Оценка влияния различных факторов на энергетическую целесообразность теплоутилизации в системах механической вентиляции

В последнее время, в связи с увеличением объёмов и повышением качества строительства в России, значительно повышается потребность в выявлении факторов, оказывающих влияние на эффективность и целесообразность различных мероприятий по экономии энергии. Особую актуальность данный вопрос приобретает в последнее время, в связи с принятием Федерального закона «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты РФ» от 23 ноября 2009 года №261-ФЗ.

В связи с этим необходимо не только оценить реально достижимые пределы повышения класса энергосбережения зданий при реализации тех или иных решений по снижению энергопотребления, но и определить факторы, от которых наиболее существенно зависит целесообразность применения таких решений.

В условиях рыночной экономики одним из основных показателей является срок окупаемости дополнительных средств, затраченных на энергосбережение, поэтому при сравнении различных вариантов предпочтение должно отдаваться мероприятиям, обеспечивающим наименьшую величину этого срока [1, 2]. Если при этом опираться на знание факторов, влияющих на энергетическую эффективность данных мероприятий, появляется возможность не только снизить затраты на стадии проектирования и увеличить скорость разработки проектов, но также, что немаловажно, достичь наиболее качественного итога работы. Это достаточно очевидно, поскольку при таком подходе значительно сужается начальный круг поиска вариантов ещё на стадии принятия предварительных решений.

Различные способы энергосбережения в гражданских зданиях и их сравнительная эффективность рассматривались в работах различных авторов, как отечественных, так и зарубежных [1–8]. Говоря конкретно об утилизации теплоты вытяжного воздуха в системах механической вентиляции общественных зданий, при определении влияющих на её эффективность факторов целесообразно начать с установления зависимости относительного снижения энергопотребления от градусо-суток отопительного периода (ГСОП). Это комплексный параметр, характеризующий суровость климата в рассматриваемом районе строительства. По требованиям СП 50.13330.2012 «Актуализированная редакция СНиП 23-02– 2003 «Тепловая защита зданий» (далее СП 50) от величины ГСОП зависит уровень теплозащиты ограждающих конструкций. Кроме того, с ГСОП косвенно связана и величина теплопоступлений в здание [1].

Это можно объяснить так: там, где ГСОП меньше, как правило, как это ни парадоксально, оказываются ниже и суммарные теплопоступления от солнечной радиации и бытовые, в основном из-за меньшей продолжительности отопительного периода. В то же время сопротивления теплопередаче ограждений Rо[(м²·К)/Вт], в соответствии с СП 50, в таких районах тоже сокращаются, поэтому увеличивается относительная доля трансмиссионных теплопотерь в общем энергетическом балансе здания.

Из-за совместного действия этих двух факторов в зонах с более тёплым климатом относительный вклад энергозатрат на вентиляцию должен быть меньше, а значит, будет ниже и энергетический эффект от теплоутилизации. При более высоких ГСОП предполагается обратная картина.

В работе были проведены расчёты для 14-ти общественных зданий различного размера и этажности по типовым проектам с использованием методики оценки удельных энергозатрат и класса энергосбережения по Приложению Г СП 50. Параметры наружного климата принимались по СП 131.13330.2012 «Актуализированная редакция СНиП 23-01–99* «Строительная климатология» для условий Краснодара, Москвы, Омска и Магадана как городов с существенно отличающейся величиной ГСОП, а средняя по зданию температура внутреннего воздуха — по ГОСТ 30494–2011 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях». Предварительные оценки для исследованной совокупности зданий в климатических условиях Москвы были опубликованы в работе [9].

Для бóльшей наглядности и понимания получаемой при этом зависимости был построен показанный на рис. 1 график влияния ГСОП на эффективность теплоутилизации Δq [%], понимаемую как относительное снижение энергопотребления объекта, за счёт использования теплоты вытяжного воздуха.

Нетрудно заметить, что статистически существенной корреляционной зависимости в данном случае не получается, и коэффициент корреляции составляет только 0,34, из чего можно сделать вывод, что в данном случае ГСОП на эффективность практически не влияет. Объяснить это можно, по-видимому, тем, что воздухообмен определяется в первую очередь назначением и размерами здания и от района строительства не зависит, в отличие, как было уже отмечено, от уровня теплозащиты ограждений и теплопоступлений, а изменение двух последних характеристик взаимно компенсируется. Поэтому теперь целесообразно попытаться выявить зависимость рассматриваемого параметра от других характеристик здания, и в первую очередь от коэффициента компактности здания kкомп, м–1. Соответствующее поле корреляции представлено на рис. 2.

Легко видеть, что коэффициент компактности совсем не влияет на эффективность, о чем свидетельствует величина коэффициента корреляции, равная всего –0,02, по той же причине, что и ГСОП — поскольку уровень kкомп, по определению равного отношению суммарной площади наружных ограждений к отапливаемому объёму здания, влияет не на воздухообмен, а на трансмиссионные теплопотери и теплопоступления. Однако после сортировки полученных в результате расчёта данных можно предположить, что эффективность теплоутилизации будет скорее связана со степенью покрытия теплопотерь внутренними тепловыделениями здания. Поэтому рассмотрим зависимость эффективности теплоутилизации от удельной характеристики бытовых тепловыделений kбыт, Вт/ (м³·°C). Расчётное поле корреляции для этого случая показано на рис. 3.

В данном случае наличие зависимости не вызывает сомнений, коэффициент корреляции составляет 0,56.

Линейная аппроксимация на основе регрессионного анализа позволяет записать следующее выражение:  Δq = 70kбыт + 21. (1) 

Объяснить обнаруженную взаимосвязь можно тем, что с ростом теплопоступлений сокращается расходная часть теплового баланса здания, то есть разность между теплопотерями и теплопоступлениями, которая находится в знаменателе выражения при вычислении Δq. Для дальнейшего развития выявленной тенденции построим также график зависимости величины Δq от степени компенсации теплопотерь здания внутренними теплопоступлениями, то есть от отношения (kбыт + kрад)/kоб, где kоб — соответственно удельная теплозащитная характеристика здания и удельная характеристика теплопоступлений в здание от солнечной радиации, Вт/(м³·°C). Результаты приведены на рис. 4.

Несложно отметить, что, если учитывать ещё теплопоступления от солнечной радиации, то корреляция оказывается более слабой (коэффициент 0,41), чем при рассмотрении только бытовых теплопоступлений. По-видимому, это можно объяснить тем же обстоятельством, что и практическое отсутствие влияния на Δq параметра ГСОП. В первую очередь здесь можно отметить, что зависимость солнечной радиации от ГСОП частично выравнивает обнаруженный эффект влияния бытовых теплопоступлений на эффективность.

Таким образом, результаты исследования убедительно показывают, что эффективность применения теплоутилизации в общественных зданиях зависит не столько от климатических характеристик района строительства и конструктивных параметров здания, сколько от его назначения и технологической или функциональной загрузки, и прежде всего от влияния бытовых теплопоступлений. Данные выводы необходимо учитывать при принятии основных решений по снижению энергопотребления в зданиях. В дальнейшем предполагается расширить проведённый анализ с привлечением технико-экономических показателей и получить дополнительное обоснование полученных рекомендаций. 

  1. Самарин О.Д. Теплофизика. Энергосбережение. Энергоэффективность. — М.: Изд-во «АСВ». 2014. 296 с.
  2. Дмитриев А.Н., Табунщиков Ю.А., Ковалев И.Н., Шилкин Н.В. Руководство по оценке экономической эффективности инвестиций в энергосберегающие мероприятия. — М.: АВОК-Пресс. 2005. 120 с.
  3. Feist W. Das Niedrigenergeihaus. 4. Auflage. Heidelberg. C.F. Mu?ller Verlag. 1997. 144 p.
  4. Allan Hani, Teet-Andrus Koiv. Energy Consumption Monitoring Analysis for Residential, Educational and Public Buildings. Smart Grid and Renewable Energy. Vol. 3. No. 3. 2012. Рp. 231–238.
  5. Halawa E., J. van Hoof. The adaptive approach to thermal comfort: A critical overview. Energy and Buildings. 2012. Vol. 51. Pp. 101–110.
  6. Гагарин В.Г., Пастушков П.П. Количественная оценка энергоэффективности энергосберегающих мероприятий // Строительные материалы. 2013. №6. С. 7–9.
  7. Рымаров А.Г., Савичев В.В. Особенности работы регенеративной системы вентиляции административного здания // Вестник МГСУ. 2013. №3. С. 174–177.
  8. Лавинский П.А. Москва — энергоэффективная столица России // Энергосбережение. 2016. №8. С. 16–23.
  9. Самарин О.Д., Бызов Н.И. Возможности повышения класса энергосбережения общественных зданий за счёт теплоутилизации в системах вентиляции // Журнал С.О.К. 2017. №3. С. 72–75.

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Мы в соцсетях:

rss   фейсбук   твиттер   

 
 
Зеленые Здания
001112027
Сегодня
Вчера
Этот месяц
Всего
591
1117
32591
1112027

Ваш IP: 54.234.65.78
Server Time: 2018-01-23 09:48:22