close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

127.531 Энергосберегающие ткхнологии

код для вставкиСкачать
Министерство образования и науки Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Воронежский государственный архитектурно-строительный университет
Кафедра городского строительства и хозяйства
Энергосберегающие технологии
Методические указания
к практическим занятиям
для студентов специальности 270105
«Городское строительство и хозяйство»
всех форм обучения
Воронеж 2010
УДК 699.8:697(07)
ББК 65.441:31.15я7
Составители М.С. Кононова, А.В. Исанова
Энергосберегающие технологии : Метод. указания к практическим занятиям
спец. 270105 «Городское строительство и хозяйство» всех форм обучения/;
Воронеж. гос. арх.-строит. ун-т; сост.: М.С. Кононова, А.В. Исанова – Воронеж,
2010. – 26 с.
Методические указания содержат задачи, затрагивающие вопросы
нескольких направлений энергосберегающих мероприятий, наиболее
актуальных в настоящее время. Каждая задача имеет постановочную часть,
перечень необходимых исходных данных, расчетные зависимости и
рекомендации по последовательности выполнения расчетов.
Предназначены для студентов специальности 270105 «Городское
строительство и хозяйство» всех форм обучения.
Ил. 1. Библиогр.: 4 назв.
УДК 699.8:697(07)
ББК 65.441:31.15я7
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Воронежского государственного архитектурно-строительного университета
Рецензент - Б.П. Новосельцев, канд. техн. наук, доцент кафедры отопления и
вентиляции Воронежского государственного архитектурностроительного университета.
ВВЕДЕНИЕ
Энергосбережение было и остается одним из важнейших направлений
жизни современного общества. При этом особое внимание уделяется
комплексному подходу к проблеме энергосбережения, включающему
решение
законодательных,
административных,
экономических
и
технических задач.
Одной из основных задач дисциплины «Энергосберегающие
технологии» является знакомство студентов с практически применимыми и
экономически целесообразными решениями и схемами городских систем
тепло-, газо-, водоснабжения, а также изучение методов техникоэкономического обоснования плановых и проектных решений этих систем и
путей повышений эффективности их работы.
Кроме того, немаловажное значение имеет получение студентами
знаний о современных технологиях использования нетрадиционных
источников энергии и возобновляемых ресурсов.
Будущие специалисты городского строительства и хозяйства нуждаются
в получении систематизированной информации,
Методические указания содержат задачи, затрагивающие вопросы
нескольких направлений энергосберегающих мероприятий, наиболее
актуальных в настоящее время. Навыки, полученные студентами при
решении учебных задач, могут пригодиться им в дальнейшей
профессиональной деятельности.
Задача №1
Определение требуемой толщины
для наружной стены утеплителя здания
1.1.
Задание. Для заданных климатических условий и конструкций
стены определить соответствие сопротивления теплопередаче
стены современным нормам [1] и рассчитать требуемую толщину
утеплителя (при необходимости).
1.2. Исходные данные:
­ район строительства (город);
­ расчетная температура наружного воздуха, равная средней
температуре наиболее холодной пятидневки, обеспеченностью 0,92,
text  t50.92 , °С [2];
­ средняя температура наружного воздуха, за отопительный период,
tht , °С [2];
­ продолжительность отопительного периода Z ht , сут;
3
­ расчетная
температура
внутреннего
воздуха
для
жилых
зданий tint , °С [1];
­ толщина стены δ, м (для многослойной стены – толщина отдельных
слоёв δi , м);
­ коэффициент теплопроводности материала из которого сделана
стена λ (или отдельные её слои λi ), Вт  м  С  , [3];
 влажностный режим помещения [1, таб. 1]
 зона влажности района строительства [1, прил. В];
 условия эксплуатации ограждающих конструкций [1, таб. 1].
1.3. Расчётные зависимости
Суммарное сопротивление теплопередаче стены R con
м 2  С Вт ,
o ,
определяется по формуле
1

1
R con
 i 
,
(1.1)
o 
 int
 i  ext
где int – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей


конструкции для условий холодного периода года, Вт (м 2  С) ; [3];
ext – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей


конструкции, Вт м 2  С , [1, таб. 7]; i и i – толщина, м, и расчетный
коэффициент теплопроводности материала
i-го слоя,
Вт м  С  ,
принимаемый с учетом условий эксплуатации конструкций [3, прил. Д].
Приведенное сопротивление теплопередаче наружной неоднородной
стены R or , м2  С Вт , определяем по формуле

где
R cop
o
–

сопротивление

R or  R con
o r,
теплопередаче
i-го
участка
(1.2)
однородной

ограждающей конструкции, м 2  С Вт ; r – коэффициент теплотехнической
однородности [3, таб. 6].
В проектируемом здании защита обеспечена, если соблюдены
требования показателей «а» и «б»:
«а» – теплотехническое требование, в соответствии с которым приведенное
сопротивление теплопередаче отдельных элементов ограждающих
конструкций должно быть не менее нормируемого значения.
«б» – санитарно-гигиенического требование, в соответствии с которым
расчетный температурный перепад между температурой внутреннего
воздуха и температурой поверхности ограждающей конструкции не
должен превышать нормируемого значения.
4
Соблюдение требования показателя «а»
заключается в выполнении неравенства
R or  R req I ,
(теплотехническое)
(1.3)
где R req I – требуемое сопротивление теплопередаче, (м 2  С) Вт ,
нормируемое в соответствии с [1, табл. 4] в зависимости от градусо-суток
отопительного периода D d , °С·сут, рассчитываемых по формуле
D d  t int  t ht   Zht ,
(1.4)
где z ht , t int , t ht – см. исходные данные.
Соблюдения требования показателя «б» (санитарно-гигиеническое)
обеспечивается, если сопротивление теплопередаче ограждения имеется
значение не менее R req II , м 2  С Вт , рассчитываемого по формуле:
n  t int  t ext 
R reqII 
,
(1.5)
t n   int
где t n – нормируемый температурный перепад между температурой
внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей
конструкции, С [1, табл. 5]; n – коэффициент, учитывающий зависимость
положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к
наружному воздуху [1, табл. 6]; int ,  ext – см. формуле (1.1);
t int , t ext – см. исходные данные.


Необходимая толщина
рассчитывается по формуле
дополнительного

слоя

 ут  R req  R ro   ут r ,
утеплителя
δут,
м,
(1.6)
где R ro – приведенное сопротивление теплопередаче наружной неоднородной
стены, (м2  С) Вт ; λут – коэффициент теплопроводности утеплителя, Вт м  С ;
R req – большее из значений R req I и R req II , (м2  С) Вт .
1.4. Порядок работы
Используя нормативно-справочную литературу [1–3], выписать необходимые
значения исходных данных для заданного района строительства и конструкций
стены.
Используя формулы (1.1) И (1.2) определить приведённое сопротивление
теплопередаче стены R or , м 2  С Вт . Рассчитать количество градусо-суток
отопительного периода D d , °С·сут, по формуле (1.4).
Найти требуемое сопротивление теплопередаче стены для рассчитанного
количества градусо-суток отопительного периода R req I [1, табл. 4].
По формуле (1.5) рассчитать требуемое сопротивление теплопередаче R req II .


Сравнить приведённое сопротивление теплопередаче R ro с большим из значений
5
R req I и R req II . Если величина R ro меньше требуемых значений R req I и R req II , то
вычислить необходимую толщину утеплителя  ут по формуле (1.6).
2.1.
Задача №2
Составление энергетического паспорта здания
Задание. Для заданных климатических условий и имеющихся чертежей
здания составить энергетический паспорт здания в соответствии с
требованиями [1,3]
2.2. Исходные данные:
 план здания, разрез;
 район строительства;
 климатические данные (см. задачу 1);
 сопротивление теплопередаче всех наружных ограждений здания (или их
конструктивное исполнение).
2.3. Расчётные зависимости
Форма энергетического паспорта приведена в прил. 1. В составе
энергетического паспорта различают три группы показателей: геометрические,
теплотехнические и теплоэнергетические.
2.3.1. Вычисление геометрических размеров здания
Площадь вертикальных ограждений А верт , м, определяется по формуле
А верт  P  H зд ,
(2.1)
где P – периметр здания, м; H зд – высота здания, м.
Площадь стен А w , м2 , вычисляется по формуле
А w  А верт  А F  А ed ,
(2.2)
где А верт , А F , А ed – площадь вертикальных ограждений, окон и балконных
дверей, входных дверей соответственно, м2 (вычисляется по чертежам здания с
учётом их количества и геометрических размеров).
Площадь покрытий верхнего этажа А c и перекрытий подвала A f , м2,
принимается равной площади этажа А эт .
Площадь отапливаемых помещений, А h , и площадь жилых помещений и
кухонь А l , м2, определяется по плану здания.
Отапливаемый объём Vh , м3 ,определяется по формуле
Vh  A 'эт  Н зд ,
(2.3)
где Н зд – высота здания, м; А эт – площадь этажа, ограничивается внутренними
поверхностями наружных стен, м2.
6
Коэффициент остекления f рассчитывается по формуле
f  A F / А верт ,
где А F , А верт – см. формулу (2.2).
(2.4)
Показатель компактности k des
e , 1 м , вычисляется по формуле
sum
k des
Vh ,
e  Аe
(2.5)
где А sum
– общая площадь наружных ограждающих конструкций здания, м2
e
( А sum
 А w  А F  А ed  А f  А c ); Vh – см. формулу (2.3).
e
2.3.2. Вычисление теплотехнических показателей
Приведенное сопротивление теплопередаче стен, покрытий верхнего этажа,
перекрытия подвала, окон и балконного заполнения определяется, используя
формулы (1.1), (1.2).
tr
Приведённый трансмиссионный коэффициент теплопередачи здания К m
,
2
Вт (м  С) , рассчитывается по формуле
А
А
А
А 
А
tr
,
(2.6)
Кm
  w  F  ed  0,9 f  0,6 c  / А sum
Rf
Rc  e
 R w R F R ed
где А w , А F , А ed , А f , А c – геометрические параметры, см. п. 2.3.1; R w , R F ,
R ed , R c , R f – сопротивление теплопередаче стен, окон и балконных дверей,
входных дверей, покрытия верхнего этажа и перекрытия подвала соответственно.
Сопротивление теплопередаче входных дверей равно R ed =0,6 R w .
Воздухопроницаемость наружных ограждений определяется по результатам
натурных испытаний либо принимается нормируемой в соответствии с
[1, табл. 11].
Средняя кратность воздухообмена здания за отопительный период n а , 1 ч ,
определяется по формуле
(2.7)
n а  3  А l /  v  Vh
где  v – коэффициент, учитывающий долю внутренних ограждающих
конструкций в общем объёме здания,  v =0,85 [3].
Условный коэффициент теплопередачи здания, учитывающий теплопотери за
2
счёт инфильтрации и вентиляции К inf
m , Вт (м  С) , рассчитывается по формуле
ht
sum
К inf
(2.8)
m  0,28  с в  n a   v  Vh  a / А e
где св – удельная теплоёмкость воздуха;  aht – средняя плотность приточного
воздуха; n a ,  v , Vh , А sum
– см. выше.
e


Общий коэффициент теплопередачи здания К m , Вт м 2  С , определяется
по формуле
К m  К mtr  К inf
(2.9)
m ,
tr
где К m
, К inf
m – см. формулы (2.6) и (2.8) соответственно.
7
2.3.3. Вычисление теплоэнергетических показателей
Общие теплопотери через ограждающую оболочку здания за отопительный
период Q h , МДж, определяются по формуле
Q h  0,0864  К m  D d  А sum
e ,
(2.10)
где К m – см. формулу (2.9); D d – см. формулу (1.4); Аsum
– см формулу (2.5).
e
Бытовые теплопоступления за отопительный период Qint , МДж, составляют
Q int  0,0864  q int  z ht  А l ,
(2.11)
где q int – величина бытовых тепловыделений на 1 м2 площади жилых помещений
или расчётной площади общественного здания, Вт м 2 ( q int = 10 Вт м 2 ) [3];
z ht – см. формулу (1.4); А l – площадь жилых помещений и кухонь, м2.
Потребность в тепловой энергии на отопление за отопительный период, Q hy ,
МДж, составляет
Qhy  Q h  n ,
(2.12)
где  n – коэффициент, учитывающий дополнительное теплопотребление [3].
Удельный расход теплоты на отопление q des
h ,
рассчитывается по формуле
3
y
q des
h  10  Q h / А h  D d  ,
кДж (м 2   С  сут) ,
(2.13)
где А h – отапливаемый объём здания, м2; Q hy , D d – см. формулы (2.12) и (1.4)
соответственно.
Удельная тепловая характеристика здания q h , Вт м 3  С , определяется по
формуле
q h  К m  А sum
/ Vh ,
e
(2.14)
где К m – см. формулу (2.9); А sum
e , Vh – см. п. 2.3.1.
Относительное снижение потребности в тепловой энергии на отопление за
отопительный период Q hy , %:
Q hy

Q hyI  Q hyII
Q hyI
100% ,
(2.15)
где Q hyI , Q hyII – потребность в тепловой энергии на отопление за
отопительный период «до» и «после» утепления соответственно, МДж.
2.4. Порядок работы
Произвести расчёт показателей и внести их в таблицу энергетического
паспорта. Заполнить таблицу энергетического паспорта здания (прил. 1) для
здания «до» и «после» утепления наружных стен.
По формуле (2.15) рассчитать снижение расхода теплоты Q hy в связи с
произведённым утеплением стен.
8
Задача №3
Выбор экономически целесообразного варианта
энергосберегающего мероприятия
3.1.


Задание. Выбрать один вариант из нескольких энергосберегающих
мероприятий с различными капитальными затратами и ожидаемой
экономией.
3.2.Исходные данные:
Для каждого из участвующих в выборе вариантов задаются следующие
значения:
ΔРt – годовая экономия, р./год.;
Кt - капитальные затраты, р.;
3.3. Расчётные зависимости
Выбор экономически целесообразного варианта осуществляется путём
сравнения каждого варианта с базисным. Экономическая эффективность
варианта определяется на основе оценки чистого дисконтированного дохода,
получаемого при реализации рассматриваемого варианта.
Чистый дисконтированный доход (ЧДД) – текущая стоимость будущих
доходов (разности поступлений и затрат) за минусом затрат текущего периода.
Логика критерия чистого дисконтированного дохода такова:
1. Если ЧДД<0, то проект убыточен.
2. Если ЧДД=0, то это не прибыльный и не убыточный инвестиционный
проект. В случае его принятия благосостояние организации не изменится, но в
то же время объемы производства возрастут, компания увеличится в
масштабах.
3. Если ЧДД>0, то это прибыльный инвестиционный проект.
При оценке альтернативных вариантов лучшим будет тот инвестиционный
проект, чистый дисконтированный доход которого больше.
Положительные качества ЧДД:
 чёткие критерии принятия решений
 показатель учитывает стоимость денег во времени (используется
коэффициент дисконтирования в формулах).
Отрицательные качества ЧДД:
 показатель не учитывает риски.
 ЧДД не учитывает вероятность исхода события.
Чистый дисконтированный доход ЧДД, р., считается по формуле:
T
P  K t
ЧДД =  t
,
(3.1)
t
t 0 1  Е 
где t – шаг расчёта, год; Т – расчётный период времени, равный 5 годам;
ΔРt – годовая экономия, р./год.; Кt – капитальные затраты, р.;
9
Е
– норма дисконта, равная норме
1
– коэффициент дисконтирования.
1  Е t
дохода
на
капитал,
Е=0,5;
3.4. Порядок работы
Для каждого из вариантов, характеризующихся заданными значениями
капитальных затрат Кt и годовой экономией ΔРt, рассчитать значения ЧДД по
формуле (3.1).
На основе сравнения значений ЧДД сделать вывод об экономической
целесообразности приведённых вариантов.
Задача №4
Расчёт срока окупаемости дополнительного утепления стен
4.1.
Задание. Для заданной конструкции стены и климатических условий
определить срок окупаемости дополнительного утепления стен за
счёт снижения затрат на отопление.
4.2. Исходные денные:
 тариф на тепловую энергию, S тепл , р./ГДж;
 стоимость монтажа 1 м2 утеплителя, S монт , р./м2 ;
 сопротивление теплопередаче стены:
 до утепления RwI , м 2  С  Вт ;
 после утепления RwII ,  м 2  С  Вт ;
 климатические данные (см. задачу 1);
 толщина утеплителя ут , м;
 стоимость утеплителя S ут , р./м3
5.1. Расчётные зависимости
Одной из составляющих теплового баланса здания, определяющих расход
теплоты на отопление, являются потери теплоты через ограждающие конструкции
Q w , Вт, рассчитываемые по формуле
Q w  Fw  K w  t int  t exp ,
(4.1)


где Fw – расчётная площадь ограждающей конструкции, м2; t ext , t int – см. исх.
данные; K w – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·°C).
Коэффициент теплопередачи K w , Вт м 2  С, определяется оп формуле
Kw 1 Rw ,
(4.2)


где R w – сопротивление теплопередаче стены, м 2  С Вт .
10
Так как при утеплении стен коэффициент теплопередачи K w уменьшается,
то снижаются потери теплоты. Величина снижения теплопотерь Q W , Вт,
вычисляется по формуле
Q W  Fw  K Iw  K IIw   t int  t exp  ,
где FW , t ext , t int – см. формулу (4.1); K w I , K w

II
(4.3)
– коэффициент теплопередаче

стены до и после утепления, м 2  С Вт , (см. формулу (4.2)).
Годовую экономию теплоты Q год , Вт  ч  год , можно определить по
формуле
t  t ht
Q год  24  z ht  int
 Q W ,
(4.4)
t int  t ext
где t int , t ext , t ht , z ht – см. исх. данные; Q W – см. формулу (4.3).
Стоимость сэкономленной теплоты за год Sгод
тепл , р. год , определяется по
формуле
6
Q год · Sтепл ·3,6 ·10 ,
Sгод
(4.5)
тепл =
где Q год – годовая экономия теплоты, Вт  ч год ; Sтепл – стоимость тепловой
энергии, р. ГДж .
Затраты на утепление Кут, р, можно рассчитать по формуле
K ут  Sмонт  Fw  S ут  Vут ,
(4.6)
где Sмонт , S ут – см. исходные данные; Vут – объём утеплителя, м3, вычисляемый
по формуле
Vутепл   ут F w ,
(4.7)
где F w – см. формулу (4.1);  ут – толщина утеплителя, м.
Срок окупаемости Tок , год, определяется по формуле
Tок  К ут / Sгод
тепл ,
(4.8)
где Sгод
тепл , К ут – см. формулы (4.5) и (4.6) соответственно.
5.2. Порядок работы
Для заданных исходных данных произвести расчёт в следующей
последовательности:
 по формуле (4.2.) рассчитать два значения коэффициента теплопередачи
стены («до» и «после» утепления);
 используя формулы (4.3), (4.4.), (4.5) определить стоимость теплоты,
сэкономленной на отопление за год;
 по формулам (4.6) и (4.7) вычислить затраты на возведение утепления
стены;
 по формуле (4.8) рассчитать срок окупаемости дополнительного утепления
стен.
11
Задача №5
Определение оптимальных размеров здания
по минимуму теплопотерь
5.1.
Задание. Для заданного объёма здания и некоторых геометрических
параметров
определить
оптимальную
этажность
здания,
обеспечивающую наименьшие теплопотери через наружные
ограждающие конструкции.
5.2. Исходные данные:
 наружный объём здания V, м3;
 коэффициенты теплопередачи: стены kw, окна kf, покрытия верхнего
этажа kc ,перекрытия подвала kf , Вт м 2  С ;
 коэффициент остекления фасада здания f;
 высота этажа h, м;
 ширина здания А, м.


5.3. Расчётные зависимости
Средний коэффициент теплопередачи вертикальных ограждений
Вт м 2  С, определяем по формуле
kv ,
k v  k w  f  k F  k w  ,
(5.1)
где k w , k F , f – см. исходные данные.
Средний коэффициент теплопередачи горизонтальных ограждений k h ,
Вт м 2  С, определяем по формуле
k h  1  k c   2  k f ,
(5.2)
где ψ1, ψ2 – понижающие коэффициенты, равные соответственно 0,9 и 0,6;
k c , k f – см. исходные данные.
Удельные теплопотери здания q h , Вт (м 3  С) определяются по формуле
qh  k v  P S   k h H ,
(5.3)
2
где Р – периметр здания, м; S – площадь здания в плане, м ; Н – высота
здания, м; k v , k h – из формул (5.1) и (5.2).
Для вычисления геометрических параметров используемых в формуле (5.3)
применяются следующие зависимости:
H  N  h , S  V / H , B  S / A , P  2(A  B) ,
(5.4)
где N – количество этажей, шт.; В – длина здания, м; h, A – см. исходные данные.
6.1. Порядок работы
Для нескольких значений этажности (N=3, 5, 9, 12, 16 этажей) произвести
расчёт по формулам (5.1) – (5.4) величины q h . Результаты свести в таблицу
(прил. 2).
12
По результатам расчётов построить график зависимости удельных
теплопотерь здания от этажности. Выбрать из рассчитываемых вариантов здание с
этажностью, соответствующей минимальным теплопотерям.
Задача №6
Определение экономически выгодной толщины теплоизоляции
трубопровода тепловой сети
6.1.
Задание. Для заданных значений диаметра трубопровода и температуры
теплоносителя рассчитать экономически целесообразную толщину
теплоизоляции с учётом капитальных и эксплуатационных затрат.
6.2. Исходные данные:
 наружный диаметр трубопровода d н , м;
 среднегодовая температура теплоносителя  ср ,°С;
 коэффициент теплопроводности теплоизоляции  из , Вт  м  С  ;
 стоимость теплоизоляционного материала S из , р. м 3 ;
 стоимость защитного покрытия S пок , р. м 2 ;
 коэффициент теплоотдачи от поверхности трубопровода к наружному
воздуху  н , Вт ( м 2  С ) ;
 стоимость теплоты S тепл , р . ГДж ;
 среднегодовая температура окружающей среды tO , °С.
6.3. Расчётные зависимости
Наружный диаметр изолированного трубопровода d из , м,
формуле
d из  d н  2из ,
где d н – наружный диаметр трубопровода, м;  из – толщина
трубопровода, м.
Термическое сопротивление теплопередаче трубопровода
определяем по формуле:
d
1
1
R

 ln из ,
  н  d из 2   из
dн
где d из – наружный диаметр изолированного трубопровода, м;  н
теплоотдачи
наружной
поверхности
трубопровода,
(  н =11.3 Вт (м 2  С) );  из , d н – см. исходные данные.
13
определяем по
(6.1)
теплоизоляции
R, (м  С) Вт ,
(6.2)
– коэффициент
Вт (м 2  С) ,
Годовые потери теплоты одним метром трубопровода q н , (Вт  час) (м  год)
определяем по формуле
q н  (ср  t о )  n R ,
(6.3)
где  ср , t o – см. исходные данные; n – продолжительность работы тепловой сети в
течение года, час; R – см. формулу (6.2).
Годовую стоимость тепловых потерь Sгод
тепл , р. (год  м) определяем по
формуле
6
Sгод
(6.4)
тепл  q нSтепл  3,6  10 ,
где q н – см. формулу (6.3); Sтепл – см. исходные данные.
Капитальные затраты К, р., определяем по формуле
K  Sиз  Vиз  Sпок  Fпок ,
(6.5)
где Sиз , Sпок – см. исходные данные; Vиз – объём изоляции, м3;
Fпок – площадь покрытия, м2.
Объём изоляции Vиз , м3, вычисляется по формуле
2
Vиз  l  (d из
 d н2 )   4 ,
(6.6)
где d из – диаметр изолированного трубопровода, м; d н – см. исходные данные.
Площадь поверхности изоляции Fпок , м2, определяется по формуле
Fпок    d из  l ,
(6.7)
где l – длина трубопровода, м.
Приведённые годовые затраты П, р. год , определяются по формуле
П  Е н  р н   К  Sгод
тепл
(6.8)
где Ен – нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений,
равный 0,12; рн – годовые амортизационные отчисления от стоимости изоляции,
равные 0,08; Sгод
тепл – см. формулу (6.4); К – см. формулу (6.5).
6.4. Порядок работы
Задаёмся несколькими значениями толщины теплоизоляционного слоя
 из =0,05; 0,07; 0,08; 0,1; 0,12; 0,14 м. Проводим расчёт по формулам (6.1) – (6.8)
для одного метра трубопровода. Результаты расчета сводим в таблицу (прил. 3).
По результатам таблицы (прил. 3) построить график зависимости
приведенных годовых затрат от толщины теплоизоляции трубопровода.
Задача №7
Обоснование экономической целесообразности применения
энергосберегающей лампы освещения
7.1.
Задание. Рассчитать срок окупаемости энергосберегающей лампы
освещения за счёт экономии электроэнергии по сравнению с лампой
накаливания.
14
7.2. Исходные данный:
 потребляемая мощность лампы накаливания N H , Вт;
 потребляемая мощность энергосберегающей лампы N Э = N H / 5 , Вт;
 тариф на электрическую энергию S Э .Э , р . кВт  ч ;
 среднее время работы освещения t, ч/сут.
 стоимость лампы накаливания K H , р.
 стоимость энергосберегающей лампы K Э , р.
7.3. Расчётные зависимости
Стоимость сэкономленной электроэнергии за один час работы освещения,
Sч , р. ч , рассчитывается по формуле
Sч  ( N Н  N Э )  103  SЭ.Э ,
(7.1)
где N H , N Э , SЭ.Э – см. исходные данные.
Количество
часов
работы
освещения,
за
которое
окупится
энергосберегающая лампа, t ок , час, рассчитывается по формуле
K  KН
t ок  Э
,
(7.2)
Sч
где K H , K Э – см. исходные данные; Sч – см. формулу (7.1).
Годовые эксплуатационные затраты на освещение Эгод , р. год ,
определяется по формуле
Эгод  N 103  t  365  SЭ.Э. ,
(7.3)
где N , t, SЭ.Э – см. исходные данные.
Годовая экономия Э год , р., рассчитывается по формуле
Эгод  Энгод  Ээгод ,
(7.4)
где Энгод , Ээгод – годовые эксплуатационные затраты при использовании лампы
накаливания и энергосберегающей лампы соответственно, рассчитанные по
формуле (7.3).
Срок окупаемости Tок , лет, при среднесуточном времени работы
освещения t , ч/сут., определяется по формуле
Tок  K Э  K Н  Эгод ,
(7.5)
где K H , K Э – см. исходные данные; Э год – см. формулу (7.4).
7.4. Порядок работы
Для заданных исходных данных рассчитать срок окупаемости
энергосберегающих ламп, используя формулы (7.1) – (7.5). Сделать вывод о
целесообразности применения энергосберегающих ламп, учитывая, что их
средний срок службы составляет 4…5 лет.
15
Задача №8
Расчёт оплаты за отопление по показаниям радиаторных
распределителей теплоты
8.1.
Задание. Рассчитать оплату за отопление для двух квартир в жилом
доме, оборудованном радиаторными распределителями тепла.
8.2. Исходные данные:
 показания общедомового счётчика N cч , ГДж год ;
 сумма показаний всех распределителей Еобщ , ед.;
 стоимость тепловой энергии S тепл , р . ГДж ;
 оплата за отопление по нормативу S норм , р. ( год  м 2 ) ;




площадь квартир Fкв1 , м2 , Fкв 2 ,м2;
сумма единиц потребления, зафиксированных распределителями
теплоты квартир, Екв1 , ед., Екв1 , ед.;
площадь
квартир,
по
которым
отсутствуют
показатели
2
распределителей Fотс , м ;
общая отапливаемая площадь Fобщ , м2.
8.3. Расчётные зависимости
Сумма для распределения S, руб год , рассчитывается по формуле
S  N сч  Sтепл  Sнорм  Fотс ,
(8.1)
где N cч – показания общедомового счётчика, ГДж год ; S тепл – стоимость
тепловой энергии; Sнорм – оплата за отопление по нормативу, р. (год  м 2 ) ;
Fотс – площадь квартир, по которым отсутствуют показатели распределителей, м2.
Разделим сумму S, рассчитанную по формуле (8.1) на регулируемую
( Sрег ) и нерегулируемую ( Sн ) части, р. год :
Sр  0,7  S , Sн  0,3  S .
(8.2)
Удельный показатель оплаты регулируемой части затрат Sруд , р. /(ед.год) ,
вычисляется по формуле
Sруд  SP / Е общ ,
(8.3)
где Е общ – сумма показаний всех распределителей, ед.
Удельный показатель оплаты нерегулируемой части затрат Sнуд , р. (м 2  год) ,
определяется по формуле
Sнуд  Sн / Fобщ  Fотс ,
(8.4)
где Fобщ – общая отапливаемая площадь, м2; Fотс – площадь квартир, по которым
отсутствуют показатели распределителей, м2 .
16
Оплата за отопление отдельный квартиры Sкв , р./год, рассчитывается по
формуле
Sкв  Sруд  Е кв  Sнуд  Fкв
(8.5)
2
где Fкв – площадь квартиры, м ; Е кв – сумма единиц потребления,
зафиксированных распределителями теплоты квартиры, ед; Sруд , Sнуд – см.
формулы (8.3), (8.4).
8.4.
Порядок работы
Используя формулы (8.1) – (8.5) рассчитать оплату за отопление с учётом
показаний радиаторных распределителей для двух квартир.
Задача №9
Расчёт экономии электроэнергии при установке
частотно-регулируемого привода в системе водоснабжения
9.1.
Задание. Рассчитать предполагаемую экономию электрической
энергии при установке частотно-регулируемого привода (ЧРП) у
насосов
системы
водоснабжения,
характеризующейся
неравномерным водоразбором в течение суток.
9.2. Исходные данные:
 график подачи воды по часам суток;
 потребляемая электрическая мощность насоса N нас , кВт ;
 стоимость электрической энергии SЭ .Э , р . кВт  ч .
9.3. Расчётные зависимости
Количество оборотов электродвигателя насоса n определяет расход G,
напор Н и потребляемую электрическую мощность Р. Эти величины связаны
между собой соотношениями:
2
3
G1 n1 H1  n1  P1  n1 
,
(9.1)

  ,
  .
G 2 n 2 H 2  n 2  P2  n 2 
Численные значения вышеперечисленных величин, рассчитанные по
формуле (9.1) приведены в прил. 4.
Относительная экономия электрической энергии при установке ЧРП, Э ,
%, рассчитывается по формуле:
Э  100  Р i  t i  t i ,
(9.2)
где Рi – относительная потребляемая мощность насоса, при соответствующем
расходе G i (прил. 4); t i – продолжительность периода работы насоса с
расходом G i , ч.
17
Стоимость сэкономленной электрической энергии за год SЭ , р. год ,
рассчитывается по формуле
SЭ  N нас  24  365    SЭ.Э. / 100 ,
(9.3)
N нас – потребляемая электрическая мощность насоса, кВт;
где
Э – относительная экономия энергии при установке ЧРП, %; SЭ.Э – стоимость
электрической энергии, р. кВт  ч .
Среднесуточный относительный расход можно G ср.сут. , %, определить по
формуле
G ср.сут.  G i  t i  t i ,
(9.3)
где G i , t i – значение относительного расхода насоса и время работы с таким
расходом соответственно (прил. 4)
Коэффициент
суточной
неравномерности
водопотребления
K сут
определяется по формуле
K сут  G max G ср.сут ,
(9.4)
где G max – максимальный расход за сутки, %; G ср.сут. – см. формулу (9.3).
9.4. Порядок работы
На заданном графике подачи воды кривую заменить на ступенчатую
гистограмму по среднему расходу за двухчасовые интервалы времени
(рис. 9.1). Над «ступеньками» гистограммы написать цифры, соответствующие
среднему расходу за каждый двухчасовой промежуток времени.
Рис. 9.1. График расхода холодной воды:
1 – кривая расхода воды в течении суток; 2 – ступенчатая гистограмма
Выполнить вычисления, используя формулы (9.1) – (9.4). По полученным
результатам расчётов с различными исходными данными построить график,
отражающий зависимость относительной экономии электрической энергии от
коэффициента суточной неравномерности.
18
Задача №10
Расчёт экономической целесообразности установки
электрического бойлера
10.1. Задача. Рассчитать себестоимость горячей воды при установке в
квартире электрического ёмкостного водонагревателя (бойлера) и
сделать вывод о целесообразности децентрализованного горячего
водоснабжения (с установкой бойлера) в сравнении с
централизованным горячем водоснабжением.
10.2. Исходные данные:
 тариф на горячую воду S ГВ , р. м 3 ;
 тариф на электрическую энергию S ЭЭ , р. / кВт  ч ;
 тариф на холодную воду SXВ , р. / м 3 ;
 температура холодной воды t ХВ , С ;
 температура горячей воды t ГВ , С .
10.3. Расчетные зависимости
Количество теплоты, требуемое для нагрева воды, QГВ , Кдж м3 ,
определяется по формуле
Q ГВ  G  c  t ГВ  t ХВ  ,
(10.1)
3
где G – масса 1 м нагреваемой воды, принимаем равной 1000 кг; с – удельная
теплоёмкость воды, кДж/(кгС); t ГВ , t ХВ – см. исходные данные.
Стоимость электрической энергии Z ЭЭ , р./м3, необходимой для нагрева
горячей воды, рассчитывается по формуле
ZЭЭ  QГВ  SЭЭ ,
(10.2)
где Q ГВ – см. формулу (10.1); SЭЭ – см. исходные данные.
Стоимость горячей воды при нагреве электрическим бойлером Z ГВ , р. / м3 ,
определяется по формуле
ZГВ  ZЭЭ  SХВ
(10.3)
где SXВ – см. исходные данные, р. / м3 .
10.4. Порядок работы
Провести расчёты по формулам (10.1) – (10.3). Полученное значение
стоимости горячей воды Z ГВ сравнить с тарифом на горячую воду при
централизованном теплоснабжении. Сделать вывод о целесообразности установки
электрического бойлера.
По результатам расчёта всей группы построить график зависимости
стоимости горячей воды Z ГВ от разности температур t ГВ  t ХВ  .
19
Задача №11
Расчёт солнечных коллекторов
11.1. Задание. Рассчитать требуемую площадь солнечных коллекторов,
предназначенную для нагрева горячей воды для заданного
климатического района.
11.2. Исходные данные:
 район строительства;
 расчётная температура холодной воды t ХВ , С ;
 расчётная температура горячей воды t ГВ , С ;
 расход воды на одного человека q ГВ , л /( сут  чел ) ;
 количество человек m, чел.
11.3. Расчётные зависимости
Среднесуточная плотность потока солнечной радиации I, Вт м 2 ,
рассчитывается по формуле
E  106
(11.1)
I
 E  0,386 ,
30  24  3600
где Е – суммарная солнечная радиация, МДж м 2 , приходящаяся на
горизонтальную поверхность [4].
Перепад температур между средней температурой теплоносителя в
коллекторе и температурой окружающей среды ΔТ, °С, определяется по
формуле
(11.2)
T  0,5  ( t ХВ  t ГВ )  t ср ,
где t ГВ , t ХВ – см. исходные данные; t cp – среднемесячные температуры
наружного воздуха, °С [2].
КПД солнечного коллектора (зависит от диаметров, от температуры
окружающей среды, величины солнечного потока) ориентировочно может быть
рассчитан по формуле
  о  k1  (T I)  k 2  (T 2 I) ,
(11.3)
где ηо – КПД коллектора при T  0 (измеряется производителем, зависит от
пропускной способности стекла и поглощательной способности абсорбента). В
расчёте принимаем ηо=0,78, k1=3,56, k2=0,0146 – для плоских коллекторов,
ηо=0,7, k1=1,33, k2=0,007 – для вакуумных коллекторов.
Расход теплоты на горячее водоснабжение за месяц Q ГВ , МДж мес .,
рассчитывается по формуле
Q ГВ  m  q ГВ  c  (t ГВ  t ХВ ) 103  30 ,
(11.4)
где m, q ГВ – см. исходные данные; с – удельная теплоёмкость воды,
кДж (кг  С) .
20
Требуемая площадь солнечных коллекторов A i , м2, рассчитывается для
положительных значений η по формуле
(11.5)
Ai  QГВ (Е  ) ,
где Е, η, Q ГВ – см. формулы (11.1), (11.3), (11.4) соответственно.
Расчётная площадь коллекторов А р , м2, определяется по формуле
N
А р  a  (  А i N) ,
(11.6)
i 1
N
где  А i – сумма требуемых площадей солнечных коллекторов для каждого
i 1
месяца, м2; N – количество месяцев эффективной работы солнечных
коллекторов; а – рекомендуемая доля солнечной энергии в подготовки водя для
горячего водоснабжения (а=0,5).
11.4. Порядок работы
Из пособия [4, табл. 3] выписать данные по суммарной солнечной
радиации Е, МДж/м2 (по месяцам). В случае установки коллекторов под углом
производится пересчёт в зависимости от ориентации и угла наклона.
Для рассматриваемого города выписать среднемесячные температуры
наружного воздуха, t cp , °С [1, табл. 5].
Произвести вычисления по формулам (11.1) – (11.5), вычисленные
результаты занести в таблицу (прил. 5).
На основе полученных вычислений определить расчётную площадь для
двух типов коллекторов по формуле (11.6).
Библиографический список
1.
2.
3.
4.
СНиП 23-01-99* Строительная климатология – М.: Госстрой России,
2003. – 98 с.
СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий – М.: Госстрой России,
2004. – 28 с.
СП 23-101-2004 Проектирование тепловой защиты зданий –
М.: Госстрой России, 2004. – 110 с.
Научно-прикладной справочник по климату СССР. Серия 3. Многолетние
данные. Часть 1–6, вып. 1–34. – СПб: Гидрометеоиздат, 1989–1998. – 112 с.
21
Приложение 1
Энергетический паспорт здания
Обозначение и
единица
измерения
Показатель
Геометрические показатели:
А sum
, м2
1. Общая площадь наружных ограждений, в т.ч.
e
2
Аw , м
1.1. Стен
1.2. Окон и балконных дверей
1.3. Входные двери
A F , м2
A ed , м2
1.4. Покрытий верхнего этажа
А c , м2
1.5. Перекрытия подвала
А f , м2
А h , м2
2. Площадь отапливаемых помещений
Аl , м2
Vh , м3
f
des
k e , 1/м
3. Площадь жилых помещений и кухонь
4. Отапливаемый объём
5. Коэффициент остекления фасада здания
6. Показатель компактности
Теплотехнические показатели:
7. Приведённое сопротивление теплопередаче
м 2  С Вт
наружных ограждений:
Rw
7.1. Стен
RF
7.2. Окон и балконных дверей
R ed
7.3. Входных дверей
Rc
7.4. Покрытий
Rf
7.5. Перекрытий подвала
Вт
8. Приведённый трансмиссионный коэффициент
К trm , 2
теплопередачи здания
м  С
9. Воздухопроницаемость наружных ограждений:
кг м 2  ч
9.1. Стен
Gw
9.2. Окон
GF
9.3. Входных дверей
G ed
9.4. Покрытий
Gc
9.5. Перекрытий подвала
Gf
10. Кратность воздухообмена
n а , 1/ч
11. Условный коэффициент теплопередачи здания,
Вт
К inf
in ,
2
учитывающий теплопотери за счёт инфильтрации и
м  С
вентиляции
12. Общий коэффициент теплопередачи здания
Вт
Кm , 2
м  С

22

Расчётное значение
показателя
до
после
утепления утепления
Окончание прил. 1
Расчётное значение
показателя
до
после
утепления утепления
Обозначение
и единица
измерения
Показатель
Теплоэнергетические показатели:
13. Общие теплопотери через ограждающую
Q h , МДж
оболочку здания за отопительный период
2
14. Удельный бытовые тепловыделения в здании
q int , Вт м
15. Бытовые теплопоступления за отопительный
Q int , МДж
период
16. Потребность в тепловой энергии на отопление за
Q hy , МДж
отопительный период
кДж
17. Расчётный удельный расход тепловой энергии
q des
h ,
2
на отопление здания
м   С  сут
Вт
qh , 3
18. Удельная тепловая характеристика здания
м  С
Приложение 2
Расчёт удельных теплопотерь здания
Этажность, N Высота Н, м Площадь S, м Периметр Р, м
3
5
9
12
16

q h , Вт м 3  С

Приложение 3
Результаты расчета приведенных затрат для различной толщины
теплоизоляции трубопровода
Наименование параметра, обозначение,
ед. измерения
Наружный диаметр изоляции dиз, м
Термическое сопротивление теплопередачи
трубопровода R, (м 2  С) Вт
Годовые потери теплоты одним метром
трубопровода qн, Вт  час м  год
Годовую стоимость тепловых потерь Sгод
тепл ,
р.
год  м 
Капитальные затраты К, р.
Приведенные годовые затраты П, р. год
23
Значение толщины теплоизоляции  из , м
0,05 0,07 0,08
0,1
0,12 0,14
Приложение 4
Соотношение значений расхода, напора и потребляемой электрической
мощности насоса при установке ЧРП
Количество
оборотов n, %
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Расход G , %
Напор Н, %
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
1
4
9
16
25
36
43
64
81
100
Потребляемая
мощность Р, %
0,1
0,8
2,7
6,4
12,5
21,6
34,3
51,2
72,9
100
Приложение 5
Определение требуемой площади солнечных коллекторов
Месяц
Плоский коллектор
Вакуумный коллектор
Е,
I, t cp , ΔТ,
2
Ai ,
Ai ,
T
T
T 2
T
k

Дж/м2 Вт/м2 °С °С k1 
η
η
k

k2 
1
2
2
I
I
м
I
м2
I
Январь
Февраль
Март
Апрель
Май
Июнь
Июль
Август
Сентябрь
Октябрь
Ноябрь
Декабрь
24
Оглавление
ВВЕДЕНИЕ ......................................................................................................... 3
Задача №1 Определение требуемой толщины
для
наружной стены утеплителя здания .................................................................. 3
Задача №2 Составление энергетического паспорта здания ................................ 6
Задача №3 Выбор экономически целесообразного
варианта энергосберегающего мероприятия ..................................................... 9
Задача №4 Расчёт срока окупаемости дополнительного
утепления стен .................................................................................................... 10
Задача №5 Определение оптимальных размеров здания по
минимуму теплопотерь ....................................................................................... 12
Задача №6 Определение экономически выгодной толщины
теплоизоляции трубопровода тепловой сети ..................................................... 13
Задача №7 Обоснование экономической целесообразности
применения энергосберегающей лампы освещения ........................................... 14
Задача №8 Расчёт оплаты за отопление по показаниям
радиаторных распределителей теплоты .............................................................. 16
Задача №9 Расчёт экономии электроэнергии при
установке частотно-регулируемого привода в системе
водоснабжения ................................................................................................... 17
Задача №10 Расчёт экономической целесообразности
установки электрического бойлера ................................................................... 19
Задача №11 Расчёт солнечных коллекторов ................................................... 20
Библиографический список .......................................................................... 21
Приложение 1. Энергетический паспорт здания ............................................ 22
Приложение 2. Расчёт удельных теплопотерь здания ................................... 23
Приложение 3. Результаты расчета приведенных затрат
для различной толщины теплоизоляции трубопровода ................................... 23
Приложение 4. Соотношение значений расхода, напора и
потребляемой электрической мощности насоса при
установке ЧРП .................................................................................................... 24
Приложение 5. Определение требуемой площади
солнечных коллекторов ..................................................................................... 24
25
Энергосберегающие технологии
Методические указания
к практическим занятиям
для студентов специальности 270105
«Городское строительство и хозяйство»
всех форм обучения
Составители: Кононова Марина Сергеевна
Исанова Анна Владимировна
Подписано в печать 6.12.2010. Формат 6084. 1/16. Уч.-изд.л. 1,6
Усл.-печ.л. 1,7. Бумага писчая. Тираж 100 экз. Заказ № _____.
Отпечатано: отдел оперативной полиграфии Воронежского государственного
архитектурно-строительного университета
394006, Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
12
Размер файла
589 Кб
Теги
ткхнологии, 531, энергосберегающие, 127
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа