочей недели (в днях).
Qv – расчетная теплопроизводительность вентиляции (установочная мощность), кВт;
tint – расчетная температура внутреннего воздуха, °С; text – расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления, °С; Ah – общая площадь помещений однофункционального здания (при многофункциональном здании такое сопоставление ведется по группам помещений однофункционального назначения), м2.
При одинаковом варианте выбора расхода воздуха (например, по санитарной норме) результаты расчета теплопотребления должны совпасть (qvrec = qvdes ). Если же при расчете qvdes расход воздуха рассчитывался по другому (например, по ассимиляции тепло-влагоизбытков) или оборудование выбрано с запасом, то в целях теплосбережения полученное qvdes не должно превышать 15-20 % от qvrec (т.е. qvdes ≤ 1,2 qvrec ). В противном случае следует предусматривать энергосберегающие решения (рециркуляцию, утилизацию и т.д.)
Например, для офисных зданий с 8-часовым рабочим днем и 5-дневной рабочей неделей при норме 4 м3/ч на м2 пола в условиях Москвы:
qvrec = 0,28 • 1,25 • 10-3 • 4• 4 943 • 5 • 8/ 7 = 39,5 кВт•ч/м2;
В проекте предусмотрена система вентиляции с теплопроизводительностью Qv = 70 кВт при tint =18°С , text = -26°С и Ah =1000 м2 . Тогда удельное теплопотребление за отопительный период составит
qvdes = 70 • 4943 • 5 • 8 / [(7 • 1000) (18 +26)] = 45 кВт•ч/м2, что превышает минимальную норму на 14 % (45/39,5 = 1,14).
При естественной вентиляции воздух перемещается под воздействием, как правило, теплового (гравитационного) давления (напора): ΔP = 9,8 H • Δ γ, Па,
где H – высота вытяжного канала (расстояние по вертикали между впускным и выпускным отверстиями канала), м; Δ γ – разность плотностей воздуха внутри канала и снаружи Н/м3. Очевидно, что чем выше здание, тем больше располагаемый естественный напор и отказываться от использования бесплатной энергии не разумно. Таким образом, основное преимущество этих систем - отсутствие энергозатрат и незначительные трудозатраты при эксплуатации.
К недостаткам можно отнести непостоянство расхода воздуха (расчет­ный расход обеспечивается при наружной температуре +5°С и при повышении температуры - уменьшается), а также - ограниченный радиус действия по горизонтали канальных систем (не более 8 м).
Различают канальную естественную вентиляцию и бесканальную (аэрация).
Традиционная схема воздухообмена при естественная канальной вентиляции в жилых зданиях прежней постройки предусматривает: - приток через форточки жилых комнат или неплотности окон; - удаление из помещений - через вытяжные решетки, установленные в кухнях и санузлах. В жилых крупнопанельных зданиях от 6-и этажей и выше с целью уменьшения числа вертикальных каналов применяется решение, при котором вентиляционные выпускные каналы из кухонь, расположенных на разных этажах (каналы-спутники), делаются наклонными и соединяются с одним сборным вертикальным каналом не ниже, чем через верхний этаж, с целью вывода этого канала - спутника в зону меньших давлений (рис. 5.14). Таким же способом, с другим вертикальным каналом соединяются выпускные каналы санузлов, находящихся на одной вертикали. Сборный вертикальный канал и каналы - спутники (местные наклонные каналы) предусмотрены в специальных стеновых блоках внутренних стен. В наружных стенах каналы не должны устраиваться из-за опасности охлаждения воздуха и соответственно уменьшения располагаемого напора. Для выпуска воздуха из вертикальных сборных каналов применяются два способа :
- непосредственно в чердачное помещение, чем создается "теплый чердак";
- над кровлей в атмосферу.
На рис. 5.14 показан вариант с «теплым» чердаком». Это решение годится для зданий не менее 6-и этажей. Из чердачного помещения каждой секции здания (разделенного перегородками от других секций) воздух удаляется через шахту, установленную в кровле каждой секции (с высотой не менее 4,5 м от верха перекрытия над последним этажом). В расчетных условиях температура воздуха на чердаке должна быть не ниже 14°С. Такое решение обеспечивает стабилизацию вытяжки, исключает задувание ветром (чердак играет роль ресивера), а также позволяет снизить теплопотери через верхнее перекрытие здания. Над шахтой не должно быть зонтов, дефлекторов и др. оголовков. Для сбора атмосферных осадков на полу чердака под шахтой размещается поддон.
При 2-м способе (в домах без теплого чердака) вытяжные шахты на кровле обычно оснащаются дефлекторами.
Причины ухудшения работы естественной вентиляции зданий, подлежащие учету при проектировании:
- разноуровневые секции здания (малоэтажная секция оказывается в зоне аэродинамической тени),
- строительство многоэтажных зданий рядом с малоэтажными, - недопустимая конструкция оголовка вытяжного вентиляционного канала,
- недостаточная герметичность и теплозащита горизонтального короба, а также недопустимая его протяженность.
Кроме того, при эксплуатации зданий естественная вентиляция нарушается при самовольном (несанкционированном) изменении жильцами геометрии вытяжного канала, установке вытяжных вентиляторов, засорении каналов, отсутствии технического обслуживания и контроля состояния систем вентиляции здания.
Для многоэтажных зданий эффективность естественной вентиляции для разных этажей различна, на последних двух этажах она снижается, т.к. располагаемый напор меньше. Однако известны способы, улучшающие естественную вентиляцию: ветровое – установка дефлекторов (использование энергии ветра для эжекции удаляемого воздуха) и тепловое побуждение (подогрев канала). В современных жилых зданиях повышенной этажности с окнами из стеклопакетов (снижении воздухопроницаемости окон) воздухообмен резко сокращается, по сравнению с обычными окнами, и естественная вентиляция решается путем установки в переплетах окон (в стеклопакетах) или в наружных стенах специальных приточных устройств (клапанов, аэроматов и т.д.), а в отводящих каналах кухни и санузлов - вытяжных клапанов. Приточные устройства могут быть простыми (в виде отверстия с крышкой), а также- с шумоглушителями, воздушным фильтром и регулятором расхода, рассчитанным на пропуск воздуха в среднем от 40 до 60 м3/ч при перепаде давления 20 Па.
Щумоглушащие и пылезадерживающие приточные клапаны имеют повышенное аэродинамическое сопротивление, поэтому применяются при наличии в здании механической системы вытяжной вентиляции. На отечественном рынке представлены приточные клапаны различных конструкций (с разными названиями - климатические, вентиляционные, приточные, гигроскопические и т.д.): и формы: цилиндрические, прямоугольные, щелевые, снабженные местным вентилятором или без него. Например, фирмой «Аэреко» предлагаются приточные гигроскопические клапаны, встраиваемые в профиль стеклопакета и открывающиеся при достижении определенного уровня влажности воздуха в помещении (повышенная влажность в помещении служит индикатором загрязненности воздуха).
Вытяжные клапаны, устанавливаемые в отводящих каналах кухни и санузлов, служат для автоматического поддержания постоянного расхода удаляемого воздуха при изменении перепадов давлений. При увеличении перепада давлений между квартирой и вентиляционной шахтой сопротивление клапана проходящему через него воздушному потоку увеличивается и, соответственно, количество удаляемого из квартиры «отработанного» воздуха уменьшается. Конструктивно эти клапаны могут выполняться по разному. В отечественной практике используется клапан с резиновой камерой, во внутреннюю полость которой имеется доступ воздуха из квартиры (например, с помощью эластичной трубки). При изменении перепада давлений между квартирой и вентиляционной шахтой изменяется объем резиновой камеры в потоке удаляемого воздуха, уменьшая или увеличивая проходное сечение клапана. Таким образом, при снижении перепада давлений между квартирой и вентиляционной шахтой количество удаляемого из квартиры «отработанного» воздуха увеличивается, а при повышении – снижается. На рис. 5.15 приведена схема естественной вентиляции в современных зданиях зданиях панельного домостроения повышенной этажности с "теплым" чердаком, показавшая достаточно устойчивую работу вытяжки без механического побуждения, кроме двух последних верхних этажей, где предусмотрена установка индивидуальных вентиляторов на вытяжке из кухни и санузлов.
Здесь приток воздуха в помещения квартиры осуществляется через приточные клапаны, устанавливаемые в переплете стеклопакетов или в наружной стене. Удаление воздуха из помещений квартиры осуществляется через вытяжные решетки или клапаны канала-спутника, присоединенного к вертикальному сборному каналу. Вертикальные сборные каналы предусмотрены общими или раздельными для кухонь и санузлов. На рис. 5.16 приведена схема, применяемая в современных многоэтажных жилых домах Германии. Она аэродинамически устойчива во все периоды года. Для снижения уровня вентиляционного шума перед вентилятором по ходу воздуха предусматривается шумоглушитель. В других странах Европы в жилых зданиях также применяется механическая вытяжная вентиляция с единым на секцию центробежным вентилятором и естественным притоком воздуха через отверстия в оконном переплете или в стене, оборудованные регулируемыми приточными клапанами. Механическую вентиляцию в наших панельных жилых домах целесообразно внедрять там, где этажность не превышает 6-7 этажей и где неэффективен "теплый" чердак или вместо него сооружается мансарда. Вероятно, применение механической вентиляции будет рациональным при модернизации 9-этажных панельных зданий, ранее построенных в массовом масштабе. Но для этого необходимо обеспечить плотность соединений вертикальных каналов в строительном исполнении, повысить герметичность вентиляционных блоков, межэтажных перекрытий и входных дверей в квартиры.
При новом строительстве жилых зданий в 12-17 этажей, отказываться от использования большого гравитационного напора для побуждения вытяжки нерационально. Более разумно сочетать естественную вытяжку из нижних этажей с механической из верхних и с устройством воздушных клапанов на притоке.
Системы приточно-вытяжной или вытяжной механической вентиляции рекомендуется оборудовать установками для утилизации тепла вытяжного воздуха (при соответствующем технико-экономическом обосновании). Согласно разработанным рекомендациями [55] в квартирах современных жилых домов России могут применяться следующие системы вентиляции:
- системы естественной вентиляции (с естественным притоком и удалением воздуха);
- системы с механическим удалением и естественным притоком воздуха; - с механическим притоком и естественным удалением воздуха;
- системы механической приточно-вытяжной вентиляции.
Наиболее эффективными в настоящее время по энергозатратам признается и рекомендуется при проектировании первая и вторая системы.
Влияние технических решений, эксплуатационных режимов и дефектов в системах вентиляции и воздушного отопления на расход электрической энергии
Основным потребителем электроэнергии в этих системах является вентиляционный агрегат, потребляющий энергию по закону:
N  z = L  P z / 3,6106 в п э ,(5.5)
где N - мощность, [кВт]; L - расход воздуха, [м3 /час]; P - полный напор, [Па]; Z -время работы, [ ч ]; в п э - КПД вентилятора, передачи и электродвигателя, соответственно.
Очевидно, что для уменьшения расхода электроэнергии необходимо стремиться к уменьшению параметров в числителе и увеличению - в знаменателе.
1. Уменьшение параметра L (требуемого расхода воздуха) возможно за счет:
расширения области применения рециркуляции внутреннего воздуха; в приточных схемах за счет создания новых эффективных средств очистки рециркуляционного воздуха;
повышения герметичности сети (за счет более плотных соединений, футеровкой изнутри специальными оболочками и т.д.);
отключения бездействующих ветвей и неработающего оборудования; локализации притока и вытяжки (применение местных систем вентиляции);
рационального размещения приточных и вытяжных отверстий при общеобменной системе вентиляции (т.е. лучшей организации воздухообмена, при которой коэффициент эффективности - наивысший), например: - при удалении явных теплоизбытков вентиляцией Кэф=( tух - tп) / ( tрз - tп )  max; - при воздушном отоплении Кэф=( tп - tух) / ( tп - tрз )  max; - при удалении загрязнений Кэф=( сух - сп) / ( срз - сп )  max, где tп , tух , tрз - температуры приточного, уходящего и воздуха в рабочей зоне, соответственно; сп , сух , срз - концентрации загрязнений в приточном, уходящем и в воздухе рабочей зоны;
применения воздухораспределителей, закручивающих поток (что позволяет увеличить допустимый перепад температур в зимнее время (tрз - tп) за счет ассимиляции тепла потоком из окружающего воздуха, а значит уменьшить расход наружного воздуха).
2. Уменьшение требуемого напора вентилятора - Р возможно за счет:
размещения вентилятора в центре нагрузок (рис.5.17 -а);
рациональной децентрализации систем механической вентиляции (оптимальный радиус не более 30-40 м);
применения бесканальных систем (крышных вентиляторов, с раздачей воздуха не по каналам, а через подшивные потолки);
улучшения аэродинамики фасонных частей;
размещения фасонных частей вне зоны 5D от вентилятора на всасывании и 3D - на нагнетании (или учет изменения напорной характеристики вентиляторной установки, согласно пособию Промстройпроекта “Вентиляторные установки” к СНИП 2.04.05-86);
3. Сокращение времени работы - Z :
блокировкой вентилятора с рабочими механизмами;
автоматизация режимов работы и выключение в нерабочее время.
4. Регулировка расхода воздуха с целью сохранения выбранного проектного КПД вентилятора вент или уменьшения потерь напора.
изменением числа оборотов колеса с помощью частотного регулирования электропривода, при этом изменяется напорная характеристика вентилятора с сохранением проектного вент ;
применением направляющих аппаратов на стороне всасывания;
применением колес с поворотными лопатками (в осевых вентиляторах);
при регулировании расхода с помощью шибера - установкой его на всасывающей линии (поскольку диаметр там, как правило, больше, а значит скорость потока и, соответственно, потери давления меньше), а также из-за меньших завихрений (шибер работает как направляющий аппарат);
подбором вентилятора с учетом его напорной характеристики (например, для дутьевого вентилятора, работающего на несколько котлов, энергетически целесообразна пологая напорная характеристика, а для тканевых фильтров, требующих частой регенерации-очистки от пыли - крутая напорная характеристика);
Возникающие при пуско-наладке вопросы о причинах заниженного расхода воздуха (по сравнению с проектным), т.е. ошибка ли это в проекте или упущение монтажников, можно разрешить путем измерений расхода и полного напора у вентилятора, подсоединенного к сети воздуховодов, и последующего графического анализа, который также позволяет установить основные неисправности (дефекты), приводящие к перерасходу электроэнергии [53]. Такими дефектами могут быть: засорение воздуховодов или отключение части ответвлений сети (дросселирование сети), некачественный монтаж или занижение диаметра воздуховодов (по сравнению с расчетным); при этом повышается напор вентилятора Р и рабочая точка (положение 2 на рис.5.18) выходит из зоны расчетного (наибольшего) КПД (т.е. в знаменателе формулы 5.5 уменьшается в);
разгерметизация воздуховодов или ошибка в проекте (завышение сопротивления при расчете сети); при этом повышается расход воздуха L и рабочая точка (положение 3 на рис. 5.18) выходит из зоны расчетного (наибольшего) КПД (т.е. в знаменателе формулы 5.5 уменьшается в); места повышенных утечек целесообразно искать вблизи вентилятора, т.к. согласно характеру эпюры давлений в сети (рис. 5.19) там наблюдаются наибольшие перепады. дефекты вентилятора - (положение 4 на графике рис.5.18), например, увеличенный зазор между колесом и кожухом на всасывании свыше 1% от диаметра колеса вентилятора, что приводит к снижению рабочих параметров вентилятора. 5.2.5. Системы кондиционирования воздуха
Центральные кондиционеры
Центральные кондиционеры предназначены для обработки и распределения больших расходов наружного приточного воздуха с целью поддержания заданного микроклимата в одном большом или во многих помещениях. Конструктивно они представляют собой неавтономную установку секционного (модульного) типа, снабжаемую извне холодом, теплом и электроэнергией. Набор секций может быть типовым или с учетом дополнительных функций (например, утилизации тепла вытяжного воздуха, рециркуляции и др.). Установки небольших размеров могут заказываться в едином корпусе. Существуют стандартные линейки типоразмеров, из которых можно выбрать размер, обеспечивающий необходимую воздухопроизводительность (примерный диапазон от 10 до 250 тысяч м3/ч). Устанавливаются центральные кондиционеры обычно в специальных технологических помещениях и связываются с внешней средой и обслуживаемыми помещениями воздуховодами. Холодоснабжение кондиционера, как правило, обеспечивается от холодильной станции, а теплоснабжение – от теплового пункта. Необходимость прокладки протяженных воздушных коммуникаций можно отнести к недостаткам этой системы. Производителями данного вида кондиционеров являются Clivet, York, Remak, VTS Clima, Carrier, Веза, “BB consulting”, Арктика, Мовен. Сплит- и мультисплит системы
Эти системы предназначены для управления микроклиматом в одном или нескольких помещениях. Конструктивно сплит-система представляет собой автономный раздельно-агрегатный кондиционер, компрессорно-конденсаторный блок которого размещается снаружи здания, а испарительный блок (или блоки – в мультисплит-системе) внутри помещения. Испарительный блок содержит теплообменник, вентилятор и элементы автоматики. Для создания замкнутого контура оба блока связывают медным трубопроводом, по которому циркулирует хладагент. Расстояние между блоками ограничено мощностью компрессора.
Система мульти-сплит (мультизональный кондиционер) имеет один компрессорно-конденсаторный блок и несколько испарительных блоков (рис. 5.20). Мощность испарительного (внутреннего) блока обычно составляет от 2 до 12 кВт и более.
Как правило, сплит и мультисплит системы своими испарительными блоками охлаждают внутренний (рециркуляционный) воздух в помещениях. Однако, уже появились системы, в которых внутренние блоки связаны воздуховодами с внешним воздухозабором, т.е. обеспечивается приток наружного воздуха с его обработкой.
По конструктивному исполнению внутренних (испарительных) блоков различают несколько разновидностей сплит-систем: настенные, напольные, потолочные, колонные, кассетные и канальные. Кассетные и канальные блоки устанавливаются за подвесным потолком. При необходимости обогрева помещения охлаждающий цикл может быть инвертирован в режим «теплового насоса». Такая воз­можность должна быть заложена в самом устройстве, так как при этом необходимы дополнительные элементы в контуре и т. п. В этом случае испарение происходит во внешнем блоке, а конденсация - во внутреннем.
При всех своих достоинствах, традиционные сплит и мульти-сплит системы имеют два недостатка: ограничение расстояния между компрессорно-конденсаторным и испарительным блоком (длина фреоновых коммуникаций не более 25 м) и ограниченное число испарительных (внутренних) блоков (не более четырех). Кроме того, в испарителе этих система температура кипения устанавливается самопроизвольно в достаточно широком ди­апазоне значений температур от -5 до 10 °С (в зависимости от тепловой нагрузки и реальных условий эксплуатации). А она влияет на энергоэффективность. На рис.5.21 приведен сводный график основных характеристик бытовых сплит-систем [49] ведущих производителей для «ходового» диапазона холодопроизводительности (от 1,5 до 12 кВт). В последние годы на рынке систем климатизации появился улучшенный вариант традиционной мульти-сплит системы, системы с изменяющимся расходом хладагента и поддержанием постоянной температуры кипения в широком диапазоне условий эксплуатации: VRV-система (англ. Variable Refrigerant Volume) разработанная компанией Daikin, а также VRF-системы (Variable Refrigerant Flow) других производителей (Mitsubishi Heavy, Mitsubishi Electric, Sanyo, Toshiba, Fujitsu General и др.). Особенности VRV- и VRF-систем состоят в следующем: 1. Все внутренние (испарительные) блоки подключаются к единой системе трубопроводов, то есть к общей трассе из двух или трех медных труб (в отличие от традиционных мультисплит-систем, где между внешним и каждым из внутренних блоков прокладывается отдельная фреоновая трасса).
При этом каждый внутренний блок имеет электронный терморегулирующий вентиль, регулирующий объем поступающего хладагента из общей трассы в зависимости от тепловой нагрузки на этот блок.
При использовании таких систем достигается экономия электроэнергии во время переходных периодов года за счет объединения внутренних блоков в единый контур. Режим (обогрев или охлаждение) внешнего блока выбирается исходя из разницы суммарных мощностей внутренних блоков, работающих на нагрев, и блоков, работающих на охлаждение. Производительность компрессора может плавно меняться в зависимости от этой разности. 2. Допустимое расстояние между внутренним и наружным блоком (длина коммуникаций хладагента) увеличена до 100-160 метров, а расстояние по вертикали (перепад высот) - до 50-90 метров. 3. Возможное число внутренних блоков, подключаемых к одному наружному, возросло до нескольких десятков.
4. Управление внутренними блоками может производиться не только с помощью индивидуальных беспроводных пультов (как в обычных мульти-сплит системах), но и с централизованного пульта управления, контролирующего режимы работы всех внутренних блоков и состояние системы в целом. Некоторые производители оснащают внутренние блоки специальными фильт­рами (антиаллергенными, антивирусными и т. п.). Системы «чиллер-фэнкойлы»
Система предназначена для приготовления и раздачи охлажденной воды в вентиляторные теплообменники (фэнкойлы), которые в свою очередь охлаждают рециркуляционный воздух в помещениях.
Чиллер представляет собой холодильную машину, охлаждающую циркулирующую в контуре жидкость (воду или незамерзающую водную смесь). Для непрерывной циркуляции жидкости применяется насосная станция, кото­рая может входить в состав оборудования чиллера. По способу охлаждения конденсатора чиллеры могут быть с водяным или с воздушным охлаждением. Конструктивно конденсатор может быть встроенным или выносным. Холодопроизводительность некоторых чиллеров достигает свыше 5000 кВт. Некоторые модели чиллеров способны работать и в режиме теплового насоса.
Фэнкойл представляет собой поверхностный теплообменник с вентилятором, подсоединяемый трубами к контуру с жидкостью, охлаждаемой или нагреваемой чиллером. Существуют двух-трубные и четырех-трубные фэнкойлы. Двухтрубные имеют один теплообменник (для охлаждения или отопления). В 4-х трубных для каждой из этих целей имеется свой теплообменник, поэтому подобные фэнкойлы позволяют дополнительно подключать контур отопления. Воздух, перемещаемый вентилятором через теплообменник, охлаждается (или нагревается). Некоторые модели фэнкойлов оснащаются электронагревателями (ТЭН) для подогрева циркулирующего воздуха. Фанкойлы могут крепиться к стене, потолку или устанавливаться на полу. Система «чиллер-фэнкойлы» нашла широкое применение в зданиях с большим количеством помещений, так как к одному чиллеру можно присоединить значительное число фэнкойлов.
Для обеспечения подачи свежего воздуха в помещения возможно совместное использование системы «чиллер-фэнкойлы» с центральным кондиционером. В этом случае приточный воздух после обработки в кондиционере, по воздуховодам поступает в фэнкойлы, где доводится до требуемых параметров. В данном случае система «чиллер-фэн­койл» выполняет функции «кондиционера-доводчика». Кроме того, чиллер может использоваться для холодоснабжения центральных кондиционеров. Преимущества использования системы «чиллер-фэнкойл» состоят в возможности индивидуального регулировании температуры, возможности постепенного наращивания системы (число фанкойлов в системе не ограниченно и зависит только от мощности чиллера), почти неограниченной возможности удаления фэнкойлов от чиллера (до нескольких сотен метров).
Среди производителей чиллеров известны Daikin, Acson, Carrier, Kawasaki, Wheil, Aerotek, , Airwell, Climaventa. Некоторые из этих компаний поставляют и фэнкойлы. Оконные кондиционеры
В отличие от сплит-систем, оконный автономный кондиционер выполняется единым бло­ком и монтируется в окне или в проеме стены. Производительность может достигать 8 кВт по холоду и 6 кВт по теплу. Оконный кондиционер позволяет обеспечить частичную подачу свежего наружного воздуха в помещение. К числу недостатков можно отнести повышенный уро­вень шума по сравнению со сплит-системами. Среди производителей известны Hitachi, Toshiba, Samsung, GREE, Electra, Haier.
Кроме перечисленных СКВ, в зависимости от назначения зданий, применяются автономные шкафные, крышные (руфтопы) и прецизионные кондиционеры. Конструктивно эти кондиционеры выполняются в виде моноблока с холодильной машиной (иногда с выносным конденсатором). Охлаждение конденсатора предусматривается водяным или воздушным. Приведенные выше системы являются классическими и хорошо зареко­мендовавшими себя в эксплуатации. При проектировании на стадии технико-экономического обоснований целесообразно рассматривать нес­колько возможных вариантов климатизации здания с использованием рассмотренных систем. В основе перечисленных СКВ лежит единый принцип получения холода - цикл холодильной машины. Различия проявляются лишь в конструктивном исполнении и размещении. При работе паро-компрессионной холодильной машины происходит циркуляция хладагента в трубном контуре, связывающем компрессор, конденсатор, терморегулирующий вентиль и испаритель. Охлаждение среды (воздуха помещения) происходит в испарительном блоке при испарении жидкого хладагента в зоне низкого давления контура. Процесс испарения хладагента сопровождается активным поглощением тепла из охлаждаемой среды (в данном случае - воздуха помещения). Для более эффективного течения процесса используется вентилятор, уско­ряющий воздухообмен в испарительном блоке. Далее пары хладагента поступа­ют на вход компрессора, который, нагнетая давление на выходе, служит раздели­телем зон низкого и высокого давления. Хладагент под высоким давлением поступает в теплообменник-конденсатор, в котором конденсируется, выделяя тепло. Процесс отвода этого тепла в окружающую среду (в данном случае – в наружный воздух) интенсифицируется вентилятором. Жидкий хладагент поступает к регулятору потока (терморегулирующий вентиль, капилляр), основной функцией которого является также разделение зон высокого и низкого давления, и далее снова - к теплообменнику-испарителю. Цикл повторяется и происходит непрерывное «перекачивание» тепла из помещения во внешнюю среду.
Известно, что температуры кипения (испарения) и конденсации хладагента тем выше, чем выше давление. Для обеспечения конденсации паров хладагента необходимо повысить давление до значения, при котором температура окружающей среды (в данном случае - наружного воздуха) станет ниже температуры конденсации паров хладагента. Аналогично для испарения жидкого хладагента необходимо снизить давление до величины, при которой температура обрабатываемого воздуха будет выше температуры испарения хладагента. Для этого с помощью компрессора и терморегулирующего вентиля в контуре циркуляции хладагента и создаются зоны с высоким и низким давлением. Наибольшее распространение в области климатизации жилых, офисных, административных и небольших производственных помещений получили сплит (мультисплит) системы и системы «чиллер-фэнкойлы». Охлаждение воздуха от испарителя и отвод тепла от конденсатора холодильной машины наружу в этих системах может предусматриваться по разному:
охлаждение воздуха может происходить непосредственно от поверхности испарителя, как в сплит (мультисплит) системах, или с помощью промежуточного теплоносителя (воды, антифриза), как в системе «чиллер-фэнкойлы». отвод тепла от конденсатора в обеих системах может обеспечиваться как непосредственно наружным воздухом (воздушное охлаждение), так и с помощью промежуточного теплоносителя (водяное охлаждение), циркулирующего через удаленный водо-воздушный теплообменник («сухую» градирню). Проанализируем энергоэффективность этих схем холодоснабжения СКВ [58], т.к. на получение холода приходится существенная доля энергозатрат. В схеме с непосредственным охлаждением обрабатываемого воздуха (рис.5.23) последний охлаждается, соприкасаясь с поверхностью испарителя (И), а тепло от поверхности конденсатора (К) отводится в окружающую среду (наружный воздух). Предусматривается в оконных кондиционерах, а также в сплит- и мультисплит-системах.
В схеме с непосредственным охлаждением обрабатываемого воздуха и контуром промежуточного теплоносителя от конденсатора (рис.5.24) тепло от поверхности конденсатора (К) отводится промежуточным теплоносителем по трубам в водо-воздушный теплообменник и далее в окружающую среду (наружный воздух). Может применяться в сплит- и мультисплит-системах.
В схеме с контуром промежуточного теплоносителя от испарителя (рис.5.25) охлажденный от поверхности испарителя (И) промежуточный теплоноситель поступает по трубам в водо-воздушный теплообменник и охлаждает обрабатываемый воздух. Применяется в системах «чиллер-фэнкойлы» и кондиционерах-доводчиках. В схеме с двумя контурами промежуточного теплоносителя (от испарителя и от конденсатора - рис.5.26) тепло от поверхности конденсатора (К) отводится промежуточным теплоносителем по трубам в водо-воздушный теплообменник и далее в окружающую среду (наружный воздух). Может применяется в системах «чиллер-фэнкойлы» и при холодоснабжении центральных кондиционеров.Сравнительные показатели энергоэффективности рассмотренных схем холодоснабжения (рис. 5.23 - 5.26) по данным [13] приведены в таблице 5.2..
Таблица 5.2
Схема
Относительный холодильный коэффициент*E = Еi /EvRv(возд)
Рис. 5.23 (воздушная VRV)
1
Рис. 5.24 (водяная VRV)
0,867
Рис. 5.25 (чиллер с воздушным охлаждением).
0,859
Рис. 5.26 (чиллер с водяным охлаждением)
0,708
*Примечание:
Холодильный коэффициент воздушной VRV-системы EvRv(возд) = Q / N условно принят за единицу (как наибольший из сравниваемых). Q – холодопроизводительность, кВт
N – потребляемая мощность, кВт
Из данных, приведенных в таблице, видно, что наибольшей энергоэффективностью обладает схема непосредственного охлаждения воздуха и отвода тепла от конденсатора (рис.5.23). Последнее место занимает схема охлаждения с двумя контурами промежуточного теплоносителя (рис.5.26). В технической документации на холодильное оборудование обычно приводится значение холодильного коэффициента. Однако, это значение указывается для номинальных условий, которые не всегда отвечают реальным условиям эксплуатации, и может изменяться более чем в 2 раза. Поэтому целесообразно энергопотребление системой определять за продолжительный период (за год или за сезон) по разработанным компьютерным программам (в зависимости от погодно-климатических условий и нагрузок на систему). По одной из таких программ «Hi-VRV Selection» фирмы DAIKIN проведен расчет для здания делового 10-этажного центра в Москве (рис.5.27) общей площадью кондиционируемых помещений_- 5000м2 и числом помещений - 178 шт. Термическое сопротивление наружных стен 3,5 м2 град / Вт. Для расчета использовались реальные данные по температуре наружного воздуха за относительно теплый 2001 год в Москве. Результаты расчета приведены в [58] и отражены графиком (рис.5.28). Среднее потребление электроэнергии VRV-системой в климатических условиях Москвы (по данным расчета и прямых замеров) составляет в год не более 35 кВт-ч/м2 с учетом работы в режиме нагрева (в переходный период и до -20°С зимой).
5.2.6. Энерго- водосбережение в системах водоснабжения
Основными причинами перерасхода воды и энергоресурсов в системах водоснабжения зданий являются завышение фактических давлений воды, по сравнению с расчетными, и несанкционированные утечки.
Для устранения этих причин следует предусматривать мероприятия:
стабилизацию давления воды на вводах водопровода (при колебаниях в городской сети выше расчетного) путем установки насосного агрегата с регулируемым числом оборотов или установки 2-3 насосов с переменным режимом работы;
регулирование напоров воды во внутренней системе здания путем установки квартирных регуляторов давления на ответвлениях стояков холодной и горячей воды, а для зданий свыше 17-и этажей, кроме того, устройство зонного водоснабжения;
исключение утечек воды у приборов путем установки современной водосберегающей сантехарматуры (в том числе с керамическим запорным узлом);
установку приборов учета расхода воды, в том числе - квартирных водосчетчиков, в соответствии с действующими нормативными документами.
В системе хозяйственно-питьевого водоснабжения гидростатический напор на отметке самого нижнего сантехприбора в здании должен быть не выше 40 м вод. ст., а для зданий, проектируемых в сложившейся застройке, - не выше 60 м вод. ст. В жилых зданиях с повышенной теплозащитой доля расхода тепла на горячее водоснабжение в общем балансе теплопотребления достигает величин, сопоставимых с годовым расходом тепла на отопление. В то же время удельный расход тепла на горячее водоснабжение (на 1 м2 общей площади помещений) в России выше почти в 4 раза, чем в странах Западной Европы. Причина этого кроется не только в более высокой плотности заселения квартир (она в среднем в 2 раза выше, чем на Западе), но и перерасходом горячей воды из-за разрегулировки системы и отсутствия индивидуального (поквартирного) учета водопотребления. В ряде случаев в системе горячего водоснабжения не обеспечивается равномерная циркуляция воды, из-за чего в удаленные стояки водоразбора вода поступает охлажденной. Это приводит к излишнему сливу воды потребителем (до достижения требуемой температуры). Известно, что давление в системах холодного и горячего водоснабжения создается одной и той же насосной установкой. Поскольку потери давления в системе горячего водоснабжения выше, чем в системе холодного водоснабжения (за счет дополнительного сопротивления водонагревателей) предложено [16,50] циркуляционный насос превратить в циркуляционно-повысительный, переставив его на подающий трубопровод (до или после водонагревателя второй ступени) - рис. 5.29. В циркуляционном режиме насос работает как циркуляционный, не нарушая принятого распределения расхода воды, а при водоразборе он становится циркуляционно-повысительным, компенсируя своим напором повышенные сопротивления подогревателей и трубопроводов, увеличивая давление в системе. По сравнению с общепринятой схемой такое решение позволяет уменьшить расчетный напор общей насосной установки (хозяйственных насосов) и сократить время ее использования. В последней целесообразно предусматривать регулируемый расход за счет изменения числа оборотов колеса, учитывая периодическое падение давления в городском водопроводе (в часы максимального водоразбора). Следует отметить, что экономию потребления энергоресурсов дает тепловая изоляция стояков горячего водоснабжения, проложенных в шахтах или открыто в ванных помещениях. При этом снижаются не только потери тепла, но и затраты электроэнергии на насосную циркуляцию воды из-за снижения требуемого циркуляционного расхода.
5.2.7. Использование вторичных энергоресурсов (ВЭР) в отопительно-вентиляционных системах и в горячем водоснабжении
Производственные и другие процессы жизнедеятельности сопровождаются сбросом теплоты отработанных рабочих сред (воздуха, газов, пара, жидкости, твердых отходов и т. д.), которую можно превратить во вторичный энергоресурс (ВЭР).
Сбросную теплоту условно разделяют по температуре на теплоту высокого потенциала (свыше 400°С), среднего (от 70 до 400°С) и низкого (менее 70°С). Эффективность повторного использования теплового потенциала отработанных рабочих сред (газов, жидкостей) тем больше, чем выше их температура. Однако, низкотемпературная теплота составляет около 70% общего объема тепловых ВЭР. В производственных и гражданских зданиях она удаляется в основном с вентиляционными выбросами и сточными водами (с температурой 20-50°С).
Потребителями тепловых ВЭР низкого потенциала (низкотем-пературного тепла) могут быть низкотемпературные системы водяного отопления, системы нагрева приточного воздуха, а также горячее водоснабжение.
В отдельных случаях повторное использование теплового потенциала среды возможно обеспечить путем обычной рециркуляции воздуха, например, зимой подавать теплый воздух из верхней зоны цехов (с более высокой температурой) в рабочую зону для поддержания в ней допустимых температурных параметров.
Основными параметрами для оценки источника ВЭР являются температурный уровень, массовый расход и агрегатное состояние рабочего тела (теплоносителя), продолжительность выхода ВЭР, давление и агрессивность. Под термином «выход ВЭР» подразумевают количество тепловой энергии в энергоносителе, отводимом от источника ВЭР.
Любая утилизация тепла возможна только с помощью теплообменного аппарата, поэтому важно правильно выбрать принципиальную схему утилизации, подобрать тип теплообменника и требуемую поверхность теплообмена. На рис. 5.30 приведены известные принципиальные схемы утилизации тепла для подогрева приточного воздуха. Существует несколько типов теплообменников: поверхностные (рекуператоры), регенераторы (вращающиеся или переключающиеся), контактные теплообменники (с непосредственным контактом двух обменивающихся сред), на базе “тепловых труб”, тепловых насосов и т.д. Для обменивающихся сред “воздух-вода” используются калориферы, а также - разнесенные по местоположению калориферные установки, соединенные между собой трубопроводом с промежуточным теплоносителем. Для сред “воздух-воздух” используются рекуператоры (поверхностные теплообменники) или регенераторы.
В поверхностном теплообменнике передача тепла происходит через стенку по закону q=k F t (где К – коэффициент теплопередачи, F – поверхность теплообмена, t – перепад температур между средами). Поскольку при низкотемпературных средах перепад t невелик, для повышения среднего температурного напора используют противоток обменивающихся сред. Основной же эффект по теплообмену дает увеличение поверхности теплообмена F и коэффициента теплопередачи К (за счет турбулизации потока, повышения скорости или за счет изменения агрегатного состояния теплоносителя (как в паровоздушных калориферах, в тепловых трубах или в тепловых насосах). Примерные значения коэффициентов теплопередачи теплообменных аппаратов приведены в таблице 5.3.
Коэффициент теплопередачи через стенку выражается известной формулой
К=1/(1/в + ст / ст + 1/н) Вт/м2 К ,
где в, н - соответственно, коэффициенты тепловосприятия и теплоотдачи;
ст, ст - толщина стенки и ее теплопроводность.
Как видно из приведенной формулы, коэффициент теплопередачи К всегда меньше, чем любой из в и н. Калориферы и нагревательные приборы системы отопления (с теплоносителем - водой или паром) относятся к теплообменникам, в которых в  н . В этом случае для существенного увеличения К необходимо увеличить меньшее из значений в и н , то есть н , а увеличение в - бесполезно.
Опыт утилизации тепла вытяжного воздуха в целях подогрева приточного показывает, что в климатических условиях России (Москва и севернее) поверхностные теплообменники типа “воздух-воздух” обмерзают в потоке вытяжного (удаляемого) воздуха [11]. Это ограничивает область их применения (в пределах температур наружного воздуха от -3С и выше). В некоторых типах пластинчатых теплообменников (например, фирмы “Витросервис клима”) порог обмерзания сдвинут до температуры -9С, что также недостаточно для российских зим.
Для суровых зим России более предпочтительна утилизация тепла вытяжного воздуха по схеме: два поверхностных теплообменника (калорифера) с насосной циркуляцией промежуточного теплоносителя (рис. 5.31). Согласно этой схеме, теплоноситель (антифриз) перемещается с помощью насоса по циркуляционному контуру (трубопроводу) между двумя теплообменниками и передает теплоту удаляемого воздуха приточному наружному воздуху. Достоинство данного решения состоит в возможности разнесения двух теплообменивающихся потоков (притока и вытяжки) на значительное удаление один от другого, а также в возможности предотвратить обмерзание поверхности теплообмена в потоке удаляемого воздуха (путем под держания температуры антифриза не ниже допустимого значения). По результатам исследований [11] при поддержании температуры антифриза не ниже -5 С на входе в теплоизвлекающий теплообменник 1 (рис. 5.31) обмерзания не происходит.
Таблица 5.3 Тип теплообменника
Коэффициент теплопередачи, Вт/м2 К
Водовоздушные калориферы
13 - 55
Паровоздушные калориферы
24 - 88
Скоростные секционные водоводяные подогреватели
1100 - 3000
Скоростные пароводяные подогреватели
2000 - 3500
Емкостные водоводяные подогреватели
290 - 340
Емкостные пароводяные подогреватели
700 - 800
Пластинчатые водоводяные теплообменники (Альфа-Лаваля)
3500 - 4600
При огневом нагреве воды в трубчатых змеевиках
11000 и более
Нагревательные приборы водяной системы отопления (при средней разности температур воды и воздуха в помещении tср = 40С)
7 - 8
Гладкие неизолированные трубы водяной системы отопления (при tср = 40С)
11 - 12
Вышеприведенная схема в частности реализована в здании Совета Федерации в Москве. При этом экономия тепла на нагрев приточного воздуха за отопительный период достигает 40%.
Высокой плотностью передаваемого теплового потока без дополнительных энергозатрат обладает тепловая труба, представляющая собой замкнутую полость, заполненную 25% объема хладагентом (раствором с низкой температурой кипения, например, хладоном). В этой бесфитильной тепловой трубе (термосифоне) конденсат возвращается в испарительную зону самотеком под действием гравитационных сил. Хладагент испаряется в зоне трубы, помещенной в теплый поток удаляемого воздуха и конденсируется в зоне трубы, помещенной в холодный поток наружного приточного воздуха (рис.5.32).
Согласно СНиП [48] системы отопления, вентиляции и кондиционирования следует, как правило, проектировать, используя ВЭР от удаляемого воздуха, технологических установок и др. При этом целесообразность использования ВЭР, а также выбор схем утилизации и теплообменного оборудования, должны быть обоснованы технико-экономическим расчетом. Для облегчения выполнения этой задачи при проектировании кафедрой в 1996 году были разработаны методические рекомендации [20].
Энергетическое совершенство работы системы утилизации может быть оценено отношением количества утилизируемого тепла к суммарным затратам электроэнергии на функциони­рование системы утилизации. Экономическая оценка при выборе варианта утилизации обычно проводится по приведенным затратам и сроку окупаемости.
5.2.8. Использование природного тепла
Внешняя среда (наружный воздух, водоемы, грунт поверхностных слоев земли), как правило, содержат некоторый тепловой потенциал, который можно использовать с помощью специальных устройств - тепловых насосов. Любая холодильная машина одновременно поглощает тепло в испарителе и выделяет тепло в конденсаторе. Известно, что если испаритель разместить снаружи, а конденсатор в помещении, то можно отапливать помещение теплом, отбираемым испарителем от наружной среды. В этом случае холодильную машину называют тепловым насосом. По принципу действия они разделяются на компрессионные, абсорбционные и термоэлектрические.
В компрессионном хладагент перемещается компрессором, в абсорбционном - за счет подведения тепла, в термоэлектрическом используется принцип термопары (эффект Пельтье). Наибольшее распространение в мире получили компрессионные (парокомпрессионные) тепловые насосы с электроприводом компрессора.
Энергетическая эффективность теплового насоса оценивается коэффициентом преобразования. Для компрессионного насоса он выражается:
 = (Nэл/дв + Qисп) / Nэл/дв  1 ,
где Qисп - тепловой поток, отбираемый испарителем от окружающей среды, кВт;
Nэл/дв - мощность, потребляемая электродвигателем компрессора, кВт.
Важнейшее свойство тепловых насосов – производить энергии больше, чем потреблять. Коэффициент  изменяется от 2 до 6, и в среднем составляет  = 2,5-3,5 при отводе тепла от грунтового массива, от воды в глубине водоема, от сточных вод и т.д. Это означает, что на 1 кВт-ч затраченной электроэнергии на привод компрессора, можно получить 2,5-3,5 кВт-ч тепла. На рис.5.33 показана схема работы теплового насоса при отборе тепла от удаляемого из помещения воздуха и нагрева приточного наружного воздуха в системе приточно-вытяжной вентиляции здания.
Компрессионный тепловой насос (ТН) включает два поверхностных теплообменника (испаритель - 1, конденсатор - 2), трубопровод с теплоносителем низкой температуры кипения (хладагентом), компрессор - 3 и терморегулирующий вентиль (ТРВ) - 4. Пары хладагента, образовавшиеся в испарителе, отсасываются и сжимаемые компрессором поступают в конденсатор, от которого тепло отдается потребителю. После конденсации жидкий хладагент дросселируется терморегулирующим вентилем и, испаряясь в испарителе, отбирает тепло от природного источника или у отработанных сред (как при утилизации тепла).
Наиболее распространенным источником природного тепла является грунт. Для подведения природного тепла из грунта к ТН необходимо иметь систему сбора низко потенциального тепла, которая в общем случае представляет собой грунтовый теплообменник. Он может быть выполнен в виде регистров из труб, проложенных горизонтально на небольшой глубине (рис.5.34), или вертикально в скважине (рис. 5.35). Отбор тепла производится промежуточным теплоносителем (водой, антифризом), циркулирующем по трубам, соединяющим грунтовый теплообменник с испарителем теплового насоса. Таким образом, испаритель ТН отбирает тепло у промежуточного теплоносителя, контактирующего с грунтом, передает его конденсатору и от него системе водяного отопления или горячего водоснабжения здания (рис.5.34). Проведем сравнительную оценку энегоэффективности способов получения тепловой энергии для отопления и горячего водоснабжения.
Количество тепла, дошедшее до потребителя при сжигании 1 тонны условного топлива (т.у.т):
- при прямом превращении электрической энергии в тепловую (электрическое отопление)
qэл = 1 Qн ηэл ηлэп , кВт-ч;
- при использовании тепла от котельной
qк = 1 Qн ηк ηтс , кВт-ч; - при использовании тепла от теплового насоса
qтн = 1 Qн ηэл ηлэп  , кВт-ч, где Qн – низшая теплотворная способность топлива, кВт-ч/т;
ηэл - КПД электростанции ( ≈ 0,38);
ηлэп - КПД электросетей ( ≈ 0,92);
ηк - КПД котельной ( ≈ 0,85);
ηтс - КПД теплосети ( ≈ 0,95);
 - коэффициент преобразования теплового насоса ( ≈ 3).
Подставив средние значения КПД и  в выражения для qэл , qк , qтн , получим qэл = 0,372 Qн ; qк = 0,807 Qн ; qтн = 1,12 Qн (кВт-ч). Таким образом, тепловой насос является наиболее эффективным из рассмотренных способов получения тепла для целей отопления и горячего водоснабжения. Однако, имеются некоторые особенности, ограничивающие область использования теплового насоса: обычная температура на конденсаторе составляет 45-60С, что требует в условиях суровых зим увеличения поверхности нагрева нагревательных приборов, либо установки пикового догревателя (котла или теплоаккумулятора);
вследствие ограниченного ресурса компрессора (около 20 тыс. часов), через 4 года эксплуатации потребуется его капремонт или замена (отопительный сезон для Москвы - 5000 часов).
К преимуществам теплового насоса перед другими видами теплоснабжения следует отнести:
возможность совмещения функций нагрева и охлаждения в одном аппарате (при использовании реверсивных ТН);
автономность, т.е. относительная независимость от внешних централизованных источников теплоснабжения;
экологическую чистоту. В настоящее время на рынке строительных услуг появились фирмы, принимающие заказы на установку ТН под ключ производительностью от 10 до 5000 кВт (например, ОАО «Инсолар-Инвест» в Москве, www.insolar.ru). Изготовление ТН налажено на заводах в Саратове, Нижнем Новгороде и др. В работах Васильева Г.П. [7] экспериментально подтверждена возможность применения тепловых насосов в климатических условиях России, в том числе - в климате Москвы, и выявлена их энергетическая эффективность. В частности в результате исследований ТН с отбором тепла из грунта установлено:
удельный теплосъем с 1 п.м. длины термоскважины (в условиях Москвы- средний за отопительный сезон ) составляет 100-120 вт/ пог. м; оптимальные радиусы труб термоскважин от 0,075 до 0,1 м;
оптимальные длины труб термоскважин от 10 до 20 м;
коэффициенты преобразования у грунтовой ТН выше, чем у воздушной (в том числе при отрицательных температурах грунта), поэтому отбор тепла от наружного воздуха нецелесообразен;
температурное поле в массиве грунта вокруг грунтового теплообменника через 4 года эксплуатации становится квазистационарным (устанавливается примерно постоянный годовой теплосъем);
более половины ТН по прошествии 15-20-и лет сохраняют работоспособность;
в районах вечномерзлых грунтов с помощью ТН возможно решить одновременно две задачи: теплоснабжение и сохранение фундамента в летний период (предотвращение оттаивания фундамента).
На рис. 5.36 представлена комбинированная схема горячего водоснабжения с использованием в качестве источников тепла: теплонасосной установки (ТНУ) для отбора тепла из грунта, утилизированного тепла сточной воды и тепла вытяжного воздуха.
Об энергоэффективном жилом доме в г. Москве.
В 1998–2002 гг в рамках «Долгосрочной программы энергосбережения в г. Москве» был реализован проект «Энергоэффективный жилой дом в микрорайоне Никулино-2». Целью проекта являлось создание и последующее внедрение в жилищное строительство технологий и оборудования, позволяющих снизить энергозатраты на эксплуатацию, как минимум, в два раза [1,54,62]. В качестве прототипа здания выбран 17-этажный четырехсекционный дом (серии 111-355 МО) с трехслойными стеновыми железобетонными панелями с плитным утеплителем из пенополистирола и металлическими связями. Повышение энергоэффективности этого дома, подключенного к централизованному теплоснабжению и энергосистеме города, предусматривалось за счет внедрения следующих мероприятий: доведение сопротивления теплопередачи стен до 3…3,5 м2∙°С/Вт ; остекление лоджий и балконов;
применение стеклопакетов с теплоотражающим внутренним селективным покрытием (с повышенным сопротивлением теплопередачи до 0,7 м2∙град/Вт); устройство поквартирных двухтрубных горизонтальных систем отопления с термостатами у нагревательных приборов (конвекторов) и поквартирным учетом потребляемых ресурсов; применение системы вентиляции с механической вытяжкой и естественным притоком через авторегулируемые воздухозаборные устройства в оконных переплетах герметичных окон (стеклопакетов);
утилизация теплоты удаляемого воздуха вытяжной вентиляции для нагрева воды на горячее водоснабжение (с использование теплового насоса);
использование тепловых насосов для отбора тепла от грунта на цели горячего водоснабжения (8 скважин глубиной от 32 до 35 м каждая по периметру здания);
использование энергоэффективных отопительных и осветительных приборов и водоразборной арматуры;
применение частотно-регулируемого электропривода насосов горячего водоснабжения; применение компьютерной системы управления с учетом изменения погодно- климатических условий и внутренних тепловыделений.
Основные характеристики здания приведены в таблице:
Таблица 5.3
Основные характеристики Единицы измерения
Проектное значение
Измеренные
Строительный объем: в том числе отапливаемой части
м3
30132,9
18315,8
30133,0
18315,0
Расчетное количество жителей
чел.
292,0
292,0
Площадь квартир (без летних помещений)
м2
6545,21
6545,0
Высота этажа (от пола до пола)
м
2,8
2,8
Отношение площади окон и балконных дверей к площади стен, включая окна и балконные двери

0,089
0,089
Приведенное сопротивление теплопередаче:
 стен
м2∙°С/Вт
2,56
2,56
 окон и балконных дверей
м2∙°С/Вт
0,55
0,55
 покрытий,чердачных перекрытий
м2∙°С/Вт
3,30
3,30
 перекрытий над подвалами и подпольями
м2∙°С/Вт
2,80
2,80
Производительность системы вытяжной вентиляции
м3/ч
12000
По итогам годичной эксплуатации здания установлено:
1. Здание с системами жизнеобеспечения надежно функционирует в автоматическом режиме и обеспечивает теплопотребление жилого дома в заданных проектом параметрах. 2. Система механической вытяжной вентиляции обеспечивает нормативный воздухообмен во всех квартирах независимо от погодных условий, а также - утилизацию 30% теплоты вытяжного воздуха;
3. Система горячего водоснабжения практически полностью обеспечивается теплом от грунтового ТН и утилизируемого тепла удаляемого воздуха (с использованием ТН).
Кольцевые теплонасосные системы кондиционирования воздуха
Если на проектируемом объекте предусматривается применение нескольких тепловых насосов, устанавливаемых в различных помещениях с функциями производства теплоты в одних и холода - в других помещениях, то энергоэффективность их возрастет при объединении их в единый замкнутый трубопроводный контур с циркулирующим теплоносителем (водой). Основу такой системы (рис. 5.37) составляют реверсивные ТН типа «вода-воздух» для охлаждения или нагрева воздуха от теплообмена с теплоносителем. Таким образом, общий водяной контур служит одновременно источником и приемником теплоты для всех ТН. В течение года температура воды поддерживается на уровне 18 - 32 град [60]. При работе ТН, подающих тепло, одновременно с ТН, удаляющими тепло, происходит перенос теплоты из помещений, где его избыток, в помещения, где его не хватает. Если число ТН, работающих в режиме нагрева воздуха, равно количеству ТН, работающих в режиме охлаждения, то система не требует поступления извне или удаления тепла наружу, и электроэнергия затрачивается только на приводы ТН и на циркуляционный насос водяного контура. Такая ситуация возникает обычно в переходные периоды года (весна, осень).
Зимой теплоты из водяного контура забирается больше, поэтому к контуру подключен нагреватель воды (котел, электронагреватель и пр.). Летом для удаления теплоты из водяного контура наружу используется водоохладитель (градирня или тепловой насос вода-воздух). К кольцевой системе могут быть подключены самые разные потребители тепла (холода). Для целей кондиционирования пригодны традиционные системы чиллер-фэнкойлы, а также сплит и мультисплит- системы. Для передачи избыточного тепла в систему горячего водоснабжения (ГВС) или в воду плавательных бассейнов можно использовать ТН «вода-вода». К числу достоинств кольцевой системы следует отнести: - возможность перераспределения тепла или холода по помещениям (например, теплота из кухонь, прачечных, цехов и т. д. может быть использована для обогрева других помещений); - возможность использования в кольцевой системе сбросного тепла от сточных вод и вытяжного воздуха или, для удаления со стоками и вентвыбросами излишков тепла из водяного контура);
- универсальность назначения системы (функции кондиционирования воздуха, отопления и утилизации тепла). Недостатками можно считать необходимость размещения агрегатов в помещениях, возможно повышенный уровень шума при их работе, а также – необходимость прокладки трубопроводного контура по помещениям.
Область применения: административные и общественные здания, медицинские и оздоровительные учреждения, развлекательные и спортивные комплексы, промышленные предприятия и т. д. Реализация: кольцевая теплонасосная система применена в гостинице «Ирис Конгресс Отель»( Москва, Коровинское шоссе 10). Использование природного тепла относится к нетрадиционной энергетике, включающей возобновляемые источники энергии. Как известно, к числу возобновляемых источников также относятся: солнечная, ветровая, геотермальная, гидравлическая (энергия рек, приливов, волн), энергия биомассы и т.д. В данном пособии они не рассматриваются, учитывая наличие значительного объема специальной литературы и статей по этой проблеме. Для повышения эффективности и надежности энергоснабжения при использовании нетрадиционных источников энергии (в том числе ветровой, солнечной, гидравлической, геотермальной) перспективным является создание различных интегрированных (гибридных) энергоустановок. Следует отметить, что в России технический потенциал возобновляемых источников энергии в 5 раз больше общего энергопотребления. Однако, реально доля этих источников от общего энергопотребления составляла 1,2 % по состоянию на 2000 год и увеличится по плану к 2020 году до 4, 3%.
Выводы по главе 5
1. Технологическое направление энергосбережения включает новые технологии, технические решения, оборудование, приборы и материалы. Это направление представлено на отечественном рынке в предложениях производителей и поставщиков, а также в виде публикаций о внедренных новациях в практику проектирования и строительства.
2. Все технологические инновации в области энергосбережения условно можно разделить на решения, относящиеся к общестроительным (градостроительные, объемно-планировочные, конструктивные) и к инженерным системам жизнеобеспечения зданий и населенных мест (знергосберегающее оборудование, принципиальные и технологические схемы, режимы эксплуатации).
3. К числу общестроительных решений относятся ограждающие конструкции с повышенной теплозащитой (сплошные и светопрозрачные), ориентация зданий в меридиональном или широтном направлении, а также с учетом розы ветров, уменьшение модуля (повышение компактности здания), в том числе путем блокировки зданий, внедрения широко-корпусных зданий и т.д.
4. В области централизованного теплоснабжения: в качестве источника - предпочтение ТЭЦ и газовым котельным нового поколения, переход от ЦТП к автоматизированным ИТП, регулирование расхода энергоресурсов не менее, чем на 3-х уровнях, внедрение приборного учета тепловой энергии, использование современных изоляционных материалов на теплопроводных коммуникациях, в том числе пенополиуретановой изоляции. При соответствующем обосновании - применение автономных систем теплоснабжения (автоматизированные крышные котельные или мини-ТЭЦ).
5. В системах водяного отопления многоэтажных жилых зданий – переход на поквартирное двухтрубные горизонтальные системы с индивидуальными теплосчетчиками. В зданиях общественного назначения и в промышленных зданиях - ориентация на водяное и воздушное отопление. В промышленных зданиях при дефиците энергоресурсов - применение системы газовых инфракрасных излучателей, эффективность которой подтверждена практикой последних лет, а также - использование технологических тепловыделений для обогрева холодных участков. 6. В системах вентиляции многоэтажных жилых зданий рациональными решениями являются: использование естественной вентиляции в сочетании с приточными клапанами в оконных стеклопакетах, применение механической вытяжной вентиляции в сочетании с естественной приточной, утилизация сбросного тепла удаляемого воздуха (в том числе с помощью тепловых насосов). В системах вентиляции общественных и производственных зданий – применение приточно-вытяжной вентиляции с утилизацией вытяжки, рациональный выбор схем организации воздухообмена с целью сокращения воздухоподачи, расположение вентилятора в центре нагрузок, частотное регулирование воздухопроизводительности, широкое применение в производственных цехах местной вытяжки и рециркуляции, утилизации сбросного тепла технологических процессов. 7. В системах кондиционирования: приоритетное использование сплит-и мульти-сплит систем нового поколения (с переменным расходом хладагента и постоянной температурой кипения в испарителе), чиллеров с фанкойлами, сухих градирен, тепловых насосов с отбором тепла из грунта, вытяжного воздуха или из сточных вод. Использование в определенных условиях кольцевых систем кондиционирования воздуха с применением тепловых насосов в зимнее время и сухих градирен – в летнее. 8. В системах водоснабжения: обеспечение стабилизации и ограничение давления воды на вводах и перед водоразборной арматурой. установка квартирных регуляторов давления, водосберегающей арматуры и квартирных водосчетчиков, устройство зонного водоснабжения для высотных зданий (свыше 17-и этажей), применение частотного регулирования в насосных установках. В системах горячего водоснабжения - использование тепловых насосов с отбором тепла грунтового массива и вытяжного воздуха с учетом опыта московского строительства экспериментальных зданий.
6. Организационно-процедурное направление в энергосбережении
6.1. Экспертиза энергоэффективности проектируемого объекта и авторский надзор
Согласно Постановлению Правительства №145 (от 5.03.2007), основной задачей экспертизы проектной документации является оценка проекта на соответствие требованиям технических регламентов (ТР), а до их разработки – требованиям существующих нормативных документов в части безопасности. Однако, в Постановлении Правительства РФ №87 (от 16.02.2008) «О составе разделов проектной документации и требованиях по их содержанию» сведения о потребности в энергоресурсах и обоснования проектных решений и мер, обеспечивающих требуемую теплозащиту зданий, должны быть приведены в разделах 1 и 4 проектной документации. По ранее установленным правилам органы Госэкспертизы давали оценку техническому уровню проектных решений и целесообразности реализации проекта. В настоящее время эта функция до 2011 г. осталась в г. Москве, как Субъекте федерации, и выполняется Мосгорэкспертизой при Правительстве Москвы на основании своего регионального закона «Об энергосбережении» и региональных СНиП [18]. Проекты застроек, зданий и сооружений, реализуемые в Москве, проходят обязательную экспертизу на стадии утверждения технического задания на строительство и на стадии ТЭО или проекта. Основные задачи экспертизы - проверка соответствия проекта нормативным требованиям, оценка прогрессивности решений и сметной стоимости строительства объектов, особенно городского заказа. Проекты, не имеющие раздела «Энергоэффективность», рассмотрению не подлежат и возвращаются для доработки. Мосгорэкспертизой [14] отмечены наиболее часто встречающиеся ошибки в проекте: -применение не сертифицированного материала утеплителя;
- коэффициент теплопроводности материала принимается в сухом состоянии, в то время как по СНиП 11-3-79*, для Москвы его следует принимать в условиях эксплуатации по параметрам Б. -при подсчете приведенного сопротивления теплопередаче не учитывается коэффициент теплотехнической однородности конструкции,
- в отапливаемый объем включается «теплый» чердак, являющийся сборной камерой вытяжного воздуха, отапли­ваемый за счет него и проложенных коммуникаций и др.
В соответствии с Положением об авторском надзоре [40] одной из задач проектных организации является надзор за качеством возводимых зданий и сооружений, за соответствием проекту технологических, архитектурно-строительных и других технических решений и технико-экономических показателей возводимого объектов строительства. Поэтому все проектные решения, в том числе по энергосбережению, подлежат объективному контролю в период строительства и приемки в эксплуатацию объектов. Помимо авторского надзора, как правило, осуществляется техническое сопровождение (технический надзор) со стороны Заказчика. Поскольку их цели и интересы совпадают, целесообразно их взаимодействие. 6.2. Энергоаудит
К числу организационно-процедурных мероприятий по энергосбережению относится энергоаудит - обследование энергохозяйства (объектов и систем преобразования, передачи и потребления энергии) с целью оценки эффективности расхода энергоресурсов (топлива, тепла, электроэнергии), выявления резервов его снижения и обоснования нормативов энергопотребления.
Объектами энергоаудита являются здания с инженерными системами, источники выработки (преобразования) энергии, коммуникации, по которым перемещается теплоноситель, технологические процессы и технологическое оборудование промпредприятий.
Правовой основой энергоаудита является федеральный закон “Об энергосбережениии” от 3.04.1996 г., N 28-ФЗ (статья 10) и ряд руководящих документов [19,28,30,31,32,36]. Энергоаудит проводится организациями (внесенными в Реестр энергоаудиторских фирм) в соответствии с требованиями системы добровольной сертификации в области рационального использования и сбережения энергоресурсов (РИЭР). Рекомендациями по проведению энергетических обследований [36], утвержденными Минпромэнерго, предусмотрено 4 вида энергетического обследования (энергоаудита) предприятий (по срокам проведения): первичное, очередное, внеочередное и предэксплуатационное. По объему проводимых работ энергоаудит подразделяется на экспресс - обследования, полные инструментальные обследования, комплексные обследования и обследования технологических процессов.
В последнее время получает распространение независимый энергоаудит предприятия. Он проводится по добровольной заявке предприятия-заказчика частной аудиторской фирмой (на договорной платной основе).
Такой независимый аудит может быть востребован самим предприятием при систематическом перерасходе норм энергоресурсов, высокой энергетической составляющей в себестоимости выпускаемой продукции, общей неэффективности производства, а также при изменении вида используемого топлива или увеличении энергопотребности. Кроме того, он может потребоваться для решения некоторых частных вопросов:
предприятию-энергопроизводителю перед обращением в региональную энергетическую комиссию (РЭК) с просьбой об изменении тарифов;
предприятию-потребителю и предприятию-энергопроизводителю перед обращением в РЭК с просьбой о бюджетной поддержке;
потребителю энергоресурсов перед обращением в РЭК с просьбой о предоставлении льготных тарифов и лимитов потребления “дешевой” электроэнергии. Энергоаудит промпредприятия отличается от аудита объекта жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ) большей сложностью, т.к. требует изучения разнообразных технологических процессов, внутризаводских энергетических потоков, разработки достаточно трудоемких энергетических балансов.
Трудоемкость работ при проведении энергоаудита зависит также от наличия на объекте всей необходимой технической и отчетной документации (проекта, паспортов и журналов загрузки оборудования, технологических карт, материалов по энергобалансу предприятия и по формам статистической отчетности и пр.), состояния учета и нормирования расхода ресурсов.
В любом случае задачами энергоаудита являются:
1. На основе изучения технической и эксплуатационной документации объекта, оборудования и применяемых технологий, а также - по результатам инструментальных измерений, выявить реальные энергетические потоки и потери на всех стадиях преобразования, транспортировки и потребления энергоресурса.
2. Провести анализ и сравнительную оценку расхода энергоресурсов (по сравнению с проектными, паспортными и нормативными данными) и выявить “узкие места” нерационального расхода и резервы энерго-сбережения.
3. На основе анализа состояния энергохозяйства, современного уровня техники и технологий, технических и материальных возможностей заказчика разработать рекомендации по повышению эффективности использования энергоресурсов.
Наиболее распространенными причинами завышенного энергопотребления являются недостаточная теплозащита ограждающих конструкций и теплопроводов, изношенность или неисправность оборудования, устаревшие технологии, нерациональные схемы и режимы функционирования, отсутствие учета и регулирования энергопотребления, недостаточная автоматизация процессов, низкий уровень эксплуатации (технического обслуживания).
В источниках теплоэнергии (котельных) в качестве дополнительных причин перерасхода топлива можно назвать: нерациональный выбор типа котлоагрегатов и вида топлива, неэффективное сжигание топлива, неоптимальный режим совместной работы котлоагрегатов (в зависимости от требуемой меняющейся во времени нагрузки), отсутствие в необходимых случаях соответствующей топливо- и водоподготовки. По результатам энергетических обследований (энергоаудита) составляется отчет, оформляется энергетический паспорт предприятия (в соответствии с ГОСТ Р 51379-99) или энергетический паспорт гражданского здания, а также предложения по повышению эффективности использования энергоресурсов. В настоящее время имеется значительное число методик проведения энергоаудита, в основу которых положены существовавшие ранее методики разработки энергетических балансов и нормирования удельных расходов энергоресурсов. По существу, каждая аудиторская фирма использует свои методики, во многом сходные между собой. Однако, в целях устранения разночтений и ошибок, необходима их унификация, т.е. создание единой типовой методики, сертифицированной государственным органом. Это не исключает применения в отдельных случаях частных методик, учитывающих специфику разных технологий и прошедших экспертизу.
Наиболее творческая часть энергоаудита - это разработка рекомендаций по сокращению энергоресурсов. Во многих случаях (на промпредприятиях) энергоаудит превращается из обследования в научно-исследовательскую работу, т.к. аудиторам необходимо проанализировать и оценить современную базу данных по схемным и техническим решениям, технологиям и оборудованию применительно к конкретному производству. По результатам аудита могут быть отработаны новые удельные нормативы расхода энергоресурсов (в том числе на единицу выпускаемой продукции), хотя этот вопрос должен быть обозначен в договоре. К аудиторской фирме предъявляются ряд требований. Она должна обладать правами юридического лица, иметь соответствующую лабораторную базу (приборное оснащение) и методическое обеспечение, располагать аттестованным персоналом.
Энергетическое обследование опирается на результаты измерений и расчета различных показателей, характеризующих расход, потери, качество потребляемых ресурсов.
В зданиях - это проверка теплотехнических свойств сплошных и светопрозрачных ограждающих конструкций, воздухопроницаемости, эффективности работы систем отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха, водоснабжения и электроснабжения. В котельных - это контроль качества топлива, питательной воды, эффективности сжигания топлива и отпуска тепла, рациональности выбора режимов работы котлоагрегатов, проверка котельного оборудования (насосов, вентиляторов, дымососов и т.д.).
В коммуникациях - это проверка тепло и гидроизоляции трубопроводов и воздуховодов, наличие негерметичности, утечек энергоносителя, воздуха и воды, пропускной способности коммуникаций и пр.
Оценивается также качество электроэнергии (по частоте, напряжению, бесперебойности снабжения).
В качестве показателей эффективности энергоиспользования, как правило, используются КПД установок или процессов, а также удельные расходы энергоресурсов по основным видам продукции или услуг.
При составлении теплового баланса и расчета теплопотерь требуется измерение таких параметров и величин как температура, тепловой поток, скорости и расход теплоносителя, воды и воздуха, давление, расход тепловой энергии и т.д.
Для контроля качества топлива проводятся измерения и определения калорийности (теплоты сгорания), плотности, вязкости (для мазута), зольности, влажности, компонентного состава (для газа) и т.д.
Качество сжигания топлива оценивается на основе анализа состава дымовых газов (содержания кислорода, углекислого газа, окисей углерода, азота и т.д.).
При контроле питательной воды определяется содержание рас-творенного кислорода, соединений железа, меди, значения pH и солей.
Эффективным методом дистанционного выявления характера теплопотерь зданий и его элементов, наружных теплопроводов (теплосетей) является тепловизионный с использованием портативных тепловизоров. Этот метод позволяет также обнаруживать скрытые неисправности и утечки в теплопроводах, системах отопления, дефекты в скрытой электропроводке и гидроизоляции и т.д. Тепловизионная съемка зданий и теплосетей может проводиться как наземным, так и воздушным способом (например, с борта вертолета).
Распространение при обследовании получили и другие современные средства диагностики:
ультрозвуковые приборы для определения утечек теплоносителя и воды из трубопроводов без вскрытия грунта;
сейсмоакустические методы и приборы для определения изменения толщины стенок труб при коррозийных процессах и т.д.
Выводы по главе 6
1. В стратегии энергосбережения организационно-процедурное направление включает экспертизу энергоэффективности решений в проектной документации, авторский надзор в процессе строительства, техническое сопровождение инвестиционно-строительного цикла со стороны Заказчика и энергоаудит существующих объектов.
2. Экспертиза проводится с задачей, в числе прочего, оценить уровень энергоэффективности проектируемого объекта. Авторский надзор и техническое сопровождение имеют цель воплотить проектные решения в реальный объект без существенных отклонений от заданных параметров. Энергоаудит проводится на существующих объектах с задачами обследования и оценки потребления энергоресурсов и выработки предложений по их сокращению.
Правила, способы и последовательность проведения перечисленных мероприятий изложены в соответствующих нормативных документах.
7. Экологические аспекты энергетики и энерго-ресурсосбережения
Любая производственно-хозяйственная деятельность человека требует расхода ресурсов: сырьевых, энергетических, водных, трудовых, информационных, интеллектуальных и т.д. На создание продукции непосредственно расходуется сырье, энергия (топливо) и вода.
Для анализа использования этих ресурсов рассмотрим их материальный баланс, представленный уравнением:
Мс +Мт +Мв = Мпол + Мвыб + Мст + Мт.отх , т ,
где Мс, Мт, Мв - соответственно, масса сырья, топлива и воды;
Мпол - масса полезной продукции;
Мвыб , Мст , Мт.отх - соответственно, масса воздушных выбросов, жидких стоков и твердых отходов. Данное уравнение связывает по смыслу природопользование, энергетику, экономику и охрану ОС. В этом балансе выход полезной продукции составляет от 1 до 30 % ресурсов. Остальное поступает в окружающую среду в виде выбросов, стоков и твердых отходов, т.е. загрязняет ее. Большая часть ресурсов - невозобновляемые.
Таким образом, происходит: истощение запасов не возобновляемых ресурсов (природного сырья) и загрязнение окружающей среды (ОС).
Как известно, природа способна к самоочищению, но эта способность ограничена пределом необратимости: интенсивность загрязнения (техногенная нагрузка на окружающую среду) не должна превышать допустимых пределов, при которых еще возможны нейтрализация, поглощение, окисление и и восстановление среды. В настоящее время во многих регионах эти пределы нарушены.
Разработка нормативов предельно-допустимых выбросов (ПДВ) и предельно-допустимых стоков (ПДС) - это попытка найти назван-ный предел, не допустить появления необратимых процессов в окружающей среде.
Если разделить обе части уравнения на число единиц полезной продукции, то в левой части получим ресурсо-энергоемкость этой продукции. Сегодня она в 2 - 3 раза превышает аналогичные показатели в промышленно развитых странах. Таким образом, очевидно, что в целях повышения конкурентоспособности продукции и для снижения нагрузки на ОС нужно в левой части уравнения снижать удельное потребление ресурсов (уменьшать ресурсо-энергоемкость продукции), а в правой - очищать выбросы и стоки, внедрять безотходные (малоотходные) технологии, обезвреживать, перерабатывать и утилизировать отходы, превращая их в сырьё для другого производства. Один из способов правового регулирования этих мероприятий в условиях рынка - это внедрение платного природопользования и платы за загрязнение ОС. И то, и другое наблюдается во многих странах и является одним из источников финансирования воспроизводства природных ресурсов и охраны ОС. Следует отметить и роль штрафных санкций при не соблюдении установленных ПДВ и ПДС. Однако, наложение штрафов дает эффект только в условиях конкурентной среды. При отсутствии конкуренции производитель будет включать штрафы в цену продукции и, таким образом, перекладывать их на потребителя.
Переход на экологически чистые технологии и внедрение других природоохранных и природосберегающих мер должен сопровождаться также экономическим стимулированием в виде налоговых и таможенных льгот. Мировой опыт свидетельствует, что экологическая политика должна базироваться на ряде принципов, в числе которых:
загрязнитель и природопользователь платит в размерах, компенсирующих ущерб;
разработчик или природопользователь должен доказать экологическую. приемлемость выбранных технологий (“презумпция виновности” технологий); разработчик и производитель продукции должен предусмотреть экологическую безопасность консервации или ликвидации производства, а также обезвреживания, утилизации и захоронения технологических отходов и отходов при потреблении продукции, т.е. он должен проследить всю цепочку обращения этой продукции, вплоть до ликвидации отходов;
все решения в производственно-хозяйственной и иной деятельности, влияющие на ОС, должны приниматься только после экологической экспертизы.
Связь между энергосбережением и экологией наблюдается при рассмотрении проблемы получения энергии из отходов. Бытовые и промышленные горючие отходы, засоряющие ОС, представляют собой источник энергии (например, биогаз), который в настоящее время практически не используется. Превращение этого энергоресурса в тепловую и электрическую энергию позволит одновременно, хотя бы частично, решить и экологическую задачу.
Известно, что большая часть энергоресурсов в стране производится из органического топлива (90 %). К ядерному топливу подорвано доверие общественности из-за риска аварий с глобальными последствиями и проблем захоронения радиоактивных отходов, крупные гидроэлектростанции нарушают экологические пропорции (затопление территорий, увлажнение климата, ущерб рыбному хозяйству и т.д.). Возобновляемые энергоресурсы (солнечная, ветровая, геотермальная и т.д.) пока обладают ограниченными возможностями при промышленном использовании. Однако, их использование можно отнести к сравнительно экологически чистым технологиям получения энергии. Согласно 2-му закону термодинамики, любой спонтанный процесс в изолированной системе сопровождается ростом энтропии этой системы (размерность энтропии - ккал/К), т.е. рассеиванием энергии, стремлению к термодинамическому равновесию (выравниванием температур, давлений, концентраций и т.д.). Чем больше растет энтропия, тем меньше становятся разности энергетических потенциалов в системе, а значит уменьшается способность системы к выполнению работы. В естественных условиях физические процессы протекают в направлении роста энтропии, и только живые биологические системы (растения и организмы) противостоят росту энтропии, концентрируют энергию, упорядочивают определенным образом вещество. На основе закона возрастания энтропии возникла теория тепловой смерти Вселенной при достижении максимума энтропии. Однако, как оказалось, в открытой системе, какой является Вселенная, происходят одновременно антиэнтропийные процессы формирования упорядоченных структур под воздействием гравитационных, ядерных и электромагнитных полей (бифуркация), что препятствует росту энтропии Вселенной. По интенсивности загрязнения окружающей среды энергетика занимает одно из первых мест (электростанции, ТЭЦ, котельные, промышленные печи, сушилки и т.д.). От объектов энергетики в ОС поступают продукты сгорания топлива в виде разного рода химических соединений и механических примесей, а также сбросное тепло, шум и в некоторых случаях электромагнитные излучения.
Для снижения объемов вредных выбросов и стоков применяются различные способы очистки, облагораживание топлива (в том числе очищение его от ядовитых компонентов), а также рассеивание воздушных выбросов с помощью высоких труб или “факельных выбросов” (насадок, обеспечивающих за счет высоких скоростей подъем выброса на расчетную высоту и последующее рассеивание).
Однако рассеивание воздушных выбросов следует рассматривать как вынужденную и временную меру (с ограничением по ПДВ), т.к. это мероприятие позволяет снизить приземные концентрации вредностей, а не общее загрязнение атмосферы.
К экологически чистым технологиям получения тепла в настоящее время можно отнести также “тепловые насосы”, которые могут служить и для получения холода (при работе в режиме холодильной машины). Экологически чистым и одновременно возобновляемым источником получения холода являются установки испарительного охлаждения, т.к. у них энергетический потенциал создается психрометрической разностью температур.
К числу перспективных экологически чистых источников энергии следует отнести водородную энергетику.
Многие объекты энергетики, помимо загрязнения ОС вредными выбросами и стоками, создают повышенный уровень шума, а некоторые из них вредные электромагнитные поля или повышенный радиоактивный фон. По-прежнему актуальны меры по снижению шума в самих источниках возникновения шума. При создании новой техники и технологий накладываются ограничения по уровню шумового загрязнения. Например, в ряде международных аэропортов установлены стандарты на шумовые характеристики принимаемых на посадку самолетов.
Биосферой (сферой жизни живого вещества) считается пространство, простирающееся на 20-25 км вверх над уровнем океана и на 2-3 км ниже этого уровня (вглубь суши). Начиная с отметки 10-12 км и до отметки 20 км размещается основная часть озонового слоя атмосферы, задерживающего губительные ультрафиолетовые лучи Солнца.
К числу вредных выбросов, разрушающих озоновый слой планеты, относятся аэрозольные хлоро-фтор-содержащие смеси, в том числе хладоны R 22 и R 12, используемые в качестве холодильного агента в компрессионных тепловых насосах и автономных кондици-онерах. Согласно постановлению Правительства РФ №526 от 24.5.95 “О первоочередных мерах по выполнению Венской конвенции об ох-ране озонового слоя и Монреальского протокола по веществам, разрушающим озоновый слой”, предусмотрено поэтапное сокращение производства и потребления озоноразрушающих веществ. В связи с этим, в последнее время разработаны новые (озонобезопасные) хладагенты, которые по своим теплофизическим и термодина-мическим свойствам являются аналогами традиционных. В частности, хладагент R 22 подлежит замене на R 407С, хладагент R 12 - на R 134а, хладагент R 502 - на R 407В.
Следует отметить и постепенное нарастание в атмосфере концентраций углекислого газа, вследствие усиления производственно-хозяйственной деятельности человека. Трехатомные газы обладают свойством задерживать (поглощать) тепловые излучение от Земли, т.е. создавать “парниковый” эффект в атмосфере. Поэтому, а также из-за тепловых выбросов промпредприятий, происходит потепление климата, которое может привести к таянию льдов, смещению соотношения водной и материковой площадей Земли, природным изменениям.
Кроме постоянных вредных выбросов и стоков, регламентируемых нормативами ПДВ и ПДС, происходят аварии и аварийные выбросы. С позиций физики, авария - это разрушительное, неконтролируемое. высвобождение энергии или активных компонентов (химических, биологических, радиоактивных). Эти события должны прогнозироваться и предотвращаться, а в случае возникновения аварии должны приниматься оперативные меры по ликвидации последствий. Методические подходы по оценке риска, прогноза аварийных событий и расчету вероятного ущерба изложены применительно к системам жизнеобеспечения города изложены в [23].
С позиций мирового сообщества (ООН) в начале 3-го тысячелетия среди глобальных проблем расставлены следующие приоритеты: на 1-м месте проблема экологии, на 2-м -предотвращение ядерной войны, на 3-м - всемирное здравоохранение. Экология оказалась на 1-м месте из-за высокого уровня загрязнения планеты. Она напрямую влияет на качество жизни человека, на здоровье и генетику человека. Наиболее мощный критерий качества жизни - продолжительность жизни. По этому показателю среди европейских стран за последние годы мы оказались на одном из последних мест, что требует не только социально-экономических реформ, но и изменения отношения к экологическим проблемам. Не случайно экологическая безопасность в настоящее время рассматривается как составная часть национальной безопасности.
Выводы по главе 7
1. Производственно-хозяйственная деятельность человека сопровождается потреблением ресурсов и загрязнением окружающей среды, включающем химические вещества и аэрозоли, электромагнитные и радиоактивные излучения, тепловое, акустическое и вибрационное воздействия. Перерасход энергетических и других ресурсов, а также недостаточные меры по очистке выбросов, стоков и внедрению безотходных технологий, ухудшают экологическую обстановку и одновременно снижают конкурентоспособность отечественной продукции. 2. Помимо санкционированных вредных выбросов и стоков, предусмотренных нормативами ПДВ и ПДС, происходят аварии и аварийные выбросы, загрязняющие окружающую среду. Для предупреждения подобных чрезвычайных ситуаций необходимо при проектировании анализировать возможные техногенные и экологические риски. Законодательством это предписано выполнять в обязательном порядке для опасных производственных объектов, а также для особо сложных или уникальных объектов. 3. При внедрении энергосберегающих технологий и мероприятий снижаются показатели энергоемкости отечественной продукции и услуг, что способствует улучшению экологической обстановки. На отечественном рынке представлены технологии и оборудование, внедрение которых позволяет значительно снизить техногенную нагрузку на окружающую среду и обеспечить требуемый уровень экологической безопасности населения и персонала.
Заключение
1. Необходимость снижения расхода энергоресурсов в стране при производстве товарной продукции и услуг, в том числе при эксплуатации объектов строительства, диктуется их завышенной энерго- ресурсоемкостью, по сравнению с мировыми показателями. Перерасход энергетических и других ресурсов делает неконкурентоспособной нашу продукцию и услуги (по энергозатратам), тормозит развитие экономики в целом и ухудшает экологическую обстановку. Значительная доля от общего потребления энергоресурсов расходуется при эксплуатации зданий и инженерных систем (энерго-водо-снабжения, отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха).
2. Предпосылки для перехода от затратных к энерго- ресурсосберегающим методам хозяйствования в наступившем новом веке имеются как в области нормативно-правовой базы, так и в технологиях, представленных на отечественном рынке.
3. Все ожидаемые параметры строящегося или реконструируемого здания закладываются при его проектировании. Поэтому в пособии с позиций системного анализа показаны методические подходы и принципы выбора энергоэффективных проектных решений. Дан обзор некоторых принципиальных схем и технологий, а также оборудования и материалов, позволяющих снизить потребление энергоресурсов в зданиях при сохранении заданного качества функционирования инженерных систем жизнеобеспечения.
4. Рассмотренные подходы, приведенные технологические и организационно-процедурные меры по энерго-ресурсосбережению позволят слушателю лучше ориентироваться в указанной проблеме при реализации своих рабочих планов и программ.
Приложение
Соотношения между единицами измерения
Измеряемые параметры
Соотношение
Тепловой поток
1 ккал/ч = 4,19 кДж/ч = 1,16 Вт = 3,96 Btu/h *;
1 Гкал/ч = 4,19 ГДж/ч = 1,16 МВт
Теплопроводность
1 ккал/ч м С = 1,16 Вт/м К
Теплоемкость
1 ккал/кг С = 4,19 кДж/кг К
Коэффиц.теплопередачи
1 ккал/ч м2 С = 1,16 Вт/м2 К
Сопротивление теплопередаче
1 м2 ч С/ккал = 0,86 м2 К/Вт
Давление
1 ата = 1 кгс/см2 = 104 кг/м2 = 104 мм вод.ст. = 9,8  104 Па = 9,8  10 кПа  0,1 Мпа;
1 кгс/м2 = 9,8 Па ;
1 мм рт. ст. = 13,3 мм вод. ст.  133 Па.
Плотность
1 кг/м3 = 9,8 Н/м3 (где Н -ньютон)
*британская единица теплового потока
Применяемые в технике множители и приставки к единицам измерения (для образования единиц, кратных десяти).
Множитель
Приставка
Обозначение приставки
русское
международное
1012
тера
Т
Т
109
гига
Г
G
106
мега
М
М
103
кило
к
k
102
гекто
г
h
101
дека
да
da
10-1
деци
д
d
10-2
санти
с
с
10-3
милли
м
m
10-6
микро
мк

10-9
нано
н
n
10-12
пико
п
p
Литература
1
Аверьянов В.К., Подолян Л.А., Тютюнников А.И., Зарецкий Р.Ю. Энергоэффективный дом. Первые результаты эксплуатации и предложения по совершенствованию систем. Информ. бюлл. «Теплоэнергоэффективные технологии» № 3, 2002. 2
Аверьянов В.К., Тютюнников А.И. и др. Альбом для проектирования установок солнечного горячего водоснабжения, СПб, 1992. 3
Акшель В. А. Энергоцентры на базе микротурбинных установок, журн. «Энергосбережение» №5, 2006.
4
Алексеенко С.В. «Нетрадиционная энергетика и энергосбережение в России», журн. «Энергосбережение» № 1, 2008, ООО «Теплообмен», г. Севастополь
5
Барон В.Г. Новая идеология создания ИТП, Бюллетень «Теплоэнергоэффективные технологии»№3/4, 2007 г., С-Петербург.
6
Булгаков С.Н., Чистович С.А., Аверьянов В.К. Пути развития застройки и инженерной инфраструктуры современных городов. Инф. бюллетень “Теплоэнергоэффективные технологии”, №3, 1998, С-Петербург 7
Васильев Г.П. Рекомендации по проектированию и монтажу геотермальных теплонасосных систем теплоснабжения зданий. Приложение к диссертации «Теплохладоснабжение зданий с использованием низкопотенциальной тепловой энергии поверхностных слоев земли», МГСУ, М., 2006 г. 8
ГОСТ 12.1.005-88 «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны».
9
ГОСТ 30494-96 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях», М., 1999. 10
Карпов В. Н. О проектировании современных систем отопления в многоэтажных зданиях жилого и общественного назначения , журн AВОК №1/2008
11
Кокорин О.Я. Энергосберегающие технологии функционирования систем ВОК. М., “Проспект”, 1999.
12
Колубков А. Н, Никитин С. Г., Шилкин Н. В.,. Белов А. Л, Бочкалов Д. А. Опыт проектирования и эксплуатации поквартирных систем отопления высотных жилых зданий, журн. AВОК 6, 2005.
13
Кузьмин М. П., Харитонов Б. П. «Энергоэффективность систем кондиционирования», Ж. АВОК № 6, 2006
14
Ливчак В. И. Экспертиза энергоэффективности строительства зданий, журн. АВОК № 7, 2003 .
15
Ливчак В.И., Комментарий. Журн. «АВОК», № 5, 2005 16
Ливчак В.И.Энергосбережение при водоснабжении жилых зданий , журнал «Сантехника» №4, 2002
17
МГСН 2.01-99 Московские городские строительные нормы «Энергосбережение в зданиях», М. 1999. 18
МГСН 2.01-99. Московские городские нормы «Энергосбережение в зданиях. Нормативы по теплозащите и тепло-, водо-, электроснабжению».
19
Методические рекомендации и типовые программы энергетических обследований систем коммунального энергоснабжения (утв. приказом Госстроя РФ от 10 июня 2003 г. N 202)
20
Методические рекомендации по использованию низкотемпературных ВЭР в системах вентиляции и воздушного отопления промышленных зданий”, М, ЦМИПКС, 1996.
21
Наумов А. Л. Мини-Тэц – очередной бум или объективная потребность отечественной энергетики, журн. АВОК №7, 2005.
22
Наумов А.Л. Энергоэффективный жилой дом в Москве, журн. AВОК №4/1999
23
Октябрьский Р.Д. «Управление риском в системах и объектах жизнеобеспечения городской застройки», учебное пособие, М., ГАСИС, изд. 3 (переработанное и дополненное), 2007 г.
24
Октябрьский Р.Д. Ресурсосберегающие принципы проектирования объектов строительства. Инф. бюллетень “Теплоэнергоэффективные технологии”, №3, 2001, С-Петербург 25
Октябрьский Р.Д., Перов В.Н. Оптимальные решения в производственно-энергетических задачах строительства. М., уч. пособие, изд. ЦМИПКС,. 1997.
26
Патенты РФ на изобретения № 2148211, № 2168113, № 2200906 «Система централизованного теплоснабжения». 27
Положение № 7-2005 «Положение об экономическом стимулирова­нии проектирования и строительства энергоэффективных зданий и выпуска для них энергосберегающей продукции». Введено в действие Департаментом градостроительной политики, развития и реконструкции города Москвы от 12 мая 2005 г. № 46
28
Порядок организации работ по выдаче разрешений на допуск в эксплуатацию энергоустановок (утв. приказом Ростехнадзора от 07 апреля 2008 г. № 212). 29
Постановление Правительства РФ №1087 от 2 ноября 1995 г. «О неотложных мерах по энергосбережению».
30
Постановление Правительства РФ №588 от 15 июня 1998 г. "О дополнительных мерах по стимулированию энергосбережения в России" 31
Постановление Правительства РФ №832 от 8 июля 1997 г. "О повышении эффективности использования энергетических ресурсов и воды предприятиями, учреждениями и организациями бюджетной сферы".
32
Постановление Правительства РФ от 5 марта 2007 г. № 145 "О порядке организации и проведения государственной экспертизы проектной документации и результатов инженерных изысканий".
33
Правила учета тепловой энергии и теплоносителя. Минтопэнерго, М., 1995.
34
Рекомендации по применению систем обогрева с газовыми инфракрасными излучателями, АВОК, М., 1996.
35
Рекомендации по применению теплообменников ТТАИ в тепловых пунктах жилых и общественных зданий. Изд. КиевЗНИИЭП, 2005.
36
Рекомендации по проведению энергетических обследований (утв. приказом Минпромэнерго №141 от 4.07.2006)
37
Рымкевич А.А. Системный анализ оптимизации общеобменной вентиляции и кондиционирования воздуха. М., Стройиздат, 1990.
38
СанПиН 2.1.2.1002-00 Санитарно-эпидемиологические требования к жилым зданиям и помещениям
39
СанПиН 2.2.4.548-96 Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений
40
СНиП 1.06.05-85 Положение об авторском надзоре проектных организаций за строительством предприятий, зданий и сооружений с изменениями, утвержденными Госстроя СССР от 29.06 1987 года № 122. 41
СНиП 2.04.05-91* «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха» с Изменением №1 от 21.01.94 и Изменением №2.
42
СНиП 2.04.07-86* «Тепловые сети», М., Госстрой, 1994г.
43
СНиП 2.04.14-88* «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов» с Изменением №1 от 31.12.97.
44
СНиП 2.09.04-87 «Административные и бытовые здания».
45
СНИП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий»
46
СНиП 31-05-2003 «Общественные здания административного назначения». 47
СНиП 41-02-2003 Тепловые сети
48
СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование».
49
Сотников А.Г. Автономные и специальные СКВ, С-Петербург, 2005
50
Справочное пособие «Энергосбережение в системах теплоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха», под ред. Л.Д.Богуславского и В.И.Ливчака, Стройиздат, М., 1990 51
Стандарт АВОК «Системы отопления и обогрева с газовыми и инфракрасными излучателями», СТО НП «АВОК» 4.1.5-2006 52
Стандарт АВОК-1-2004 «Здания жилые и общественные. Нормы воздухообмена».
53
Стефанов Е.В. Вентиляция и кондиционирование воздуха. Изд. АВОК Северо-Запад, С-Петербург, 2005.
54
Табунщиков Ю.А. Энергоэффективные здания в Москве, Сб. материалов междунар. конференции-выставки в Москве «Уникальные и спец. технологии в строительстве», апрель 2006.
55
Технические рекомендации по организации воздухообмена в квартирах многоэтажного жилого дома (ТР АВОК-4-2004).
56
Федеральный закон от 3 апреля 1996 г. №28-ФЗ "Об энергосбережении" 57
Фокин К.Ф. “Строительная теплотехника ограждающих частей зданий”, Стройиздат, М., 1973.
58
Харитонов Б. П. , Харитонов А.Б. «Расчет энергопотреления VRV-системой Daikin в реальных условиях эксплуатации», Ж. АВОК №8, М., 2006
59
Чистович С.А , Аверьянов В.К., Темпель Ю.А., Быков С.И. Автоматизированные системы теплоснабжения и отопления. Л., Стройиздат, 1987.
60
Шабанов В. Е. «Кольцевая система кондиционирования воздуха в гостинице». Журн. «АВОК», № 7, 2004 г. и № 4 -2006 г. 61
Энергосберегающие системы теплоснабжения зданий на основе современных технологий и материалов (альбомы), Рострой РФ, г.Санкт-Петербург, 2004г. 62
Энергосберегающие системы теплоснабжения зданий на основе современных технологий и материалов / Под общ. ред. С.А. Чистовича / Госстрой России. − СПб., 2003. − 132 с.
Оглавление 1. Ресурсосберегающие принципы проектирования объектов строительства2
1.1. Составляющие технического уровня объекта (системы) и современная технология выбора проектных решений3
1.2. Область возможных решений5
1.3. Учет влияния случайных факторов и событий при обосновании проектных решений8
2. Общая стратегия энергосбережения10
2.1. Глобальные критерии энергоэффективности и энергоемкость отечественной продукции12
2.2. Принципы энергосбережения13
3. Нормативно-правовая база энергосбережения в России и зарубежные тенденции17
4. Требования к внутренней среде обитания и системы ее обеспечивающие. Экология зданий23
4.1. Нормирование санитарно-гигиенических и микроклиматических условий в зданиях23
4.2. Экологические проблемы жилища26
5. Технология и техника энергосбережения29
5.1. Энергосбережение строительными методами и средствами29
5.1.1. Сплошные ограждающие конструкции31
5.1.2. Светопрозрачные ограждения37
5.2. Энергосбережение инженерными системами40
5.2.1. Системы теплоснабжения40
5.2.2. Приборы учета потребления тепловой энергии46
5.2.3. Системы отопления50
5.2.4. Системы вентиляции56
5.2.5. Системы кондиционирования воздуха66
5.2.6. Энерго- водосбережение в системах водоснабжения76
5.2.7. Использование вторичных энергоресурсов (ВЭР) в отопительно-вентиляционных системах и в горячем водоснабжении78
5.2.8. Использование природного тепла83
6. Организационно-процедурное направление в энергосбережении92
6.1. Экспертиза энергоэффективности проектируемого объекта и авторский надзор92
6.2. Энергоаудит93
7. Экологические аспекты энергетики и энерго-ресурсосбережения97
Приложение103
Литература103
Октябрьский Ростислав Дмитриевич
Старжинский Евгений Анатольевич
Ильинец Валерий Николаевич
Энергоэффективность проектируемых зданий
учебное пособие
М. 2008 г.
Подписано к печатиОбъём п.л.
Тираж 150 экз.Зак. №
ГАСИС
Автор
yurijevs
Документ
Категория
Другое
Просмотров
5 460
Размер файла
4 457 Кб
Теги
энергоэффективность
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа