Ресурсосбережение при технической эксплуатации жилой застройки

Министерство образования и науки Российской Федерации НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра жилищно-коммунального комплекса РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЖИЛОЙ ЗАСТРОЙКИ Конспект лекций по дисциплине «Ресурсосбережение при технической эксплуатации жилой застройки», для студентов бакалавриата направления подготовки 08.03.01 Строительство профиля подготовки «Техническая эксплуатация объектов жилищно-коммунального хозяйства» заочной формы обучения издание второе, переработанное и дополненное © НИУ МГСУ, 2016 Москва 2016 УДК 699.86 ББК 38.113 Р-44 Составители: В.М. Калинин, М.Е. Дементьева Р-44 Ресурсосбережение при технической эксплуатации жилой застройки [Электронный ресурс] : конспект лекций по дисциплине «Ресурсосбережение при технической эксплуатации жилой застройки» для студентов бакалавриата направления подготовки 08.03.01 Строительство профиля подготовки «Техническая эксплуатация объектов жилищно-коммунального хозяйства» / М-во образования и науки Рос. Федерации, Нац. исследоват. Моск. гос. строит. ун-т., каф. жилищнокоммунального комплекса ; сост.: В.М. Калинин, М.Е. Дементьева. — Электрон. дан. и прогр. (187 Кб). — Москва : НИУ МГСУ, 2016. — Учебное сетевое электронное издание — Режим доступа: http://lib.mgsu.ru/Scripts/irbis64r_91/cgiirbis_64.exe?C21COM=F&I21DBN=IBIS&P21DBN=IBIS — Загл. с титул. экрана. Даны теоретические сведения об основах управления ресурсосбережением при технической эксплуатации объектов недвижимости, проанализированы проектные решения существующих объектов с точки зрения энергопотребления. Для студентов бакалавриата направления подготовки 08.03.01 Строительство профиля подготовки «Техническая эксплуатация объектов жилищно-коммунального хозяйства». Учебное сетевое электронное издание © НИУ МГСУ, 2015 2 ОГЛАВЛЕНИЕ Основные эксплуатационные мероприятия, направленные на экономию топливноэнергетических ресурсов ................................................................................................................................ 5 Программа энергоресурсосбережения. Основные задачи. Уровни реализации ........................... 7 Факторы, препятствующие развитию программы энергоресурсосбережения ............................. 8 Структура потерь тепла при производстве тепловой энергии. Алгоритм повышения экономичности............................................................................................................................................ 9 Структура потерь тепла при транспортировке тепловой энергии. Алгоритм повышения экономичности.......................................................................................................................................... 11 Структура потерь тепла при потреблении тепловой энергии. Алгоритм повышения экономичности.......................................................................................................................................... 12 Организационные ресурсосберегающие мероприятия при эксплуатации зданий .......................... 13 Энергоаудит. Задачи, объекты, результаты обследования при эксплуатации зданий ............... 14 Сравнительная оценка энергоэффективности работ при капитальном ремонте и реконструкции здания.............................................................................................................................................................. 15 Технические ресурсосберегающие мероприятия при эксплуатации зданий. ............................. 15 Типовые энергосберегающие проекты ........................................................................................... 16 Эффективность традиционных и современных систем отопления с точки зрения энергосбережения ..................................................................................................................................... 17 Нетрадиционные источники ресурсов. Возможности применения нетрадиционных технологий ресурсосбережения при эксплуатации зданий в различных регионах страны ................................... 19 Конструктивные энергосберегающие мероприятия. Эффективность и окупаемость ............... 22 Утепление наружных стен как способ повышения энергоэффективности здания .................... 22 Свойства современных утеплителей............................................................................................... 24 Экономическое обоснование теплосберегающих мероприятий. Методика определения экономически целесообразного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций .......... 28 Экспертные оценки проектных решений окон с точки зрения энергосбережения .................... 30 Экономическое обоснование теплосберегающих мероприятий. Методика определения срока окупаемости конструкций энергоэффективных окон ........................................................................... 31 Технологические энергосберегающие мероприятия. Эффективность и окупаемость .............. 32 Инженерные энергосберегающие мероприятия. Эффективность и окупаемость ...................... 35 Понятие "пассивного" дома ............................................................................................................. 36 Проект производства работ. Нормативные документы. Содержание раздела "Энергоэффективность" ................................................................................................................................ 38 Алгоритм составления энергопаспорта здания ............................................................................. 40 Содержание энергопаспорта. Требования к оформлению ............................................................ 41 Паспортизация здания. Показатели тепловой защиты здания .......................................................... 45 Показатели тепловой защиты здания. Нормирование .................................................................. 45 Нормирование показателя теплозащитной оболочки здания ....................................................... 46 Методика расчета приведенного сопротивления теплопередаче с учетом термической однородности ............................................................................................................................................ 46 3 Нормирование санитарно-гигиенического показателя тепловой защиты здания ...................... 47 Нормирование комплексного показателя тепловой защиты здания............................................ 48 Классы энергосбережения здания ................................................................................................... 49 Присвоение класса энергоэффективности здания ......................................................................... 50 Удельные характеристики здания. Методика расчета .................................................................. 50 Методика расчета удельной теплозащитной характеристики здания ......................................... 52 Расчет теплопотерь здания за отопительный период .................................................................... 53 Расчет расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания за отопительный период .................................................................................................................................................................... 53 Современные направления водосбережения при эксплуатации зданий .......................................... 54 Критерии оценки эффективности ресурсосбережения современных систем водоснабжения .. 59 Подходы и принципы расчета экономии водных ресурсов .......................................................... 60 Основные тенденции сбережения электроэнергии при реконструкции и эксплуатации зданий... 62 Технические средства и решения сбережения ресурсов в современных системах вентиляции, кондиционирования....................................................................................................................................... 64 Примерные вопросы для подготовки к экзамену .......................................................................... 65 Библиографический список .................................................................................................................. 67 4 ОСНОВНЫЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ, НАПРАВЛЕННЫЕ НА ЭКОНОМИЮ ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ Энергоресурсосбережение является ключевым звеном реформирования жилищнокоммунального хозяйства России, поскольку каждый процент экономии топлива и энергии может дать 0,35–0,4% прироста национального дохода. ЖКХ является крупным потребителем топлива и энергии — около 30% потребления энергии России. Вместе с тем, в ЖКХ регионов Российской Федерации имеются значительные резервы экономии электрической и тепловой энергии, а также воды: —по теплу от 25% до 60%; —по электроэнергии от 15% до 25%; —по воде от 20% до 30%. В целом по России удельное потребление энергоресурсов на одного человека значительно превышает соответствующие показатели европейских стран: по теплу в 2–3 раза; по воде в 1,5–2 раза. Топливно-энергетические ресурсы — это совокупность всех природных и преобразованных видов топлива и энергии, используемых в хозяйственной деятельности (в том числе и воды как энергоресурса в системе ЖКХ). Потенциал энергосбережения — это количество топливно-энергетических ресурсов, которое можно сберечь в результате реализации технически возможных и экономически оправданных мер, направленных на эффективное их использование и вовлечение в хозяйственный оборот возобновляемых источников энергии при условии сохранения или снижения техногенного воздействия на окружающую и природную среды. Через ограждающие конструкции зданий в атмосферу теряется большая часть тепловой энергии. На отопление и вентиляцию зданий различного назначения расходуется около 40% всех расходуемых топливных энергетических ресурсов. Потери тепла через наружные стены, в зависимости от высоты и конструкции строения, составляют в пределах 20–60% от общего расходуемого тепла. На долю световых проемов (окна, двери) зданий, отвечающих ранее действующим СНиП II-3-79, приходится около 80% всех теплопотерь здания. Однослойные бетонные конструкции, которые изготавливались большинством предприятий стройиндустрии, не соответствуют современным энергетическим требованиям (требованиям энергосбережения). Переход к применению трехслойных конструкций с эффективной теплоизоляцией позволит получить в расчете на 1 млн. м2 вводимой в эксплуатацию общей площади годовую экономию в пределах 10–12 тыс. тонн условного топлива. Потери тепла через оконные проемы в 4–6 раз выше, чем через стены. Применение двойного и тройного остекления позволит в 1,5–2,0 раза сократить указанные потери. Размещение между рамами окон дополнительного слоя пленки с покрытием, отражающим инфракрасное излучение из помещения и увеличивающей термическое сопротивление пространства между стеклами, почти в четыре раза снижает теплопотери через окна. Измерения тепловых потоков от ограждения здания с помощью инфракрасной аппаратуры показывают, что при этом практически исчезает разница между излучением от стен и окон. Проблему снижения теплопотерь через оконные проемы необходимо решать комплексно с проблемой вентиляции квартир. Велика составляющая инфильтрационных потерь в общем тепловом балансе здания. Необходимо обеспечить хорошую герметичность стыков панелей, тамбуров подъездов, окон лестничных клеток. Особенно возрастает влияние инфильтрации в высоких зданиях, для которых велико давление "самотяги". Основные резервы энергосбережения лежат в сфере реконструкции. Ранее построенные здания потребляют 85–90% тепловой энергии жилого сектора и их реконструкция может позволить достичь большой экономии энергоресурсов. 5 При сокращении тепловых потерь через ограждающие конструкции имеется возможность экономить около 42% на отоплении и около 39% на горячем водоснабжении по сравнению с ранее действовавшими нормами. Переход системы отопления на режим дежурного отопления при сниженной (12–14°С) температуре в нерабочие смены и выходные дни для магазинов, кинотеатров и других нежилых помещений позволяет достичь 8–10% экономии тепловой энергии на отопление (в климатических условиях средней полосы России). Возможно применение автоматизированных систем отопления, снижающих температуру в ночное время (переключается централизованно и индивидуально). Применение систем лучистого отопления с обогреваемыми полами и стеновыми панелями, которые создают комфортные условия при температурах 15–16°С. Таким образом, снижается расход топлива примерно на 20–30%. Оборудование квартир индивидуальными средствами регулирования температуры и учета расхода тепла на отопление, внедрение средств поквартирного учета тепла на отопление должно осуществляться на базе технико-экономических расчетов. Таблица 1 Перечень типовых мероприятий, внедрение которых может обеспечить экономию топливноэнергетических ресурсов в жилом секторе и снижение затрат на их оплату Наименование мероприятия Источник экономии Выравнивание фазных напряжений и нагрузок —экономия электрической энергии; —снижение затрат на ремонт и обслуживание электроприемников Замена традиционных ламп накаливания на энерго- —экономия электрической энергии сберегающие Замена электромагнитных пускорегулирующих аппа- —экономия электрической энергии; ратов на электронные —продление срока эксплуатации оборудования Использование энергосберегающих источников в —экономия электрической энергии системах архитектурной подсветки и световой рекламы Использование пластинчатых теплообменных аппа- —уменьшение капитальных затрат на строиратов тельство ТП; —повышение надежности теплоснабжения Использование низкопотенциального тепла с помо- —экономия тепловой энергии; щью тепловых насосов —повышение качества и надежности теплоснабжения Использование естественного и местного освещения —экономия электрической энергии Модернизация системы уличного освещения на базе —экономия электрической энергии; световых приборов с зеркальными лампами —продление срока эксплуатации оборудования Организация тепловизионного мониторинга состоя- —экономия тепловой энергии; ния ограждающих конструкций зданий и сооруже—улучшение качества и надежности теплоний. Оперативное устранение недостатков с помоснабжения щью современных методов и материалов Переход от центральных тепловых пунктов (ЦТП) к —экономия тепловой энергии; индивидуальным (ИТП) —улучшение качества и надежности теплоснабжения Промывка трубопроводов внутренних систем ото—экономия тепловой энергии; пления зданий —улучшение качества и надежности теплоснабжения Установка инфракрасных датчиков движения и при- —экономия электрической энергии; сутствия —снижение установленной мощности 6 Программа энергоресурсосбережения. Основные задачи. Уровни реализации Указом президента раз в пятилетку утверждаются приоритетные направления модернизации российской экономики, т.е. приоритетные направления развития науки, технологий и техники. Какие-то направления появляются, другие исчезают из этого списка, однако неизменным остаются два направления: энергоэффективность и рациональное природопользование. Вопросы энергосбережения очевидно приоритетны, поскольку повышение энергоэффективности позволит обеспечить топливно-энергетические ресурсы на более длительное время, а также зарезервировать необходимую часть запасов ископаемых ресурсов для нужд неэнергетических, таких как: производство различных лекарств, смазочных материалов и других продуктов, в состав которых входит ископаемое топливо. Вопросы качества и эффективности теплоснабжения являются весьма актуальными в нашей стране в силу особенностей климатических условий. Территория нашей страны находится в 4 климатических зонах, каждая из которых делится также на подзоны по температурным условиям и продолжительности отопительного сезона. Средняя температура за январь может колебаться от +6°С до –32°С и ниже. Продолжительность отопительного периода от 2 месяцев до 10 месяцев. Поэтому традиционно во главу угла ставились проблемы бесперебойного функционирования климатического оборудования, зданий и техники безопасности при их эксплуатации. В России потребляется 1200—1300 млн. т. природного топлива, из них 500—600 млн. т. — используется на нужды теплоснабжения (отопления, вентиляции, ГВС, кондиционирования). Однако по оценкам специалистов, для этих нужд необходимо не более 180—200 млн. т., все остальное — потенциал энергосбережения. Было проведено сравнение теплопотребления в нашей стране и других зарубежных странах. На единицу жилой площади расходуется до 20% всех энергоресурсов страны, что в 3 раза больше, чем в европейских государствах. За рубежом давно уже существует понятие «Энергетическая паспортизация зданий», в паспорте указывается, сколько энергии потребляет здание на отопление. Также Европейским сообществом принят закон, по которому все дома должны иметь паспорт на вентиляцию, которая при условии регулирования позволяет нормализовать воздушно-тепловой режим квартир, снизить затраты тепла на 10–15%, а в случае использования утилизации — на 20–25%. Окупаемость энергоэффективных вложений в нашей стране может достигать 30 лет, за рубежом — 3–4 года. Энерго— и ресурсосбережение — комплекс мероприятий, предпринимаемых для обеспечения более эффективного использования энергетических и других ресурсов при существующем уровне развития техники и технологии с учетом ограниченности их запасов и соблюдения требований снижения техногенного воздействия на окружающую среду и других требований общества Согласно Закону РФ № 261—ФЗ «Об энергосбережении» в задачи энергосбережения входят: —мероприятия, направленные на экономию топлива, энергии, водных ресурсов; —рациональное применение ресурсов (исключение непроизводительных расходов); —замещение дефицитных и дорогих ресурсов и энергоносителей более доступными и дешевыми. Программа повышения энергоэффективности представляет собой утвержденный план действий, направленных на осознание населением проблемы энергосбережения и внедрение типовых мероприятий во всех сферах городского хозяйства. Эффективная реализация программы должна проходить на нескольких уровнях: —на государственном — разработка нормативных актов контроля, поощрения и наказания, ужесточение требований к товарам, которые потребляют энергетические ресурсы. Некоторые меры этого направления уже приняты, например с 1-го января 2011 года мощность 7 электрических лампочек не должна быть более 100 Вт, а с 2013 года – 75 Вт, и уже в 2014 году – 25 Вт. —на региональном —разработка программ повышения энергоэффективности для предприятий городского хозяйства и реализация их согласно утвержденному плану. Например, в Москве уже действует городская программа повышения энергоэффективности «Энергосберегающее домостроение в Москве на 2010-2014 гг. и на перспективу до 2020 года». Данная программа обещает с 2010 года по 2020 построить жилье повышенной энергоэффективности в Москве. Также программа предусматривает повышение эффективности использования топливно-энергетических ресурсов в городе, создание на этой основе условий для устойчивого обеспечения населения и экономики города энергоносителями, уменьшение негативного воздействия энергетического хозяйства города на окружающую среду, сдерживание роста платежей городского бюджета и населения за энергоресурсы. Программа предполагает снизить энергоемкость сферы городского хозяйства на 40%, ежегодно уменьшать потребность в энергоресурсах на 17%, сократить вредные выбросы в атмосферу. —на уровне ресурсоснабжающих компаний — ежегодная разработка энергосервисных программ повышения энергоэффективности для потребителей ресурсов, проведение внутреннего энергоаудита. —на уровне потребителей — участие в предлагаемых программах и повышение уровня самосознания. Факторы, препятствующие развитию программы энергоресурсосбережения В России есть огромные потенциальные возможности для повышения энергоэффективности, но так же есть большое количество факторов препятствующих использованию значительной части мероприятий и процессов, эффективных с энергетической точки зрения. Отметим некоторые из этих факторов: Особенности конструктивно-технологических решений системы теплоснабжения: —теплота представляет собой побочный продукт, поэтому внимание уделяется в первую очередь качеству электроэнергии; —мало технических возможностей перехода на другие пути снабжения, т.к. система инерционна; —значительная протяженность системы приводит к большим тепловым потерям в сетях; —физический и моральный износ оборудования и сетей; —отсутствие заинтересованности в оптимизации потребления вследствие низкой материальной ответственности населения и коммунальных служб за расходованием ресурсов, технической невозможности контроля потребления (отсутствие приборов учета, конструктивные схемы однотрубных систем не позволяют регулировать теплоподачу); —большой недостаток знаний и малое обладание информацией о возможностях энергосбережения в быту, на производстве и других сферах связанных с потреблением энергии у населения и производственных работников; —халатное отношение к энергосбережению как в домашних условиях, так и на рабочем месте; —плохая теплозащита ограждающих конструкций, инфильтрация (окна), —отсутствие эффективной системы вентиляции; —отсутствие определенной, точной, понятной и успешной стратегии повышения энергоэффективности. Для оценки эффективности работы любой системы, в том числе теплоэнергетической, обычно используется обобщенный физический показатель — коэффициент полезного действия (КПД). Физический смысл КПД — отношение величины полученной полезной работы (энергии) к затраченной. Последняя, в свою очередь, представляет собой сумму полученной полезной работы (энергии) и потерь, возникающих в системных процессах. Таким образом, 8 увеличения КПД системы (а значит и повышения ее экономичности) можно достигнуть только снижением величины непроизводительных потерь, возникающих в процессе работы. Это и является главной задачей энергосбережения. Основной же проблемой, возникающей при решении этой задачи, является выявление наиболее крупных составляющих этих потерь и выбор оптимального технологического решения, позволяющего значительно снизить их влияние на величину КПД. Причем каждый конкретный объект — цель энергосбережения — имеет ряд характерных конструктивных особенностей и его тепловые потери различны по структуре и величине. И всякий раз, когда речь заходит о повышении экономичности работы теплоэнергетического оборудования (например, системы отопления), перед принятием решения в пользу использования какогонибудь технологического новшества, необходимо обязательно провести детальное обследование самой системы и выявить наиболее существенные каналы потерь энергии. Разумным решением будет использование только таких технологий, которые существенно снизят наиболее крупные непроизводительные составляющие потерь энергии в системе и при минимальных затратах значительно повысят эффективность ее работы. Структура потерь тепла при производстве тепловой энергии. Алгоритм повышения экономичности Любую теплоэнергетическую систему с целью анализа можно условно разбить на 3 основных участка: 1. участок производства тепловой энергии (котельная); 2. участок транспортировки тепловой энергии потребителю (трубопроводы тепловых сетей); 3. участок потребления тепловой энергии (отапливаемый объект). Каждый из приведенных участков обладает характерными непроизводительными потерями, снижение которых и является основной функцией энергосбережения. Рассмотрим каждый участок в отдельности. Потери тепла на участке производства. Главным звеном на этом участке является котлоагрегат, функциями которого является преобразование химической энергии топлива в тепловую и передача этой энергии теплоносителю. В котлоагрегате происходит ряд физико-химических процессов, каждый из которых имеет свой КПД. И любой котлоагрегат, каким бы совершенным он не был, обязательно теряет часть энергии топлива в этих процессах. На участке производства тепловой энергии при нормальной работе котлоагрегата всегда существуют три вида основных потерь: —с недожогом топлива и уходящими газами (обычно не более18%), —потери энергии через обмуровку котла (не более 4%), —потери с продувкой и на собственные нужды котельной (около 3%). Указанные цифры тепловых потерь приблизительно близки для нормального не нового отечественного котла (с КПД около 75%). Более совершенные современные котлоагрегаты имеют реальный КПД около 80—85% и стандартные эти потери у них ниже. Однако они могут дополнительно возрастать. Если своевременно и качественно не проведена режимная наладка котлоагрегата с инвентаризацией вредных выбросов, потери с недожогом газа могут увеличиваться на 6—8%. Диаметр сопел горелок, установленных на котлоагрегате средней мощности обычно не пересчитывается под реальную нагрузку котла. Однако подключенная к котлу нагрузка отличается от той, на которую рассчитана горелка. Это несоответствие всегда приводит к снижению теплоотдачи от факелов к поверхностям нагрева и возрастанию на 2—5% потерь с химическим недожогом топлива и уходящими газами. 9 Если чистка поверхностей котлоагрегатов производится, как правило, один раз в 2—3 года, это снижает КПД котла с загрязненными поверхностями на 4—5% за счет увеличения на эту величину потерь с уходящими газами. Кроме того, недостаточная эффективность работы системы химводоочистки (ХВО) приводит к появлению химических отложений (накипи) на внутренних поверхностях котлоагрегата значительно снижающих эффективность его работы. Если котел не оборудован полным комплектом средств контроля и регулирования (паромерами, теплосчетчиками, системами регулирования процесса горения и тепловой нагрузки) или если средства регулирования котлоагрегата настроены не оптимально, то это в среднем дополнительно снижает его КПД на 5%. При нарушении целостности обмуровки котла возникают дополнительные присосы воздуха в топку, что увеличивает потери с недожогом и уходящими газами на 2—5%. Использование современного насосного оборудования в котельной позволяет в два—три раза снизить затраты электроэнергии на собственные нужды котельной и снизить затраты на их ремонт и обслуживание. На каждый цикл «Пуск-останов» котлоагрегата тратится значительное количество топлива. Идеальный вариант эксплуатации котельной — ее непрерывная работа в диапазоне мощностей, определенном режимной картой. Использование надежной запорной арматуры, высококачественной автоматики и регулирующих устройств позволяет минимизировать потери, возникающие из-за колебаний мощности и возникновения нештатных ситуаций в котельной. Перечисленные выше источники возникновения дополнительных потерь энергии в котельной не являются явными и прозрачными для их выявления. Например, одна из основных составляющих этих потерь — потери с недожогом, могут быть определены только с помощью химического анализа состава уходящих газов. В то же время увеличение этой составляющей может быть вызвано целым рядом причин: не соблюдается правильное соотношение смеси топливо-воздух, имеются неконтролируемые присосы воздуха в топку котла, горелочное устройство работает в неоптимальном режиме др. Таким образом, постоянные неявные дополнительные потери только при производстве тепла в котельной могут достигать величины 20—25%. Алгоритм повышения экономичности работы уже существующего котлоагрегата в общем случае можно представить как последовательность определенных действий (в порядке эффективности): 1. Провести комплексное обследование котлоагрегатов, включая газовый анализ продуктов сгорания. Оценить качество работы периферийного оборудования котельной. 2. Провести режимную наладку котлов с инвентаризацией вредных выбросов. Разработать режимные карты работы котлоагрегатов на различных нагрузках и мероприятия, которые обеспечат работу котлоагрегатов только в экономичном режиме. 3. Произвести чистку наружных и внутренних поверхностей котлоагрегатов . 4. Оборудовать котельную рабочими приборами контроля и регулирования, оптимально настроить автоматику котлоагрегатов. 5. Восстановить теплоизоляцию котлоагрегата, обнаружив и устранив неконтролируемые источники присосов воздух в топку; 6. Проверить и возможно модернизировать систему ХВО котельной. 7. Произвести перерасчет сопел горелок под реальную нагрузку. 8. Оборудовать котельную эффективным и экономичным насосным оборудованием, надежной трубопроводной запорно-регулирующей арматурой. При проектировании и строительстве новой котельной в пределах ценового коридора, выделенного на данное мероприятие, необходимо тщательно подобрать такое котельное оборудование, которое при высоком КПД и надежности, обеспечивало бы возможность интеграции котла и современных технологий автоматического регулирования процесса произ10 водства тепла, которая в основном и определит экономичность ее работы. Вариант комплектации котельной, место ее расположения, способ транспорта теплоносителя потребителю также являются немаловажными факторами, влияние которых способно значительно увеличить или снизить эффективность ее работы. Структура потерь тепла при транспортировке тепловой энергии. Алгоритм повышения экономичности Обычно тепловая энергия, переданная в котельной теплоносителю поступает в теплотрассу и следует на объекты потребителей. Величина КПД данного участка обычно определяется следующим: —КПД сетевых насосов, обеспечивающих движение теплоносителя по теплотрассе; —потерями тепловой энергии по длине теплотрасс, связанными со способом укладки и изоляции трубопроводов; —потерями тепловой энергии, связанными с правильностью распределения тепла между объектами-потребителями, т.н. гидравлической настроенностью теплотрассы; —периодически возникающими во время аварийных и нештатных ситуаций утечками теплоносителя. При разумно спроектированной и гидравлически налаженной системе теплотрасс, удаление конечного потребителя от участка производства энергии редко составляет больше 1,5—2 км и общая величина потерь обычно не превышает 5—7%, но фактически они могут достигать величины в 25% и выше. Использование отечественных мощных сетевых насосов с низким КПД практически всегда приводит к значительным непроизводительным перерасходам электроэнергии. Современные импортные насосы, разработанные уже в течение последнего десятилетия имеют КПД в 2—3 раза выше, чем у широко применяющихся сегодня отечественных, обладают высокой надежностью и качеством работы. Применение же устройств частотного модулирования для автоматического управления скоростью вращения асинхронных двигателей насосов в несколько раз повышает экономичность работы насосного оборудования; При большой протяженности трубопроводов теплотрасс значительное влияние на величину тепловых потерь приобретает качество тепловой изоляции теплотрасс. При возрастании выше средней величины тепловых потерь по длине, следует уделить внимание следующему факту: в настоящее время на рынке появились новые виды предварительно изолированных теплопроводов, например на основе ППУ или ППЭ. Тепловые потери такого трубопровода практически в 10 раз ниже, а надежность безаварийной работы в десятки раз выше. Последний показатель особенно актуален для снижения потерь, связанных с нештатными аварийными ситуациями, неконтролируемыми утечками теплоносителя и затратами на авральные ремонтные работы на теплотрассах. Другим вариантом выхода из сложившейся ситуации может быть монтаж крышной котельной прямо на объекте теплопотребления. Современное котельное оборудование и автоматика позволяет оборудовать на котельную прямо на крыше отапливаемого здания. Такая котельная работает полностью в автоматическом режиме с очень высоким КПД — порядка 85—90%. Гидравлическая налаженность теплотрассы является основополагающим фактором, определяющим экономичность ее работы. Подключенные к теплотрассе объекты теплопотребления должны быть правильно шайбированы таким образом, чтобы тепло распределялось по ним равномерно. В противном случае тепловая энергия перестает эффективно использоваться на объектах потребления и возникает ситуация с возвращением части тепловой энергии по обратному трубопроводу на котельную. Помимо снижения КПД котлоагрегатов это вызывает ухудшение качества отопления в наиболее отдаленных по ходу теплосети зданиях. Если вода для систем горячего водоснабжения подогревается на расстоянии от объекта потребления, то трубопроводы трасс ГВС обязательно должны быть выполнены по циркуля11 ционной схеме. Присутствие тупиковой схемы ГВС фактически означает, что около 35—45% тепловой энергии, идущей на нужды ГВС, затрачивается впустую. Одним из способов, позволяющих значительно снизить потери энергии в ГВС, является производство горячей воды прямо в тепловых пунктах зданий — потребителей. Эффективным и современным способом для этого являются пластинчатые теплообменники, обладающие рядом существенных преимуществ по отношению к традиционно используемым кожухотрубным. Алгоритм повышения экономичности работы теплотрассы в общем случае также можно представить как последовательность определенных действий: 1. Провести комплексное обследование теплотрасс от котельной к объектам теплоснабжения и выявить основные каналы появления в них тепловых потерь. 2. Провести гидравлическую наладку теплотрасс с шайбированием потребителей по фактически потребляемой ими тепловой нагрузке. 3. Восстановить или усилить теплоизоляцию теплотрассы или при экономической целесообразности переложить существующие трубопроводы использовав для замены предварительно изолированные трубопроводы. 4. Для систем ГВС обеспечить циркуляционную схему включения. По возможности оборудовать тепловые пункты потребителей тепла пластинчатыми теплообменниками для нужд ГВС. 5. Заменить низкоэффективные отечественные сетевые насосы на современные импортные с более высоким КПД. При экономической целесообразности (большой мощности электродвигателей насосов) использовать устройства частотного регулирования скорости вращения асинхронных двигателей. 6. Произвести замену запорной арматуры на трассе с использованием современных надежных поворотных заслонок (например типа «Danfoss»), что значительно снизит тепловые потери в нештатных и аварийных ситуациях, а также исключит варианты появления утечек теплоносителя через сальники задвижек. Структура потерь тепла при потреблении тепловой энергии. Алгоритм повышения экономичности Наиболее существенными составляющими тепловых потерь в теплоэнергетических системах являются потери на объектах-потребителях. Наличие таковых не является прозрачным и может быть определено только после появления в тепловом пункте здания прибора учета тепловой энергии, т.н. теплосчетчика. В самом распространенном случае основными источниками возникновения непроизводительных потерь тепловой энергии являются потери: —в системах отопления, связанные с неравномерным распределением тепла по объекту потребления и нерациональностью внутренней тепловой схемы объекта (5—15%); —в системах отопления, связанные с несоответствием характера отопления текущим погодным условиям (15—20%); —в системах ГВС из-за отсутствия рециркуляции горячей воды теряется до 25% тепловой энергии; —в системах ГВС из-за отсутствия или неработоспособности регуляторов горячей воды на бойлерах ГВС (до 15% нагрузки ГВС); —в трубчатых (скоростных) бойлерах по причине наличия внутренних утечек, загрязнения поверхностей теплообмена и трудности регулирования (до 10—15% нагрузки ГВС), а также из-за зарастания внутренней системы отопления. Общие неявные непроизводительные потери на объекте потребления могут составлять до 35% от тепловой нагрузки. Главной косвенной причиной наличия и возрастания вышеперечисленных потерь является отсутствие на объектах теплопотребления приборов учета количества потребляемого 12 тепла. Отсутствие прозрачной картины потребления тепла объектом обуславливает вытекающее отсюда недопонимание значимости принятия на нем энергосберегающих мероприятий. В общем случае алгоритм улучшения ситуации энергопотребления зданиях выглядит так: 1. Установить приборы учета тепловой энергии на объектах потребления тепла. Появление картины потребления тепла зданием во времени даст возможность провести анализ сложившейся ситуации и выбрать наиболее эффективный способ использования тепловой энергии; 2. Настроить гидравлику внутренней системы отопления с помощью шайбирования или балансировочных клапанов, циркуляционных насосов внутреннего контура. При необходимости — внести изменение в схему подключения отопительных приборов, а возможно — использовать более экономичные радиаторы; 3. Установить автоматическую систему регулирования тепловой нагрузки здания по погодным условиям. Использование "погодного" регулирования способно до 30% снизить потребление тепла зданием при одновременном повышении комфортности в его помещениях. 4. По возможности оборудовать отопительные приборы радиаторными регуляторами температуры в помещениях, что дает возможность снижения тепловой нагрузки здания до 20%; 5. Провести ревизию существующих бойлеров ГВС и при необходимости — заменить их на высокоэффективные пластинчатые теплообменники. 6. Обеспечить надежную работу рециркуляции ГВС внутри объекта, что позволит сэкономить до 25% тепловой энергии, затрачиваемой на нагрев воды. 7. Обеспечить эффективную работу регуляторов температуры на бойлерах ГВС. Работоспособный регулятор температуры на бойлере экономит порядка 15% тепла, идущего на нужды ГВС. 8. Оборудовать тепловые пункты надежной и современной запорно-регулирующей арматурой. 9. В случае необходимости провести комплекс работ по утеплению здания. 10. Выполнять своевременно чистку и промывку системы отопления. ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ МЕРОПРИЯТИЯ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЗДАНИЙ Организационные ресурсосберегающие мероприятия представляют собой работу по разработке основных положений, структуры, содержания мероприятий энергосбережения и энергоаудита в вопросах теплотехники, теплотехнологиях, системах электроснабжения и водоснабжения объектов ЖКХ. Их можно разделить на 3 основные группы: —разработка нормативно-правовой базы, заключающейся в совершенствовании законодательства по обеспечению энерго- и ресурсосбережения во всех сферах городского хозяйства, включая работы по разработке технических регламентов в сяере энергосбережения; —разработка критериев оценки энергетической эффективности на основе нормативов расхода ресурсов на всех стадиях — производства, транспортировки и потребления; —разработка правил проверки соответствия выработанным критериям, установление методик обследования, паспортизации, энергоаудита, энергоэкспертизы объектов, включая работы по совершенствованию методик расчета теплового баланса, тепловых схем, энергоэффективности оборудования, позволяющих выбрать энергосберегающий режим работы различных объектов; —разработка мероприятий, направленных на повышение мотивации ответственности при потреблении ресурсов, как стимулирующего характера (например, разная тарификация при различном уровне потребления ресурсов), так и взыскательного характера. 13 Энергоаудит. Задачи, объекты, результаты обследования при эксплуатации зданий Энергоаудит — это техническое инспектирование энергогенерирования и энергопотребления предприятия (объекта) с целью определения возможности экономии энергии и оказания помощи предприятию (объекту) в осуществлении мероприятий, обеспечивающих экономию энергоресурсов на практике. Термин энергоаудит появился в нашей стране в начале 90-х годов. Энергоаудит возник на стыке энергетики, экономики и технологии. В некоторой степени сюда должна быть отнесена и экология, особенно для тех производств, в которых эта составляющая имеет большой вес в себестоимости готовой продукции. Так, предложение по экономичности одного из энергоресурсов может повлечь за собой увеличение потребления другого или отразиться на выпуске продукции. Цель энергоаудита — провести оценку эффективности энергопотребления предприятия, т.е. не просто выявить места потерь ресурсов, но разработать стратегию перехода на систему с оптимальным потреблением энергоресурсов. Задачи энергоаудита: —выявить источники нерациональных энергозатрат и неоправданных потерь энергии; —разработать на основе технико-экономического анализа рекомендации по их ликвидации; —предложить программу по экономичности энергоресурсов и рациональному энергопользованию; —предложить очередность реализации предлагаемых мероприятий с учетом объемов затрат и сроков окупаемости. Направления обследований проводимых при энергоаудите: —энергоаудит систем электроснабжения; —энергоаудит систем теплоснабжения; —энергоаудит объектов теплоэнергетики; —энергоаудит потребляющего топливо оборудования, а также систем топливоснабжения; —энергоаудит коммуникационных инженерных путей водоснабжения и канализации; —энергоаудит зданий и сооружений; —энергоаудит тепловых сетей и коммуникационных сетей. Перечень предоставляемой по результатам энергоаудита документации: —титульный лист с указанием исполнителей; —введение с указанием причин и сроков проведения обследования, ответственных лиц и участников со стороны Аудитора и Заказчика; —описание объекта и систем в соответствии с выполненными работами; —программу по рациональному использованию электрической и тепловой энергии, с оценкой их эффективности, объема затрат на их внедрение и возможных сроков окупаемости. Общий порядок проведения энергетического обследования предприятия: 1. Энергоаудит системы электроснабжения и электропотребления. 1.1. Анализ схем электроснабжения. 1.2. Анализ режимов работы трансформаторных подстанций и системы регулирования. 1.3. Обследование основного электропотребляющего оборудования. 1.4. Обследование системы освещения. 1.5. Электробаланс и оценка потерь в системе электроснабжения. 2. Анализ режимов работы систем водоснабжения и водоотведения. 3. Энергоаудит теплотехнического оборудования. 3.1. Анализ тепловых схем. 3.2. Аудит котельной. 3.3. Обследование систем отопления и ГВС. 14 3.4. Анализ режимов работы теплопотребляющего (и теплоутилизационного) технологического оборудования. 3.5. Тепловой баланс. 4. Обследование компрессорного оборудования, системы разводки и потребления сжатых газов. 5. Анализ режимов работы холодильного оборудования. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТ ПРИ КАПИТАЛЬНОМ РЕМОНТЕ И РЕКОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЯ Опыт организации и проведения капитального ремонта зданий позволяет классифицировать выполняемые работы на две группы: оказывающие влияние на изменение потребления ресурсов зданием и не влияющие на эту величину. Таблица 2 Состав мероприятий по комплексной санации зданий Энергетически обязательные Энергетически необязательные Утепление кровель и чердаков Гидроизоляция кровель и т.п. Утепление фасадов Замена сантехнического оборудования Замена окон и балконных дверей Облицовка кафелем кухонь и санузлов Остекление балконов, лоджий Обновление систем электроснабжения Утепление перекрытий подвалов Пристройка новых или обновление существующих балконов и лоджий Утепление входов в здание, создание тамбуРемонт лестничных клеток ров Обновление систем отопления и Создание архитектурно-выразительных входов горячего водоснабжения в здания Обновление системы вентиляции Обновление входных дверей квартир Технические ресурсосберегающие мероприятия при эксплуатации зданий. Технические ресурсосберегающие мероприятия направлены на снижение экологической нагрузки и экономию топливно-энергетических ресурсов или замещение их доступными. К ним относятся: —типовые энергосберегающие проекты; —энергосберегающие технологии (материалы, схемы снабжения, оборудование). Экономия традиционных топливно-энергетических ресурсов осуществляется путем снижения непроизводительных расходов и включает: —модернизацию на этапе производства энергии; —программное управление и регулирование отпуском ресурсов; —применение приборов учета потребления ресурсов. Типовые энергосберегающие проекты, представленные департаментом государственной энергетической политики и энергоэффективности Министерства энергетики страны, включают мероприятия в электроэнергетике, на объектах теплоснабжения, в промышленности и на транспорте, в жилом секторе и городских учреждениях. В проектах даны следующие предложения: —приблизить источники тепла, работающие на газе, к потребителю с целью уменьшения потерь тепла при транспортировке путем устройства пристроенных, встроенных, крышных автоматизированных котельных; (переход от мощных центральных тепловых пунктов к использованию автоматизированных индивидуальных тепловых пунктов (ИТП) в каждом здании с количественно-качественным регулированием потребления тепла в зависимости от температуры наружного воздуха и переходом на внутридомовой температурный график 80– 15 60 °С с целью возможности применения пластиковых труб в системах отопления и горячего водоснабжения); —реконструировать морально и физически устаревшие котельные; —перейти на тепловые насосы и источники низкопотенциального тепла в муниципальных образованиях; —использовать двигатели с частотным регулированием; —организовать системы диспетчеризации, управления и учета производства и потребления тепловой энергии, используя самые современные информационные технологии, что позволит перевести систему теплоснабжения на качественно новый уровень интеллектуальных систем; —использовать вместо существующего качественного метода регулирования с температурным графиком 150–70 °С количественный метод отпуска тепла с частотно-регулируемым электроприводом циркуляционных насосов с постоянной температурой теплоносителя 115– 60 °С в отопительный период и 75 °С в летний, который позволяет снизить коррозионный износ тепловых сетей и перейти на обратном трубопроводе на использование пластиковых материалов; —при наличии обоснования экономического эффекта использовать для целей теплоэлектроснабжения промышленных предприятий и жилых районов мини-ТЭЦ на базе современных газопоршневых или газотурбинных установок, устройство электрических надстроек существующих котельных с использование партурбинных или газотурбинных агрегатов; —применять при технической возможности горизонтальную поквартирную разводку системы отопления с индивидуальным управлением и учетом потребляемой тепловой энергии для нового строительства и установки регистраторов тепла для существующего жилого фонда; —внедрять энергоэффективную схему приточно-вытяжной вентиляции для зданий с повышенной герметизацией ограждающих конструкций, обеспечивающую комфортность проживания, защиту и сохранность строительных конструкций от повышенной влажности; —использовать современные строительные материалы и технологии, такие как возведение ограждающих конструкций методом несъемной опалубки, повышение теплоизоляционных свойств фасадов, установка оконных конструкций повышенной герметичности и т. д., позволяющие значительно снизить потери тепла через ограждающие конструкции и окна. Модернизация систем централизованного теплоснабжения должна происходить путем создания условий для неразрывности всей цепи от выработки тепла до потребителя. Типовые энергосберегающие проекты Типовые энергосберегающие проекты в жилищной сфере можно разделить на 4 группы: 1. Расчет по факту — переход на оплату коммунальных услуг на основе показаний приборов учета потребления коммунальных услуг в многоквартирных жилых домах: —оснащение вводов в здания регулирующими устройствами; —постоячная балансировка теплоносителя; —оснащение приборами учета потребления ресурсами каждого потребителя: установка квартирных и домовых водосчетчиков; установка домовых и квартирных (при технической) возможности теплосчетчиков; —организация работы с собственниками по популяризации добровольного энергоаудита. 2. Энергоэффективный микрорайон — модернизация и реконструкция зданий с применением современных технологий и снижение на этой основе оплаты коммунальных услуг: —строительство новых зданий с учетом требований СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий; —комплексный капитальный ремонт эксплуатируемых зданий с учетом снижения удельного расхода на отопление не менее чем на 30%. 16 3. Теплый дом — снижение потребления коммунальных ресурсов по итогам проведенного комплексного капитального ремонта : —снижение потерь тепла в квартирах и местах общего пользования путем утепления, установки энергоэффективных стеклопакетов, теплоотражающих пленок, остекления лоджий, установки современных отопительных приборов и т.д.; —модернизация ИТП, включая замену старых котлов на современные теплообменные аппараты, насосы с частотным регулированием; —применение нетрадиционных источников энергии, в частности использование тепловых насосов, солнечных коллекторов и т.д. 4. Экономный свет — замена ламп накаливания на энергоэффективные осветительные приборы: —автоматизация внутридомовой системы освещения; —повышение энергоэффективности системы освещения; —применение энергоэффективной техники; —стимулирование населения на замену бытовой техники и приборов освещения на энергетически эффективные. Эффективность традиционных и современных систем отопления с точки зрения энергосбережения Энергосбережение в различных системах отопления и с различным уровнем автоматизации системы водяного отопления можно квалифицировать следующим образом: —традиционные однотрубные системы с вертикальным распределением теплоносителя; —традиционные двухтрубные системы с вертикальным распределением теплоносителя; —традиционные одно- двухтрубные системы с вертикальным пофасадным регулированием теплоносителя; —горизонтальные радиаторные системы с поквартирным распределением теплоносителя; —горизонтальные низкопотенциальные системы с поквартирным распределением теплоносителя (типа «теплый пол»); —системы от автономных (квартирных) теплогенераторов. Варианты технических решений изложены в такой последовательности, при которой каждый последующий вариант обладает более высокими потенциальными возможностями эффективного распределения тепловой энергии и обеспечения лучших условий теплового комфорта в отапливаемых помещениях. Обоснование энергоэффективности системы приведено в табл. 3. № 1 2 Таблица 3 Наиболее распространенные варианты систем отопления и их эффективность Техническое решение Факторы, повышающие значение эффективность Система отопления традиционная с вертикальОплата фактически потребленного тепла, веным распределением теплоносителя. Подключе- личина которой, как правило, меньше размера на к системе централизованного теплоснабжеоплаты по проектным данным снижает затрания. Местный тепловой пункт не автоматизиро- ты потребителя. Коммерческий учет энергован. Установлена система коммерческого учета носителей стимулирует потребителя эконоэнергоносителей мить энергоресурсы Система традиционная с вертикальным распреКорректировка режима подачи тепла с учетом делением теплоносителя. Местный тепловой тепловых характеристик конкретного здания, пункт автоматизирован его удаленности от источника тепла, устранение перерасхода тепла в период нижней срезки температурного графика (переходный период года) 17 № Техническое решение 3 Система традиционная с вертикальным распределением теплоносителя. Снабжение теплом от автономной котельной либо от местного автоматизированного теплового пункта с пиковым газовым или электрическим нагревателем Система отопления традиционная с вертикальным распределением теплоносителя. Местный тепловой пункт автоматизирован (с пофасадным регулированием тепла) Система отопления традиционная с вертикальным регулированием теплоносителя. Местный тепловой пункт автоматизирован (с пофасадным регулированием тепла): снабжение системы отопления теплом по п. 3 Система отопления традиционная с пофасадным программным автоматическим регулированием тепла 4 5 6 7 Система отопления традиционная с пофасадным программным автоматическим регулированием тепла, снабжение теплом систем отопления по п. 3 8 Система отопления традиционная, вертикальная, однотрубная. Отопительные приборы оснащены индивидуальными терморегуляторами (комнатными термостатами) 9 Система низкопотенциального водяного отопления («теплый пол») с поквартирным распределением и коммерческим учетом теплоносителя 10 Система отопления традиционная, вертикальная, двухтрубная. Отопительные приборы оснащены комнатными термостатами 11 Система отопления традиционная, вертикальная однотрубная. Отопительные приборы оснащены индивидуальными терморегуляторами (комнатными термостатами), снабжение системы отопления по п. 3 18 Факторы, повышающие значение эффективность Исключается недогрев зданий в холодный период отопительного сезона, когда температура теплоносителя в тепловой сети ниже, чем требуется по графику регулирования Учет при регулировании влияния ветра и солнечной радиации на тепловой режим зданий Учет при регулировании влияния ветра и солнечной радиации на тепловой режим зданий, исключается недогрев здания в холодный период Эффект использования тепла по сравнению с п. 4 дополнительно повышается за счет снижения внутренней температуры в нерабочие часы в общественных зданиях, в ночные часы - в жилых зданиях Исключается недогрев зданий в холодный период отопительного сезона, когда температура теплоносителя в тепловой сети ниже, чем требуется по графику регулирования. Учет при регулировании влияния ветра и солнечной радиации на тепловой режим зданий, исключается недогрев здания в холодный период Учет при регулировании влияния ветра, солнечной радиации и бытовых тепловыделений. Потребитель настраивает терморегулятор на желаемое значение внутренней температуры. Возможность индивидуального регулирования температуры ограничена из-за большой остаточной теплоотдачи при полном отключении отопительных приборов Уменьшается недогрев помещений при перерывах в подаче тепла от тепловой сети и при температуре в подающем трубопроводе ниже требуемой по графику регулирования. Не обеспечивает быстрой реакции на изменения внешних и внутренних воздействий Дополнительно к п.п. 8 и 9 возможность индивидуального регулирования выше из-за существенно меньшей остаточной теплоотдачи отопительных приборов при их отключении Исключается недогрев зданий в холодный период отопительного сезона, когда температура теплоносителя в тепловой сети ниже, чем требуется по графику регулирования. Учет при регулировании влияния ветра и солнечной радиации на тепловой режим зданий, исключается недогрев здания в холодный период № Техническое решение 12 Совмещенная система отопления и горячего водоснабжения от индивидуального теплогенератора с комнатными термостатами и программным регулированием отпуска тепла Факторы, повышающие значение эффективность Полностью исключает потери, обеспечивает гибкое регулирование тепловой нагрузки по желанию потребителя Идея водяного теплого пола сводится к монтажу между полом и напольным покрытием сети мини трубопроводов, по которым циркулирует теплоноситель — нагретая вода. От прогретого пола тепло поднимается вверх, обеспечивая равномерное отопление всего помещения. Создаваемые благодаря этому микроклиматические условия (пол на 4-8ºС теплее воздуха) являются оптимальными с точки зрения физиологии человека. Такое разделение тепла будет чувствоваться человеком наиболее комфортно. Помимо этого, ноги, постоянно контактирующие с полом, будут находиться на более теплой поверхности, что, в свою очередь, позволит значительно снизить потери накопленного тепла через стопы. Система позволяет задавать и поддерживать желательный микроклимат, экономя при этом порядка 6-8% тепла, и гибко реагирует на погодные и другие изменения. Система является низкотемпературной (температура теплоносителя около +35ºС), обеспечивает снижение теплопотерь через ограждающие конструкции (10-20%) и при передаче теплоносителя потребителю (20-25%), а также снижает расходы на теплоизоляцию трубопроводов. Более того уже использованный в радиаторной системе теплоноситель, температура которого снизилась до 50-55ºС, позволяет без увеличения мощности существующих тепловых сетей, подключать новых потребителей, установивших водяной теплый пол. В целом, тем же количеством тепла можно обогреть площадь в 700 раз большую, чем при радиаторном обогреве. Такие системы широко распространены в Финляндии, Норвегии, Дании, Германии, Швеции (90% нового жилья строится именно с этой системой отопления). В России на сегодняшний день смонтировано порядка 7000 объектов с такими системами. В системах применяются полиэтиленовые трубы распределительные коллектора и смесительные узлы из нержавеющей стали, за счет чего уменьшился вес оборудования. Дается гарантия на 5 лет. Такая система предъявляет жесткие требования к химическому составу теплоносителя. Нетрадиционные источники ресурсов. Возможности применения нетрадиционных технологий ресурсосбережения при эксплуатации зданий в различных регионах страны Внедрение возобновляемых и вторичных источников ресурсов является одним из перспективных направлений замещения традиционных топливно-энергетических ресурсов. Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) восполняются естественным образом, прежде всего за счет поступающего на поверхность Земли потока энергии солнечного излучения, и в обозримой перспективе являются практически неисчерпаемыми. К возобновляемым источникам энергии относится солнечная энергия, а также ее производные: энергия ветра, энергия растительной биомассы, энергия водных потоков. К возобновляемым источникам энергии относят также геотермальное тепло, поступающее на поверхность Земли из ее недр, низкопотенциальное тепло окружающей среды, а также некоторые источники энергии связанные с жизнедеятельностью человека (тепловые "отходы" жилища, промышленных и сельскохозяйственных производств, бытовые отходы и т.п.) К настоящему времени основными способами использования солнечной энергии являются преобразование ее в электрическую и тепловую. Плоские солнечные коллекторы являются простейшим и наиболее дешевым способом использования солнечной энергии. Плоский солнечный коллектор представляет собой теплоизолированный с тыльной стороны и боков ящик, внутри которого помещена тепловоспринимающая металлическая или пластиковая панель, окрашенная для лучшего поглощения солнечного излучения в темный цвет и 19 закрытая сверху светопрозрачным ограждением (один или два слоя стекла или прозрачного стойкого под воздействием ультрафиолета пластика). Панель является теплообменником, по каналам которого прокачивается нагреваемая вода. Вода направляется в теплоизолированный бак гидравлически соединенный с солнечным коллектором. За день вода из бака может несколько раз проходить через коллектор, нагреваясь до расчетного уровня температуры, зависящего от соотношения между объемом бака и площадью солнечного коллектора, а также от климатических условий. Циркуляция воды в замкнутом контуре солнечный коллектор– бак– солнечный коллектор может осуществляться принудительно с помощью небольшого циркуляционного насоса или естественным образом за счет разности гидростатических давлений в столбах холодной и нагретой воды. В последнем случае бак должен располагаться выше верхней отметки солнечного коллектора. Солнечные фотоэлектрические установки осуществляют прямое преобразование энергии солнечного излучения в электроэнергию с помощью фотопреобразователей. Солнечная фотоэлектрическая установка состоит из солнечных батарей в виде плоских прямоугольных поверхностей, работа которых заключается в преобразовании энергии солнечного излучения в электрическую энергию. Электрический ток в фотоэлектрическом генераторе возникает в результате процессов, происходящих в фотоэлементах при попадании на них солнечного излучения. Наиболее эффективны фотоэлектрические генераторы, основанные на возбуждении электродвижущей силы (ЭДС) на границе между проводником и светочувствительным полупроводником (например, кремний) или между разнородными проводниками. Ветроэнергетические установки являются основным способом преобразования ветровой энергии в электрическую энергию. Наиболее распространенным типом ВЭУ является ветровая турбина с горизонтальным валом, на котором установлено рабочее колесо с различным числом лопастей — чаще всего 2-3. Многолопастные колеса применяются в малых установках, предназначенных для работы при невысоких скоростях ветра. Турбина и электрогенератор размещаются в гондоле, установленной на верху мачты. Спектр единичных мощностей выпускаемых ветроустановок в мире весьма широк: от нескольких сотен Вт до 2-4 МВт. Малые ВЭУ (мощностью до 100 кВт) находят широкое применение для автономного питания потребителей, и сферы их использования во многом совпадают с фотопреобразователями. Особенно эффективно использование малых установок для водоснабжения (подъем воды из колодцев и скважин, ирригация). Автономные малые ветроустановки могут комплектоваться аккумуляторами электрической энергии и/или работать совместно с дизельгенераторами. В ряде случаев используются комбинированные ветро-солнечные установки, позволяющие обеспечивать более равномерную выработку электроэнергии, учитывая то обстоятельство, что при солнечной погоде ветер слабеет, а при пасмурной - наоборот, усиливается. Крупные ветроустановки (мощностью более 100 кВт), как правило, сетевые, т.е. предназначены для работы на электрическую сеть. Геотермальное теплоснабжение является достаточно хорошо освоенной технологией. Преобразование внутреннего тепла Земли в электрическую энергию осуществляют геотермальные электростанции (ГеоЭС). Источники глубинного тепла — радиоактивные превращения, химические реакции и др. процессы, происходящие в земной коре. Температура пород с глубиной растет и на уровне 2000-3000 м от поверхности Земли превышает 100°С. Циркулирующие на больших глубинах воды нагреваются до значительных температур и могут быть выведены на поверхность по буровым скважинам. В вулканических районах глубинные воды, нагреваясь, поднимаются по трещинам в земной коре. В этих районах термальные воды имеют наиболее высокую температуру и расположены близко к поверхности, иногда они выделяются в виде перегретого пара. Современные экологически чистые ГеоЭС исключают прямой контакт геотермального рабочего тела с окружающей средой и выбросы вредных парниковых газов (прежде всего СО2) в атмосферу. С учетом лимитов на выбросы углекислого газа ГеоЭС и ГеоТС имеют 20 заметное экологическое преимущество по сравнению с тепловыми электростанциями, работающими на органическом топливе. Энергия морских приливов преобразовывается в электрическую энергию с использованием приливных электростанций, использующих перепад уровней "полной" и "малой" воды во время прилива и отлива. При совместной работе в одной энергосистеме с мощными тепловыми (в т. ч. и атомными) электростанциями энергия, вырабатываемая ПЭС, может быть использована для участия в покрытии пиков нагрузки энергосистемы, а входящие в эту же систему ГЭС, имеющие водохранилища сезонного регулирования, могут компенсировать внутримесячные колебания энергии приливов. Основное преимущество электростанций, использующих морские приливы, состоит в том, что выработка электроэнергии носит предсказуемый плановый характер и практически не зависит от изменений погоды. Первичная биомасса является продуктом преобразования энергии солнечного излучения при фотосинтезе. В зависимости от свойств "органического сырья" возможны различные технологии его энергетического использования. Для использования сухой биомассы наиболее эффективны термохимические технологии (прямое сжигание, хорошо известное на бытовом уровне, а также газификация, пиролиз и т.п.). Для влажной биомассы — биохимические технологии переработки с получением биогаза (анаэробное разложение органического сырья) или жидких биотоплив (процессы сбраживания). Газификация древесных отходов обеспечивает получение топливного газа, основу которого составляет СО, Н2 и N2 и который может быть использован в качестве газообразного топлива в котельных, газовых турбинах и двигателях внутреннего сгорания. Наиболее распространенным является перевод котельных с жидкого топлива или угля на древесные отходы, что требует реконструкции топочных устройств и создания необходимой инфраструктуры хранения и подготовки топлива. Среди биохимических технологий переработки жидких органических отходов наиболее широкое применение во многих странах мира получила технология анаэробного (в отсутствии атмосферного кислорода) разложения органического сырья с получением биогаза, состоящего на 55-60 % из метана. Вырабатываемый биогаз отводят из объема метантэнка и направляют в газгольдер — аккумулятор, откуда газ отбирается по мере необходимости в основном на цели теплоснабжения близлежащих объектов. Биогаз может также использоваться как топливо в двигателях внутреннего сгорания для производства механической и/или электрической энергии. В соответствии с общепринятой международной классификацией к микро-ГЭС относят гидроэнергетические агрегаты мощностью до 100 кВт, а к малым от 100 кВт до 10 МВт. В последние годы достигнут значительный технический прогресс в разработке малых гидроагрегатов, в том числе в России, что открывает новые возможности для возрождения малой гидроэнергетики. Разработанное оборудование удовлетворяет повышенным техническим требованием, в том числе: обеспечивает возможность работы установок, как в автономном режиме, так и на местную электрическую сеть, полностью автоматизировано и не требует постоянного присутствия обслуживающего персонала, обладает повышенным ресурсом работы (до 40 лет, при межремонтных периодах до 5 лет). Разработан широкий спектр современных гидроагрегатов с различными типами рабочих колес, обладающих повышенным кпд в широком диапазоне рабочих напоров (от 1,5 до 400 м) и расходов воды. Помимо использования малых рек, одним из интересных новых применений микро- и малых ГЭС является их установка в питьевых водопроводах и технологических водотоках предприятий, водосбросах ТЭЦ, а также на промышленных и канализационных стоках. Такая возможность может быть реализована в тех водотоках (продуктопроводах), где требуется применение гасителей давления. Вместо гасителей целесообразно установка микро-ГЭС, вырабатывающих электроэнергию для собственных нужд производства или в сеть за счет избытка давления в водотоке. 21 Конструктивные энергосберегающие мероприятия. Эффективность и окупаемость К основным конструктивным энергосберегающим мероприятиям относятся: —учет размеров и ориентации здания; —учет площади остекления фасадов; —для эксплуатируемых зданий утепление наружных ограждающих конструкций, включая утепление чердаков, кровель, перекрытий подвалов, стен фасадов; —для эксплуатируемых зданий замена светопрозрачных конструкций на энергоэффективные; —окраска крыш зданий в светлые цвета для снижения их перегрева; —окраска стен, потолков, установка светлоокрашенных полов для снижения затрат на внутреннее освещение здания. Для оценки эффективности мероприятия необходимо выполнить тепловизионное обследование здания, а также подтвердить его расчетом удельной теплозащитной характеристики здания, которая позволяет определить конструкции, вносящие наибольший вклад в тепловые потери зданием. Целесообразным считается решение со сроком окупаемости до 10 лет. Опыт зарубежных стран показывает следующее соотношение эффективности— окупаемости конструктивных энергосберегающих мероприятий, приведенное в табл. 4. Таблица 4 Энергоэффективные конструктивные мероприятия для эксплуатируемых зданий Энергосберегающие мероприятия Ориентировочная Срок окупаевеличина энергосбемости, лет режения, % Применение отражающих экранов за отопительными прибо5-8 <1 рами Утепление наружных стен 10-25 8-10 Утепление перекрытий ~5 4-6 Утепление наружной стены и перекрытия 15-30 7-9 Уплотнение переплетов окон и створок дверей 5-8 2-4 Замена окон на трехстекольные остекления 10-15 12-15 Утепление наружной стены, перекрытия и замена окон 35-48 10-12 Утепление наружных стен как способ повышения энергоэффективности здания Многие здания, построенные в советский период, имеют не только физический износ, но и устарели морально с точки зрения несоответствия наружных стен требованиям энергосбережения. Поэтому часто при планировании капитального ремонта оценивается сопротивление теплопередаче стен путем тепловизионного обследования и выявляется необходимость их утепления. При утеплении наружных стен мы получаем следующие результаты: — повышение теплоизолирующей способности здания, вследствие чего снижаются потери тепла, уменьшаются расходы тепловой энергии и затраты на ее оплату; — в помещениях здания создается комфортный температурно-влажностный режим и повышается шумоизолирующие свойства. В практике устройства дополнительной теплозащиты стен существует два основных способа ее расположения — с наружной или внутренней стороны фасада. Иногда встречается конструктивно-технологическое решение устройства теплозащиты зданий с расположением утеплителя по наружной и внутренней поверхностям одновременно (комбинированный способ). Устройство тепловой защиты с наружной и внутренней сторон одновременно применяется в случае необходимости восстановления локальных теплозащитных свойств стенового ограждения. 22 Конкретный вариант расположения теплозащиты устанавливается в зависимости от характера и величины промерзания на основе анализа всех возможных способов ее устройства с учетом их достоинств и недостатков. Местные, незначительные промерзания, характеризующиеся нарушением фактурного слоя, незначительной сыростью, можно устранять утеплением изнутри помещения. При значительном местном промерзании пораженные участки вырубают, поверхность просушивают, устанавливают опалубку и заливают, например, керамзитобетон. В качестве утеплителя можно применять минераловатные, древесностружечные плиты, в качестве отделочного слоя — гипсокартон или штукатурку по сетке. Вариант с расположением теплоизоляционного материала внутри здания обладает следующими достоинствами: —производство работ может проводиться в любое время года независимо от способа крепления; —теплоизоляционный материал находится в благоприятных условиях и не требуется, как правило, его дополнительная защита от воздействия внешней среды. К недостаткам расположения теплозащиты со стороны помещения относятся: —необходимость устройства дополнительной теплозащиты в местах опирания на стены плит перекрытий и в местах примыкания к наружным стенам внутренних стен и перегородок; —необходимость устройства пароизоляционного слоя перед теплоизоляционным материалом для защиты его от увлажнения; —сложность устройства теплоизоляции в местах расположения приборов отопления, а также в пределах толщины пола и т. п.; —нахождение точки росы в пределах утеплителя и, как следствие, образование конденсата и снижение теплотехнических свойств; —нахождение несущего слоя стены в зоне отрицательных температур и его промерзание. Такая схема может привести к резкому снижению долговечности несущей стены, образованию конденсата и быстрому падению температуры на внутренней поверхности стены в случае перебоев в отоплении. Вариант расположения теплозащиты с наружной стороны стены обладает существенными достоинствами, к ним относятся: —создание защитной термооболочки, исключающей образование «мостиков холода»; —исключение необходимости устройства пароизоляционного слоя; —возможность одновременно с устройством теплоизоляции исправлять дефекты стены; —широкие возможности для воплощения архитектурных идей; —расположение несущего слоя стены, как правило, хорошо аккумулирующего тепло в зоне положительных температур, что повышает тепловую инерцию ограждающей конструкции; —предупреждение увлажнения и промерзания конструкции и как следствие, повышение долговечности ограждающей конструкции. Неудобством этого варианта является: —необходимость устройства по теплоизоляции надежного защитного слоя; —использование при выполнении работ дорогостоящих средств подмащивания; —невозможность проведения работ при отрицательных температурах и неблагоприятных погодных условиях. Конструктивно при наружном расположении теплоизоляции утепление может быть решено в двух вариантах: устройство так называемого «мокрого» фасада — с защитным штукатурным слоем (использование теплоизолирующих штукатурок, напыляемых систем, многослойных штукатурных систем, утепляющих красок) и вентилируемого фасада — с навесными ветроотбойными панелями и воздушным зазором. 23 Нарушение сплошности утеплителя в трехслойных стеновых панелях можно устранить путем инъектирования утеплителя растворонасосом (например, газобетонной смеси) в пробитые со стороны помещения отверстия. Возможным средством уменьшения теплопотерь через зарадиаторные участки стены является их окраска алюминиевым лаком или прикрепление к поверхности металлических листов с волнистой поверхностью — алюминиевых, оцинкованных и т.д. Утепление углов выполняют по всей высоте помещения, применяя эффективный утеплитель, либо конструктивно путем проектирования в углу стояка отопления. Особенностями устройства штукатурной системы являются: —низкая долговечность окрасочного и штукатурного слоя по сравнению с долговечностью утеплителя, что требует периодического (раз 3-5 лет) ремонта; —выполнение штукатурных работ только при положительных температурах; —низкая механизация и высокая трудоемкость работ; —усложнение технологии работ при устройстве противопожарных отсечек, углозащитных профилей и антивандальных цоколей; —требования к высокой квалификации исполнителей; —требуется подготовка поверхности фасада, ее выравнивание для плотного прилегания утеплителя; —высокая вероятность конденсационного и атмосферного увлажнения; —отсутствие возможности естественной вентиляции; —возможность декоративного оформления элементов "исторического" фасада; —низкая стоимость работ. Особенностями устройства "вентфасада" являются: —более высокая долговечность защитного облицовочного слоя; —высокая механизация и технологичность работ за счет применения изделий заводской готовности; —возможность естественной вентиляции и удаления конденсата, что повышает долговечность утеплителя; —разнообразное цветовое решение; —повышенные звукоизоляционные свойства, в т.ч. вследствие наличия вентзазора; —невозможность применения на архитектурно и исторически значимых объектах; —высокая вероятность осадки утеплителя при нарушении технологии работ; —более высокая ремонтопригодность конструкции; —заниженная теплотехническая однородность конструкции за счет теплопроводных включений несущих профилей; —усложнение технологии и удорожание работ из-за необходимости подрезки плитки; —вентзазор может являться акустической трубой, распространяющей "хлопки" ветрозащитной пленки и другие звуки; —алюминиевая крепежная система обладает более низкой прочностью, стойкостью к воздействию огня и подвержена контактной коррозии. При принятии решения о дополнительной тепловой защите здания следует тщательно проработать вопрос о предполагаемой реконструкции фасада: какой класс отделки планируется, финансовые возможности заказчика. Детально изучить состояние поверхности стен — каково техническое состояние фасада, подлежащего отделке (наличие большого количества стыков, трещин, вздутий и т. п. потребуют и соответствующих средств на очистку поверхности под нанесение грунтовочных покрытий, расшивку трещин, нанесение шпатлевки и т.д.). Свойства современных утеплителей Технические решения наружных ограждающих конструкций зданий должны отвечать требованиям нормативных документов по теплотехническим показателям. Начиная с 1995 24 года в 3 этапа осуществлено резкое возрастание требований к показателю приведенного сопротивления теплопередаче, что предусматривает радикальное изменение подхода к выбору материалов и конструктивных решений наружных ограждений. Чтобы наружные стены соответствовали современным теплотехническим требованиям, их следует выполнять слоистыми, когда каждый слой несет свой функционал. Для существующих зданий следует выполнять дополнительное утепление. Различают теплоизоляцию двух видов: теплоизоляция отражающего типа снижает расход тепла благодаря тому, что уменьшается инфракрасное излучение; теплоизоляция предотвращающего типа (она используется в большинстве случаев) предполагает применение утеплителя с низким значением теплопроводности. Теплоизоляционные материалы классифицируют по следующим признакам: 1. Форме и внешнему виду: —штучные (плиты, блоки, кирпичи, цилиндры, полуцилиндры, сегменты); —рулонные и шнуровые (маты, шнуры, жгуты); —рыхлые и сыпучие (вата, перлитовый песок и др.). 2. Структуре: —волокнистые (минераловатные, стекловолокнистые и др.); —зернистые (перлитовые, вермикулитовые); —ячеистые (изделия из ячеистых бетонов, пеностекло, пенопласты, совелитовые и др.). Теплоизоляционные материалы в зависимости от назначения подразделяют на изоляционно-строительные, которые применяют для утепления строительных ограждений, и изоляционно-монтажные — для утепления трубопроводов и промышленного оборудования. Деление это условно, так как некоторые материалы используют как для изоляции строительных конструкций, так для изоляции промышленных объектов. По исходному сырью утеплители классифицируются на органические и неорганические. К первым относят материалы на основе торфа, соломы, льна, древесины, и камыша, а также газонаполненные пластмассы. Ко вторым — минеральную вату, ячеистый бетон, вспученные вермикулит и перлит, асбестосодержащие утеплители и теплоизоляционную керамику. Встречаются и смешанные изоляционные материалы, например высокопористые пластмассы, наполненные керамзитом. По теплопроводности утеплители делятся на: —класс А — низкой теплопроводности — теплопроводность при средней температуре 298 К (25°С) до 0,06 Вт/(м·К); —класс Б — средней теплопроводности — теплопроводность при средней температуре 298 К от 0,06 до 0,115 Вт/(м·К); —класс В — повышенной теплопроводности — теплопроводность от 0,115 до 0,175 Вт/(м·К); Важнейшим показателем является группа горючести (ГОСТ 30244—94, СНиП 21-0197): —негорючие (НГ); —слабогорючие (Г1); —умеренногорючие (Г2); —нормальногорючие (ГЗ); —сильногорючие (Г4). Несгораемые материалы не способны к горению в воздухе. Трудногорючие материалы способны возгораться на воздухе от источника зажигания, но не способны самостоятельно гореть после его удаления. Горючие материалы способны самовозгораться, а также возгораться от источников зажигания и самостоятельно гореть после его удаления. Горючие материалы могут быть легко- и трудновоспламеняющимися. Для негорючих материалов группу горючести определяют методом огневых испытаний, при которых материал помещают в электропечь трубчатого типа и выдерживают его при 25 температуре 800—850 °С в течение 20 минут. Материал относится к группе негорючих, если средняя потеря массы пяти испытуемых образцов не превысит 50% от начальной (до испытания) и устойчивое их воспламенение не превышает 10 с. Для горючих материалов группу горючести определяют методом «огневой трубы». При этом образец помещают в металлическую вертикальную трубу, поджигают его пламенем газовой горелки и фиксируют время самостоятельного горения (тления). Материал относится к горючим, если: —самостоятельное пламенное горение и тление продолжались более 60 с и потеря массы более чем одного образца (из шести) превысила 20%; —самостоятельное пламенное горение продолжалось менее 60 с, но пламя распространилось по всей поверхности образца и потеря массы более чем у одного образца свыше 90 %. Утеплители классифицируются по жесткости на: —мягкие (М) — сжимаемость свыше 30 % при удельной нагрузке 0,002 МПа (минеральная и стеклянная вата, вата из каолинового и базальтового волокна, вата из супертонкого стекловолокна, маты и плиты из штапельного стекловолокна); —полужесткие (П) — сжимаемость от 6 до 30 % при удельной нагрузке 0,002 МПа (плиты минераловатные и из штапельного стекловолокна на синтетическом связующем); —жесткие (Ж) — сжимаемость до 6 % при удельной нагрузке 0,002 МПа (плиты из минеральной ваты на синтетическом или битумном связующем); —повышенной жесткости (ПЖ) — сжимаемость до 10 % при удельной нагрузке 0,04 МПа (плиты минераловатные повышенной жесткости на синтетическом связующем); —твердые (Т) — сжимаемость до 10 % при удельной нагрузке 0,1 МПа. В строительной практике применяются разнообразные теплоизоляционные материалы. К ним относятся: легкие бетоны (керамзитобетон, перлитобетон, шлакобетон, газо- и пенобетон и др.); «теплые» растворы (цементно-перлитовый, гипсоперлитовый, поризованный и др.); изделия из дерева и других органических материалов (плиты древесностружечные, фибролитовые, камышитовые и др.); минераловатные и стекловолокнистые материалы (минераловатные маты, минераловатные плиты мягкие, полужесткие, жесткие и повышенной жесткости на различных связующих, плиты из стекловолокна и др.); полимерные материалы (пенополистирол, пенопласт, пенополиуретан, перлитопластобетон и др.); пено- и газостекло, а также другие композиционные материалы и изделия из них. Наибольшее применение получили минераловатные утеплители (около 80% всего объема применяемых в строительстве утеплителей). Минеральная вата состоит из искусственных минеральных волокон, получаемых преимущественно из базальтовых горных пород, скрепленных синтетическим вяжущим. Материал является эффективным теплоизолятором, пригодным для применения при различных условиях эксплуатации. Изделия из минеральной ваты выдерживают температуру до 650°С практически без потерь теплоизолирующих и механических свойств, формо-стабильны, обладают высокой химической и биологической стойкостью, нетоксичны. Благодаря гидрофобизирующей пропитке они имеют малое водопоглощение. Теплопроводность утеплителя из минеральной ваты составляет 0,044-0,049 Вт/(м2∙°С). Технология изготовления стекловолокнистых утеплителей (стекловаты) близка производству минеральной ваты. Но если волокна каменной ваты имеют среднюю толщину 5 мкм и длину 30-40 мм, то волокна стекловаты диаметром 3-4 мкм и длиной 155-200 мм. Сырье аналогично сырью для обычного стекла, включая стеклобой. Стекловата имеет низкую плотность, температура эксплуатации до 180°С, биологически и химически стойкая, долговечная, негорючая. Изделия из имеют коэффициент теплопроводности 0,035-0,045 Вт/(м2∙°С). Пенопласты или поропласты, а также газонаполненные ячеистые пластмассы представляют собой органические высокопористые материалы, получаемые из синтетических смол. Они подразделяются на жесткие, полужесткие и эластичные в зависимости от прочности на сжатие и модуля упругости. По виду исходного полимера поропласты подразделяют на тер26 мопластичные – изготовленные на основе полимеров с линейной структурой (полистирол, поливинилхлорид, полиэтилен, полипропилен и др.), термореактивные – изготовленные на основе полимеров с пространственной структурой (фенолформальдегидные, эпоксидные, полиуретановые и др.). Наибольшее распространение в практике строительства получили экструзионный пенополистирол и пенополиуретан. Удельная прочность этих материалов достаточно высока, но им свойственны определенные недостатки, ограничивающие применение: пониженные огнестойкость, теплостойкость и температуростойкость (до 200°С). Коэффициент теплопроводности этих материалов является одним из самых низких и равен 0,034-0,044 Вт/(м2∙°С). Пеностекло, или ячеистое стекло, представляет собой ячеистый теплоизоляционный материал получаемый спеканием стеклянного порошка с одновременным вспучиванием под действием газообразователя. В качестве сырья используют кварцевый песок, известняк, соду или сульфат кальция. В качестве газообразователя применяют углесодержащие материалы, которые создают в пеностекле замкнутые поры, или карбонаты, образующие сообщающиеся поры. Пеностекло выпускают в виде плит размерами 400-500 мм. Плотность пеностекла обычно равна 200-300 кг/м3, но выпускается и пеностекло с большей средней плотностью – до 700 кг/м3, при прочности на сжатие до 15 МПа. По прочности пеностекло превосходит все другие минеральные теплоизоляционные материалы. Ячеистое стекло обладает малым водопоглощением, очень низкой гигроскопичностью, выдерживает до 50 циклов замораживания и оттаивания. Предельная температура эксплуатации обычного пеностекла равна 300-400°С. Из стекла особого состава возможно получать изделия с температуростойкостью до 8001000°С. Коэффициент теплопроводности пеностекла 0,09-0,10 Вт/(м2∙°С). Применение ячеистого стекла ограничивает высокая стоимость. Газобетон и газосиликат представляют собой ячеистые теплоизоляционные легкие бетоны, получаемые на основе портландцемента с добавлением воды, молотого кварцевого песка и других минеральных материалов с помощью газообразователей и отвердевания в специальных условиях (автоклавная обработка и пропаривание). Водопоглощение теплоизоляционного газобетона – до 20%, а газосиликата – до 25-30%, поэтому изделия из газосиликата не применяют при относительной влажности окружающей среды более 60%. Предельная температура применения обеих разновидностей бетона 400°С. Для повышения температуростойкости газобетона до 700°С используют добавку золы от сжигания пылевидного топлива. Газобетонные и газосиликатные теплоизоляционные изделия применяют для утепления стен и бесчердачных кровель промышленных и жилых зданий, в конструкциях холодильников, для изоляции тепловых сетей и промышленного оборудования. Выбор конкретного теплоизоляционного материала производится с учетом многих факторов, основными из которых являются отпускная цена, эксплуатационная стойкость (долговечность) и трудоемкость монтажа. Установлено, что для теплоизоляционных материалов наблюдается тенденция увеличения стоимости 1 м2 утепленной стены с увеличением плотности и прочности материала. В то же время использование материалов, имеющих наибольшие прочностные характеристики, приводит к увеличению срока службы теплозащиты. Это связано с тем, что их прочностные характеристики являются наиболее полными показателями, характеризующими долговечность материалов. Вопросы долговечности теплоизоляционных материалов в конструкциях дополнительной теплозащиты недостаточно изучены как у нас в стране, так и за рубежом. Это связано с трудностями сопоставимой оценки результатов испытаний теплоизоляционных материалов в связи с большим их разнообразием и постоянными изменениями отдельных параметров: состава сырья, технологий изготовления и крепления, климатических районов строительства и т.п. На практике приходится пользоваться приблизительными данными о долговечности, которая для минераловатных и стекловолокнистых плит составляет 15-25 лет, пенополиуретана — около 20 лет. 27 Одним из важных показателей при выборе теплоизоляционного материала являются его противопожарные свойства. Новое поколение пенополиуретанов и пенополистиролов относится к самозатухающим материалам, но их применение ограничивается тем, что максимальная температура, воздействию которой они могут подвергаться в течение нескольких минут, составляет 95°С, после чего эти материалы теряют эксплуатационные качества. В связи с этим при утеплении стен листами из пенополистирола, расположенными с наружной стороны, вокруг оконных проемов необходимо монтировать ряд листов минеральной ваты – трудносгораемого материала. Это защищает пенополистирол от открытого пламени, которое может вырываться во время пожара через оконные проемы. В случае применения пенополиуретана необходимо иметь в виду, что данный материал имеет закрыто-ячеистую структуру и эффективное его использование возможно только с внутренней стороны стены (при этом пароизоляция не нужна). При размещении пенополиуренатана с наружной стороны во время эксплуатации в утепляемой стене будет накапливаться влага, которая не будет удаляться из-за малой паро- и воздухопроницаемости пенополиуретана. Увлажнение стены повлечет за собой ухудшение эксплуатационных качеств и возможное быстрое разрушение. Экономическое обоснование теплосберегающих мероприятий. Методика определения экономически целесообразного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций Выбор конструктивных решений ограждающих конструкций зданий следует производить на основе оценки технико-экономической целесообразности их применения, исходя из особенностей природно-климатических и социальных условий территорий застройки, возможностей отечественной базы стройиндустрии. В проектах ограждающих конструкций зданий должно быть обеспечено максимальное снижение материалоемкости, энергопотребления, трудоемкости и стоимости строительства при заданной рентабельности дополнительных капиталовложений. Снижение ресурсопотребления на отопление, вентиляцию, горячее и холодное водоснабжение, электроснабжение зданий должно достигаться за счет применения в проектах комплекса высокорентабельных технических решений и мероприятий, в том числе: а) использования рациональных объемно-планировочных решений при обеспечении наименьшей площади наружных стен и допустимой по условиям освещенности площади окон и балконных дверей; б) ограничения до минимально допустимых санитарно-гигиенических требований притока инфильтрующегося холодного воздуха через окна, балконные двери, стыки в наружных стенах; в) оптимизации уровня теплозащиты наружных стен, чердаков и подвальных перекрытий исходя из условий обеспечения заданной рентабельности дополнительных капиталовложений на их утепление при учете стоимости сэкономленной тепловой энергии; г) применения новых конструкций энергоэффективных окон с повышенным уровнем теплозащиты и минимальной воздухопроницаемостью притворов и фальцев, а также с теплоотражающими пленками и покрытиями, обеспечивающими снижение теплопотерь в зимний период и солнцезащиту летом; д) применения систем с механической вентиляцией и рекуперацией низкопотенциальной теплоты вентиляционных выбросов с использованием ее на нужды горячего водоснабжения, а также на подогрев приточного воздуха; е) применения авторегулируемых систем отопления и эффективных нагревательных приборов отопления; поквартирного учета расхода тепловой энергии; з) утепления вводов горячего водоснабжения, горизонтальных разводок в подвалах и чердаках, а также стояков. 28 В целях обеспечения требуемой долговечности и экологической безопасности зданий следует: а) применять в проектах конструкционные и теплоизоляционные материалы, одновременно отвечающие требованиям теплозащиты, эксплуатационной надежности и экологической безопасности; б) исключить вероятность накопления парообразной и капельной влаги в материалах ограждающих конструкций при эксплуатации зданий в период неблагоприятных климатических и техногенных воздействий; в) применять для отделки фасадов зданий морозостойкие отделочные материалы, обеспечивать надежный отвод атмосферных и талых вод с отмостки и крыш зданий, а также исключать образование наледей на водосливах, карнизах и стенах; г) предусматривать защиту внутренней и наружной поверхностей стен от воздействия производственной и бытовой влаги и атмосферных осадков устройством облицовки или штукатурки, окраской водостойкими составами и др. Толщина дополнительного слоя теплоизоляции и связанного с ним экономически целесообразного сопротивления теплопередаче зависят от коэффициента повышения уровня теплозащиты ограждения в m раз и обладают дополнительной стоимостью, которая определяет размер требуемых инвестиций на утепление ограждений. Дополнительный слой теплоизоляции должен снизить трансмиссионные теплопотери через ограждающие конструкции и обеспечить ежегодную прибыль от сэкономленной тепловой энергии при эксплуатации зданий. Срок окупаемости работ по повышению в m раз уровня теплозащиты ограждающих конструкций: C(m) Z(m)  P( Z ht ) где ΔС(m) — дополнительные затраты на утепление ограждающих конструкций с повышением уровня теплозащиты в m раз, руб/м2; Р(Zht) — стоимость ежегодно сберегаемой тепловой энергии, руб/м2·год. P(Z ht )  p tar  Q tr где рtar — тариф на тепловую энергию, руб/Гкал; ΔQtr — уменьшение трансмиссионных теплопотерь в связи с повышением уровня теплозащиты стен, Гкал/м2. Q tr  des 0,024  D d (R cal w  Rw ) des R cal w Rw где, Dd — градусо-сутки (ГСОП) отопительного периода для конкретного населенного пункта, ºС∙сут; Rwcal — сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций с учетом утепления, м2∙ºС/Вт; Rwdes — сопротивление теплопередаче существующих ограждающих конструкций, м2∙ºС/Вт. des d C(m)  (R cal w  R w )   in  Cin  C f где λind — теплопроводность материала дополнительного слоя утеплителя, Вт/м·ºС; Сin — стоимость материала дополнительного слоя утеплителя, руб/м3; Сf — единовременные капиталовложения на утепление вне зависимости от толщины дополнительного слоя утеплителя (разработка проекта, технологическая оснастка, инструмент и приспособления, дополнительные расходуемые материалы и др.), руб/м2. Расчет позволяет определить экономически оправданную толщину дополнительного теплоизоляционного слоя. 29 Экспертные оценки проектных решений окон с точки зрения энергосбережения Значительным источником тепловых потерь в здании являются окна. Удельный тепловой поток через двухслойное остекление примерно в 5 раз превышает тепловой поток, проходящий через стены. Поэтому важным показателем, характеризующим энергоэффективность, является коэффициент остекленности фасада здания. Показатели энергоэффективности окна — величина воздухопроницаемости и сопротивление теплопередаче. Эти величины зависят от вида и материала переплета, качества монтажа, наличия возможности автоматического вентилирования, вида стеклопакета, применяемых стекол, характера заполнения межстекольного пространства. Окно любой конструкции включает в себя: —оконный блок, который может быть выполнен из различных материалов; —фурнитуру, обеспечивающую необходимый тип открывания; —стекло и/или стеклопакет, пропускающий в помещение необходимое количество света; —уплотняющие прокладки, герметизирующие стыки между рамой и створкой; —дополнительные элементы (сливы, щелевидные прокладки, монтажные системы и т. д.). На современные окна также могут устанавливаться системы микровентиляции и вентиляции помещения, москитные сетки, защитные жалюзи, ставни и другие аксессуары. Таблица 9 Характеристики теплопроводности различных материалов ПВХ (без СтеклоМатериал Дерево Алюминий Сталь Стекло арматуры) композит Теплопроводность, 0,16-0,25 0,15-0,16 140-190 46 0,3-0,35 0,76 Вт/(м·°С) Воздух 0,023 90% площади окна занимает стеклопакет. Стеклопакет состоит из двух или более стекол с одной или более воздушными камерами, которые ограничены профилем, заполненным средством для поддержания сухости (так называемое молекулярное сито). Стеклопакеты бывают однокамерными (два стекла с воздушным пространством между ними) и двухкамерными (состоящих из трех стекол). Соединение стекол в стеклопакетах осуществляется тремя основными конструктивными способами: заплавление, запаивание и заклеивание. От толщины стеклопакета и от количества стекол зависят его звуко- и теплоизоляционные свойства. Более толстые стекла лучше сохраняют тепло. Существуют специальные энергосберегающие низкоэмиссионные стекла с металлонапылением, повышающие коэффициент теплосбережения. Покрытия делят на "твердые" и "мягкие" (можно встретить и другие термины: k-покрытие и i-покрытие, покрытия on-line и off-line). Они отражают тепловой поток, возвращая его зимой в помещение, а летом, наоборот, на улицу. Твердое покрытие (kпокрытие) в виде слоя оксида олова толщиной 0,4-0,6 мкм наносят химически в процессе изготовления самого стекла, а мягкое (i-покрытие) многослойное толщиной 0,08-0,12 мкм с основным слоем серебра — в вакууме на уже готовое стекло. Считается, что первое из них более стойко к климатическим воздействиям и его можно использовать при одинарном остеклении. Твердое покрытие позволяет сохранить в помещении 70-90% теплового потока, падающего на окно, а мягкое 90-96%. Мягкие покрытия используют только в стеклопакетах, располагая их, вовнутрь. Как дополнительный вариант снижения теплопотерь стеклопакет заполняют безвредным для здоровья инертным газом, при этом теплоизолция улучшается на 15-20%. Чем больше листов стекла используется в окне, тем, в доме теплее, но тем хуже его освещение. Свет проходит сквозь стекло не полностью — приблизительно 8% видимого излучения отражается, а около 2% поглощается, т.е. только 90% уличного света проникает в помещение. Через однокамерный стеклопакет проходит только 82%, а через двухкамерный — 30 74%. Низкоэмиссионное теплоотражающее покрытие уменьшает поток лучей еще на 4-5%. Необходимо учитывать, что светопропускание ниже 60% не рекомендуется. Экономическое обоснование теплосберегающих мероприятий. Методика определения срока окупаемости конструкций энергоэффективных окон Модернизация или замена окон на более энергоэффективные приводит к снижению теплопотерь в здании как за счет улучшения их теплозащитных характеристик, так и воздухопроницаемости. Экономический выбор конструкции окон определяется по соотношению регламентируемого производителем срока службы окон к периоду их окупаемости. Чем больше этот показатель, тем целесообразнее выбор. Срок окупаемости энергоэффективных конструкций окон следует определять по формуле: CF CF Zp   Р( Z ht ) P tr  P inf где, СF — рыночная стоимость 1 м2 заменяемого окна, руб/м2; Р(Zht) — суммарная стоимость сэкономленной тепловой энергии за один отопительный период, руб/м2·год; Рtr — стоимость сэкономленной тепловой энергии за один отопительный период, зависящая от повышения в m раз уровня теплозащиты новых окон, руб/м2·год; Рinf — стоимость дополнительно сэкономленной тепловой энергии на подогрев инфильтрующегося через окна холодного воздуха, зависящая от снижения воздухопроницания новых окон, руб/м2·год. Р tr  p tar  Q tr Р inf  p tar  Q inf где рtar — тариф на тепловую энергию, руб/Гкал; ΔQtr — уменьшение трансмиссионных теплопотерь в связи с повышением уровня теплозащиты новых окон, Гкал/м2; ΔQinf — уменьшение инфильтрационных теплопотерь в связи со снижением воздухопроницания новых окон, Гкал/м2. Уменьшение трансмиссионных теплопотерь: Q tr  des 0,024  D d (R cal F  RF ) des R cal F RF где Dd — градусо-сутки (ГСОП) отопительного периода для конкретного населенного пункта, ºС∙сут; RFcal — сопротивление теплопередаче новых окон, м2∙ºС/Вт; RFdes — сопротивление теплопередаче существующих окон, м2∙ºС/Вт. Уменьшение инфильтрационных теплопотерь: Q inf  0,0067  D d  c   aht  n еl a  Nv  Ah AF где Dd — градусо-сутки (ГСОП) отопительного периода для конкретного населенного пункта, ºС∙сут; с — удельная теплоемкость воздуха, равная 1 кДж/кг∙ºС; ρаht — средняя плотность приточного воздуха за отопительный период, кг/м3; Δnael — разница в кратности воздухообмена за счет уменьшения воздухопроницаемости новых окон, ч-1; Nv — минимально допустимое количество приточного воздуха по санитарно-гигиеническим требованиям, м3/м2·ч; для жилых зданий Lv принимается равным 3; Аh — полезная площадь помещений здания, за исключением технических этажей и гаражей, м2; АF — площадь окон и балконных дверей, м2. Градусо-сутки отопительного периода Dd определяются как: D d  (t int  t ht )  Z ht где tint — расчетная температура воздуха внутри здания, °С; tht —средняя температура наружного воздуха за отопительный период , ºС); Zht — продолжительность отопительного периода, сут. 31 Средняя плотность приточного воздуха за отопительный период определяется как:  аht  353 273  0,5  (t int  t ext ) где text — расчетная температура наружного воздуха, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92. Разница в кратности воздухообмена за счет уменьшения воздухопроницаемости новых окон определяется как: 2 des cal A  (R cal  R des p  3 F k F k )   F   F  des Vh   v   aht  R cal  p 0  F  RF 2 гдеАF — площадь окон, м ; Vh — отапливаемый объем здания, м3; βν=0,85 — коэффициент снижения объема воздуха в здании, учитывающий наличие внутренних ограждающих конструкций; ρаht — средняя плотность приточного воздуха за отопительный период, кг/м3; RFcal — сопротивление теплопередаче новых окон, м2∙ºС/Вт; RFdes — сопротивление теплопередаче существующих окон, м2∙ºС/Вт; kdes – коэффициент учета влияния встречного теплового потока в светопрозрачных конструкциях существующих окон; kcal – коэффициент учета влияния встречного теплового потока в светопрозрачных конструкциях новых окон; ΔрF — расчетная разность давлений наружного и внутреннего воздуха для окон и балконных дверей, Па; Δр0=10 Па — разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях светопрозрачных ограждающих конструкций, при которой определяется фактическое сопротивление воздухопроницанию; n еl a p F  0,55H( ext   int )  0,03 ext   2 где, Н — высота здания (от уровня пола первого этажа до верха вытяжной шахты), м; υ — максимальная из средних скоростей ветра по румбам за январь, повторяемость которых составляет 16% и более, принимаемая по таблице 1 СНиП 23-01-99; γext , γint — удельный вес соответственно наружного и внутреннего воздуха, Н/м3, принимаемый по формулам:  ext  3463 273  t ext и  int  3463 273  t int Технологические энергосберегающие мероприятия. Эффективность и окупаемость К основным технологическим энергосберегающим мероприятиям относятся переход на энергосберегающее оборудование и использование нетрадиционных источников энергии. В настоящее время применяют как уже ставшие стандартными решения, такие, например, как тепловые насосы, насосы с частотным регулированием, переход на индивидуальное теплоснабжение, так и экзотические решения — применение энергии сточных вод, использование водорослей в качестве источника биотоплива, установка теплоаккумулирующих фасадных плиток и т.д. Тепловые насосы позволяют извлекать тепло из источников с низкими температурными показателями (подземных вод, окружающего воздуха, стоков), аккумулировать и обогащать его и далее передавать его теплоносителю, в качестве которого выступает фреон. В качестве аппарата, который выделяет тепло, используется конденсатор, а роль утилизации низко потенциальной теплоты отводится испарителю. Основным критерием использования теплового насоса является его экологическая чистота и экономичность, правда, стоит учесть, что для его работы необходим источник электрической энергии. В среднем, для передачи 1 кВт/час тепловой энергии в систему отопления должно быть затрачено не больше 0,3-0,35 КВт/час электрической энергии. Дополнительное преимущество заключается в возможности кондиционирования воздуха летом, когда подключенные к коллектору теплового насоса фэн-койлы и система «холодный потолок» дают возможность снижать температуру в помещениях. Главным недостатком любого теп32 лового насоса является его высокая стоимость, а также сложности при выполнении монтажных работ. Срок эксплуатации подобного оборудования находится в пределах 20 лет, по истечении которых может возникнуть необходимость проведения капитального ремонта. Частотное регулирование насосов осуществляется за счет такого устройства, как частотный преобразователь. Его основная функция — плавное регулирование частоты вращения электродвигателя любого механизма (насоса, компрессора, привода и т. д.). Устройство частотного регулирования (которое также называется инвертором) неразрывно связано с электродвигателем и позволяет плавно, бесступенчато, без скачков мощности регулировать обороты вращения вала электродвигателя насоса в единицу времени. Регулировка осуществляется за счет изменения амплитуды и частоты подаваемого на электродвигатель трехфазного напряжения. Частотное регулирование повышает совокупную стоимость насосной установки, однако при его использовании значительно снижаются расходы на эксплуатацию и ремонт, что позволяет быстро окупить приобретение. Применение регулируемого электропривода обеспечивает энергосбережение, снижает энергопотребление на 10 – 60% и позволяет получать новые качества систем и объектов. Значительная экономия электроэнергии обеспечивается за счет регулирования какого-либо технологического параметра. Если это транспортер или конвейер, то можно регулировать скорость его движения. Если это насос или вентилятор — можно поддерживать давление или регулировать производительность. Если это станок, то можно плавно регулировать скорость подачи или главного движения. Особый экономический эффект от использования преобразователей частоты дает применение частотного регулирования на объектах, обеспечивающих транспортировку жидкостей. До сих пор самым распространенным способом регулирования производительности таких объектов является использование задвижек или регулирующих клапанов, но сегодня доступным становится частотное регулирование асинхронного двигателя, приводящего в движение, например, рабочее колесо насосного агрегата или вентилятора. Иллюстрация эффективности применения двигателя с частотным регулированием приведена на рис. 1. на примере работы насоса в системе водоснабжения. При дросселировании поток вещества, сдерживаемый задвижкой или клапаном, не совершает полезной работы, т.е. энергия, потребляемая электродвигателем привода от сети, расходуется как на водоснабжение потребителей, так и на преодоление гидравлического сопротивления создаваемого регулирующей задвижкой. Применение регулируемого электропривода насоса (или вентилятора) позволяет задать необходимое давление или расход, что обеспечивает не только экономию электроэнергии, но и снижает потери транспортируемого вещества, т.е. энергия расходуется только на водоснабжение потребителей. Рис. 1. Эффективность работы двигателя с частотным регулированием 33 Примером использования такого рода двигателей является Дания, где работа систем центрального теплоснабжения регулируется не изменением температуры теплоносителя, а изменением скорости циркуляции, автоматически подстраивающейся под спрос потребителей. При этом широко распространенное применение насосов с частотным регулированием позволяет значительно снизить энергопотребление (до 50%). Энергия, затрачиваемая на нагрев и охлаждение приточного воздуха, может быть уменьшена на 60-75% за счет применение рекуператоров тепла. Рекуперация тепла или обратное получение тепла — это процесс теплообмена, при котором тепло забирается от вытягиваемого выбрасываемого воздуха и передается свежему нагнетаемому воздуху, который нагревается. Процесс проходит в рекуперационном теплообменнике таким образом, что выбрасываемый и свежий воздух абсолютно отделены друг от друга, чтобы не произошло их смешивание. В охлаждаемых помещениях можно использовать рекуперационные теплообменники также обратным способом, то есть для рекуперации холода. При этом подводимому воздуху передается холод от отводимого воздуха. Важной характеристикой рекуператора является коэффициент эффективности рекуперации, который выражает отношение между максимально возможным полученным теплом и теплом, полученным в действительности. Теоретически эффективность может меняться в пределах от 30 до 90%. Эта характеристика зависит от стоимости, производителя и типа рекуператора. Рекуператор тепла вентиляционного воздуха — это устройство, обязательно имеющее в своем составе теплообменный элемент, как правило, вентиляторы (обычно два) для прокачивания через этот теплообменник потоков вытяжного, удаляемого из помещения, и свежего, подаваемого в помещение воздуха и, зачастую, оснащенное различными дополнительными приспособлениями, призванными автоматизировать работу устройства, улучшить качество подаваемого воздуха (или хотя бы, предотвратить его ухудшение) и т.д. В таком устройстве тепло от воздуха, который должен быть удален из помещения, отдается воздуху, поступающему в помещение (а летом наоборот — поступающий воздух охлаждается более прохладным удаляемым воздухом, если, конечно, помещение оснащено кондиционером), т.е. практически даром осуществляется тепловая подготовка воздуха перед подачей его в помещение. 1. Пластинчатые рекуператоры. Удаляемый и приточный воздух проходят с обеих сторон целого ряда пластин. В пластинчатых рекуператорах на пластинах может образовываться некоторое количество конденсата, потому они оборудованы отводами для конденсата. Конденсатосборники имеют водяной затвор, не позволяющий вентилятору захватывать и подавать воду в канал. Из-за выпадения конденсата существует серьезный риск образования льда в холодное время года. Пластинчатые рекуператоры характеризуется высокой эффективностью (50-80%), являются самыми распространенными и относительно дешевыми, широко используются на малых предприятиях, и в небольших зданиях, коттеджах, магазинах. 2. Роторные рекуператоры. Тепло передается вращающимся между удаляемым и приточным каналами ротором. Это открытая система, и потому здесь велик риск того, что грязь и запахи могут перемещаться из удаляемого воздуха в приточный. Уровень рекуперации тепла может регулироваться скоростью вращения ротора. Обладают самой высокой эффективностью (75-90%), и соответственно ценой. Преимущественно используются на крупных промышленных предприятиях, цехах, в больших зданиях. 3. Рекуператоры с промежуточным теплоносителем. Вода или водно-гликолиевый раствор, циркулирует между двух теплообменников, один из которых расположен в вытяжном канале, а другой в приточном. Теплоноситель нагревается удаляемым воздухом, а затем передает тепло приточному воздуху. Теплоноситель циркулирует в замкнутой системе и отсутствует риск передачи загрязнений из удаляемого воздуха в приточный. Передача тепла может регулироваться изменением скорости циркуляции теплоносителя. Эти рекуператоры имеют низкую эффективность (45-60%). Обладая низкой эффективностью, используются в 34 случае, если удаляемый воздух сильно загрязнен или токсичен, когда смешивание недопустимо. 4. Камерные рекуператоры. Камера разделяется на две части заслонкой. Удаляемый воздух нагревает одну часть камеры, затем заслонка изменяет направление воздушного потока таким образом, что приточный воздух нагревается от нагретых стенок камеры. Загрязнение и запахи могут передаваться из удаляемого воздуха в приточный. Характеризуется высокой эффективностью (70-80%). 5. Тепловые трубы. Данный рекуператор состоит из закрытой системы трубок, заполненных фреоном, который испаряется при нагревании удаляемым воздухом. Когда приточный воздух проходит вдоль трубок, пар конденсируется и вновь превращается в жидкость. Имеет низкую эффективность (50-70%). Рекуперацию в домах применяют по следующим причинам: —для удаления использованного воздуха с повышенной концентрацией двуокиси углерода; —для подачи насыщенного кислородом свежего воздуха; —для удаления нежелательных запахов; для удаления избыточной влаги; —для удаления пыли и возбудителей болезней, которые находятся в нем; для сбережения тепла, которое скапливалось в помещении. —Плюсом рекуперации является экономия энергии, и как следствие, экономия средств на эксплуатацию системы вентиляции. Иногда, когда имеется ограничение в возможном объеме потребляемой энергии и установить мощную обогревательную систему невозможно использование рекуператора является хорошим решением задачи. Минусом является необходимые дополнительные первоначальные вложения на установку рекуператора. Инженерные энергосберегающие мероприятия. Эффективность и окупаемость Инженерные энергосберегающие мероприятия представляют собой системы автоматического управления отпуском и регулированием потребления ресурсов. Например, система управления искусственным освещением представляет собой избирательное освещение в местах наибольшего скопления людей, наряду с изменением интенсивности освещения позволяет экономить от 40 до 80% потребляемой электроэнергии. Основные мероприятия в системах теплоснабжения представлены в табл. 5. Таблица 5 Инженерные энергосберегающие мероприятия для эксплуатируемых зданий Энергосберегающие мероприятия Ориентировочная Срок окупаевеличина энергосбемости, лет режения, % Учет израсходованной теплоты по счетчикам или по распре10-20 До 2 делителям теплоты Введение автоматической системы управления отоплением 5-15 2-4 Уплотнение переплетов окон, расчет за теплоту по счетчи~30 1-3 кам или по распределителям теплоты, введение автоматической системы управления отоплением Снижение температуры в отапливаемых помещениях на 1ºС До 6 <1 Разработка и строгое исполнение инструкций и графиков 3-8 <1 работы отопительных котлов Систематическая очистка котлов от сажи и пепла До 30 <1 Применение в котлах топлива высшей калорийности 1-2 Замена угольных котлов на газовые До 30 1-2 Модернизация системы центрального отопления 1-25 2-3 35 Понятие "пассивного" дома В настоящее время в Европе уровень энергоэффективности, на который сориентировано строительство и реконструкция домов, соответствует понятию "пассивный дом". Это такой дом, удельный расход тепловой энергии на отопление у которого не должен превышать 15 кВт∙ч/(м2год). Это приблизительно соответствует расчетной мощности подогрева 7-10 Вт на квадратный метр, что составляет 10% от уровня расчетной мощности отопительных систем обычных домов. Общее потребление первичной энергии для всех бытовых нужд (отопление, горячая вода и электрическая энергия), не должно превышать 120 кВт∙ч/(м 2год). На практике это означает, что такой дом можно дополнительно не отапливать, все необходимое тепло может быть обеспечено за счет жизнедеятельности человека. Таблица 6 График достижения тепловой эффективности Удельная приводимая энергия Россия Западная Европа (Германия) Вт.ч/(м2·oC·сут) 1986г 100-150 95-126 1998г 65-95 47-63 начиная с 2000г 50-80 16-25 перспективный уровень 35-40 6,5-12,5 Если сравнить возможности по сохранению тепла обычного кирпичного дома с толщиной стен в 2 кирпича и "пассивного дома", то при внешней температуре –26°С и отключении источников тепла температура в обычном доме за сутки снизится до +2…+3°С, в пассивном доме до +16°С. Поэтому даже в сильный мороз за счет тепла от приготовления пищи, работы бытовой техники и освещения в доме поддерживается нормальный микроклимат. Пассивные дома уже не единичное явление в Европе. Таких домов зарегистрировано более 4000. В основном это небольшие жилые дома коттеджного типа. Но среди них есть и многоквартирные дома на 4-10 квартир. Расчеты показывают: чтобы сделать дом "пассивным", необходимо снизить тепловые потери дома на 90%. Для этого необходимо обеспечить ряд требований к тепловой защите здания и некоторым элементам конструкции: —конструктивно дом должен быть хорошо утеплен и герметизирован, особенно в "проблемных" местах, таких, как сочленения крыши и стен, примыкания перекрытий и стен, контуры установки оконных коробок и примыкания фрамуг, места примыкания стен к фундаменту; —дом в большей степени должен быть остеклен с южной стороны и представлять из себя "тепловую ловушку"; —должна быть организована система рекуперации для возврата тепла вытяжной вентиляции с притоком свежего воздуха. Как правило, места примыкания стараются делать с применением термовкладок из конструкционных материалов с низкой теплопроводностью. Например, блоки из ячеистого бетона, специальных видов кирпича и т.д. Места сочленений дополнительно герметизируют различными видами герметиков, пластичными строительными растворами. Теплопотери через фундамент сокращают теплоизоляцией фундамента снаружи по всей высоте, установкой горизонтальной наружной теплоизоляции по периметру дома у нижней кромки опоры фундамента, установкой фундаментных блоков на песчанную подушку, применением схемы укладки плиты первого этажа на грунт через сэндвич: песчанная подушка, гидроизоляция, толстый утеплитель, фундаментные блоки над поверхностью должны иметь теплоизоляцию снаружи и изнутри. При такой схеме зона промерзания грунта будет находиться на значительном расстоянии от дома и утечки тепла через подпол будут несущест36 венны. Аналогичным образом решаются проблемы сокращения теплопотерь при обустройстве подземных помещений. Обязательный элемент пассивного дома — окна с высоким тепловым сопротивлением R0 не менее 1,2 (м2оC)/Вт. Таким требованиям отвечают следующие технические решения: стеклопакет в окне с тройным остеклением и с наполнением стеклопакета инертным газом; стекла в окне должны иметь низкоэмиссионное покрытие с внутренних сторон межстекольного пространства, снижающее теплообмен внутри стеклопакета; профиль окна должен иметь высокое тепловое сопротивление. Таким требованиям отвечает часть профилей ПХВ, специально обработанные деревянные профили. При установке оконного блока должна быть обеспечена герметичность стыка с конструктивными элементами здания. Элементы крепления оконного блока не должны создавать тепловых мостов. При установке окна используются вспомогательные материалы для монтажа окон без тепловых мостов и материалы, обеспечивающие герметичность. Внешние двери должны быть теплоизолированы. При входе в дом должен быть тепловой тамбур и вторая дверь. Требования к уплотнению притвора дверей и стыка дверной коробки с конструктивными элементами здания такие же, как для окон. В пассивных домах не применяется вентиляция посредством открывания форточек. Это крайне расточительно с точки зрения теплопотерь и неэффективно с позиции удаления загрязненного воздуха. Для того, что бы обеспечить необходимую для здоровья активность обмена воздуха при помощи окон нужно открывать их полностью на 10-15 минут каждые 3 часа. Приточно-вытяжная вентиляция в пассивном доме организована следующим образом: —воздух из кухни, ванной, туалета не участвует в рециркуляции и удаляется из помещений наружу; —в жилые помещения подается только чистый воздух; —отводимый из дома (из кухни и санузла) воздух проходит через теплообменник (рекуператор) и нагревает поступающий в помещения воздух, при этом затраты энергии на работу двигателя в 8-15 раз меньше сберегаемого с его помощью тепла; —часто для предварительного подогрева наружный воздух предварительно пропускают через грунт под домом. Тепло грунта подогревает воздух и обеспечивает более эффективную работу теплообменника-рекуператора; —чистый воздух сначала поступает в жилые помещения. Из жилых помещений в коридоры и лестничные переходы, затем в кухню, туалет, ванную. Такая схема обеспечивает поддержание в помещении необходимой влажности и надежное удаление загрязненного воздуха. Таблица 7 Общие требования к "пассивному" дому Тепловое сопротивление наружных стен, кровли, пола первого этаR0 ≥ 6,7 (м2оC)/Вт жа Тепловое сопротивление остекления R0 ≥1,4 (м2оC)/Вт Тепловое сопротивление оконного профиля R0 ≥ 1,25 (м2оC)/Вт Тепловое сопротивление установленного в стену окна. Примерно R0 ≥ 1,2 (м2оC)/Вт такие же требования к входным дверям В конструкции дома должны быть максимально исключены тепловые мосты Высокий КПД рекуператора в системе вентиляции (исходящий воз- КПД более 75%, лучше более дух отдает тепло входящему свежему воздуху) 80%. Кратность воздухообмена при разности давлений 50 Па наружного n50 ≤ 0,6 ч-1. и внутреннего воздуха Кроме того, современные технологии позволяют, не снижая уровня комфорта, ограничить общее потребление энергии: 37 —применение солнечных коллекторов позволяет полностью отказаться от использования газа и электрической энергии для подогрева воды и помещения; —применение солнечных батарей и ветрогенераторов совместно с аккумуляторными батареями позволяет полностью отказаться от электроснабжения; —применение контроллеров для управления электрическими устройствами и системой теплообеспечения позволяет оптимизировать микроклимат в помещении, согласовать работу устройств с наличием людей в доме; —применение функционально насыщенной экономичной бытовой техники; —возможность использования тепловых насосов для исключения сброса тепла и использования аккумулированной тепловой энергии; —возможность использования биогаза, полученного при брожении и газогенерации взамен магистрального природного газа. Таблица 8 Источники и потери тепла Утечки тепла Кровля 10% Вентиляция (форточки, вытяжная вентиляция) Окна и27% двери 21% Стены 20% Фундамент 18% Стоки 4% Источники тепла Солнечная энергия 3% Человек (собственное тепло) 2% Освещение 1% Бытовые приборы и приготовление пищи 5% Горячая вода 6% Система отопления 83% ПРОЕКТ ПРОИЗВОДСТВА РАБОТ. НОРМАТИВНЫЕ ДОКУМЕНТЫ. СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛА "ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ" Согласно ФЗ-384 "Технический регламент о безопасности зданий и сооружений" все здания и сооружения должны быть спроектированы и построены таким образом, чтобы в процессе их эксплуатации обеспечивалось эффективное использование энергетических ресурсов и исключался нерациональный расход таких ресурсов. Поэтому проект любого здания должен содержать раздел "Энергоэффективность". В этом разделе представлены сводные показатели энергоэффективности проектных решений в соответствующих частях проекта здания, сопоставленные с нормативными показателями. Указанный раздел выполняется на утверждаемых стадиях предпроектной и проектной документации. Разработка раздела "Энергоэффективность" проекта здания осуществляется за счет средств заказчика. При необходимости к разработке раздела заказчиком и проектировщиком привлекаются соответствующие специалисты и эксперты из других организаций. Мосгосэкспертиза должна осуществлять проверку соответствия стандарту предпроектной и проектной документации в составе комплексного заключения. Раздел "Энергоэффективность" должен содержать Энергетический Паспорт здания и информацию о присвоении Категории энергетической эффективности здания, рассчитываемый согласно методике СП 50.13330.2012 "Тепловая защита зданий". Проект производства работ включает требования планировочного, конструктивного и инженерного характера, т.е. все характеристики здания, влияющие на величину потребления ресурсов этим зданием. Пояснительная записка раздела "Энергоэффективность" должна содержать: —общую энергетическую характеристику запроектированного здания; —сведения о проектных решениях, направленных на повышение эффективности использования энергии: —описание технических решений ограждающих конструкций с расчетом приведенного сопротивления теплопередаче (за исключением светопрозрачных) с приложением протоко38 лов теплотехнических испытаний, подтверждающих принятые расчетные теплофизические показатели строительных материалов, отличающихся от СНиП II-3-79* (изд. 1998 г.), и сертификата соответствия для светопрозрачных конструкций; —принятые виды пространства под первым и над последним этажами с указанием температур внутреннего воздуха, принятых в расчет, наличие мансардных этажей, используемых для жилья, тамбуров входных дверей и отопления вестибюлей, остекления лоджий; —принятые системы отопления, горячего и холодного водоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха, сведения о наличии приборов учета и регулирования, обеспечивающих эффективное использование энергии; принципиальную схему подключения систем отопления и горячего водоснабжения к тепловым сетям с нанесением приборов автоматического регулирования подачи и учета тепловой энергии и воды; —специальные приемы повышения энергоэффективности здания: устройства по пассивному использованию солнечной энергии, системы утилизации тепла вытяжного воздуха, теплоизоляция трубопроводов отопления и горячего водоснабжения, проходящих в холодных подвалах, применение тепловых насосов и прочее; —принятые системы электро- и газоснабжения с указанием типа бытовых кухонных плит, наличия устройств управления и регулирования освещением, автоматизированных систем учета; информацию о выборе и размещении источников энергоснабжения для объекта. В необходимых случаях приводится технико-экономическое обоснование энергоснабжения от автономных источников вместо централизованных; —сопоставление проектных решений и технико-экономических показателей в части энергопотребления с требованиями данных норм; —заключение. На величину расхода тепловой энергии на отопление здания влияют такие факторы, как ориентация здания в пространстве; рациональная компоновка многосекционных зданий (уменьшение числа наружных углов, увеличение ширины зданий, блокирование зданий с обеспечением надежного примыкания соседних зданий); снижение площади ограждающих конструкций; снижение площади световых проемов зданий до минимально необходимой по требованиям естественной освещенности; устройство тамбурных помещений за входными дверями и пр. При разработке объемно-планировочных решений следует избегать размещения окон по обеим наружным стенам угловых комнат. В целях сокращения расхода теплоты на отопление зданий в холодный и переходный периоды года следует предусматривать рациональный выбор эффективных теплоизоляционных материалов с предпочтением материалов меньшей теплопроводности; конструктивные решения равно эффективных в теплотехническом отношении ограждающих конструкций, обеспечивающие их высокую теплотехническую однородность (с коэффициентом теплотехнической однородности равным 0,7 и более); эксплуатационно-надежную герметизацию стыковых соединений и швов наружных ограждающих конструкций и элементов, а также межквартирных ограждающих конструкций. Тепловую изоляцию наружных стен следует стремиться проектировать непрерывной в плоскости фасада здания. Такие элементы ограждений, как внутренние перегородки, колонны, балки, вентиляционные каналы и другие, не должны нарушать сплошности слоя теплоизоляции. Воздуховоды, вентиляционные каналы и трубы, которые частично проходят в толще наружных ограждений, следует заглублять до теплой поверхности теплоизоляции. Следует обеспечить плотное примыкание теплоизоляций к сквозным теплопроводным включениям. При этом приведенное сопротивление теплопередаче конструкции с теплопроводными включениями должно быть не менее требуемых величин. При наличии в конструкции теплозащиты теплопроводных включений необходимо учитывать следующее: —несквозные включения целесообразно располагать ближе к теплой стороне ограждения; 39 —в сквозных, главным образом, металлических включениях (профилях, стержнях, болтах, оконных рамах) следует предусматривать вставки (разрывы мостиков холода) из материалов с коэффициентом теплопроводности не выше 0,35 Вт/м2°С. При проектировании стен с вентилируемой воздушной прослойкой (стены с вентилируемым фасадом) следует руководствоваться следующими рекомендациями: —воздушная прослойка должна быть толщиной не менее 60 и не более 150 мм и ее следует размещать между наружным слоем и теплоизоляцией; —поверхность теплоизоляции, обращенную в сторону прослойки следует закрывать стеклосеткой с ячейками не более 44 мм или стеклотканью; —наружный слой стены должен иметь вентиляционные отверстия, площадь которых определяется из расчета 7500 мм2 на 20 м2 площади стен, включая площадь окон; —нижние (верхние) вентиляционные отверстия, как правило, следует совмещать с цоколями (карнизами), причем для нижних отверстий предпочтительно совмещение функций вентиляции и отвода влаги. Все притворы окон и балконных дверей должны содержать уплотнительные прокладки (не менее двух) из силиконовых материалов или морозостойкой резины. Допускается применение двухслойного остекления вместо трехслойного в случаях: —применения внутренних стекол с теплоотражающим селективным покрытием, обращенным внутрь межстекольного пространства; —для окон и балконных дверей, выходящих внутрь остекленных лоджий. Алгоритм составления энергопаспорта здания В качестве исходных данных выступают характеристики здания и района строящегося/реконструируемого/капитального ремонтируемого здания. В начале расчета необходимо уточнить планировочные характеристики и инженерное оснащение здания, влияющие на его теплопотребление. Далее расчет включает определение теплотехнических характеристик и общей теплотехнической характеристики здания. Следующий этап — принятие решения: при несоответствии теплотехнической характеристики здания нормируемым значениям вносятся изменения в планировочное и конструктивное решение и выполняется перерасчет. При соответствии теплотехнической характеристики здания нормируемым значениям выполняется следующий этап расчета: определяются удельные характеристики теплопоступлений и теплопотерь здания, на основании которых рассчитывается удельная характеристика расхода тепловой энергии здания. Затем выполняется второй этап принятия решения — сравнение фактического (расчетного) и нормируемого значения удельного расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания. При несоответствии характеристики анализируются варианты снижения теплопотребления и характеристика приводится к требуемым величинам. При соответствии характеристики зданию присваивается класс энергосбережения и рассчитываются энергетические показатели здания за отопительный период: теплопотери здания и расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию. Схема составления энергопаспорта приведена на рис. 2. 40 Рис. 2. Алгоритм составления энергопаспорта. Содержание энергопаспорта. Требования к оформлению Строительство новых зданий и капитальный ремонт или реконструкция уже существующих должны осуществляться в соответствии с требованиями к тепловой защите зданий для обеспечения микроклимата в здании, комфортного для проживания и деятельности людей; для обеспечения требуемой надежности и долговечности конструкций; для обеспечения климатических условий работы технологического оборудования при минимальном расходе тепловой энергии на отопление и вентиляцию зданий за отопительный период. В основе расчета энергоэффективности зданий и сооружений методика, которая позволяет рассчитать и заполнить по установленной форме энергетический паспорт здания. Энергетический паспорт составляется как минимум дважды: на стадии разработки проекта строительства (капитального ремонта, реконструкции); на стадии сдачи строительного или отремонтированного (реконструируемого) объекта в эксплуатацию с учетом отступлений от первоначального проекта, допущенных на стадии строительства или ремонта (реконструкции). Класс энергосбережения устанавливается на основе результатов обязательного расчетноэкспериментального контроля нормируемых энергетических показателей. Для существующих зданий энергетический паспорт разрабатывается в качестве самостоятельного документа по заданиям организаций, осуществляющих эксплуатацию жилищного фонда. Для жилых зданий со встроенно-пристроенными нежилыми помещениями в нижних этажах энергетические паспорта составляются раздельно по жилой части и нежилым помещениям. Для жилых зданий со встроенным первым нежилым этажом, не выходящим за проекцию жилой части здания, энергетический паспорт составляется единым. Энергетический паспорт составляется для подтверждения соответствия технических и энергетических показателей эффективности нормируемым значениям. Он должен содержать: 41 —общую информацию о проекте; —расчетные условия; —сведения о функциональном назначении и типе здания; —объемно-планировочные и компоновочные показатели здания; —расчетные энергетические показатели здания, в том числе: показатели энергоэффективности, теплотехнические характеристики; —сведения о сопоставлении фактических показателей с нормируемыми; —рекомендации по повышению энергетической эффективности здания; —результаты измерения энергоэффективности и уровня тепловой защиты здания после годичного периода его эксплуатации; —класс энергетической эффективности здания. Ответственность за достоверность данных энергетического паспорта здания несет организация, которая осуществляет его заполнение. Среди задач, решаемых в процессе разработки энергетического паспорта здания можно выделить следующие: —определение параметров наружных климатических условий, влажностного режима помещений, параметров внутренней среды помещений; —расчет приведенного сопротивления теплопередаче отдельных элементов ограждающих конструкций; —расчет температурного перепада между температурой воздуха внутри помещения и температурой на поверхности ограждающих конструкций; — расчет удельного расхода тепловой энергии на отопление здания; —составление заключения о мероприятиях по повышению энергетической эффективности здания. Энергопаспорт оформляется в виде таблицы, содержащей 9 разделов, образец оформления представлен ниже. В основе расчета лежит паспорт здания или данные БТИ и натурные обследования и измерения. Энергетический паспорт объекта Форма 1 Общая информация Дата заполнения (число, месяц, год) Адрес здания Разработчик проекта Адрес и телефон разработчика Шифр проекта Назначение здания, серия Этажность, количество секций Количество квартир Расчетное количество жителей или служащих Размещение в застройке Конструктивное решение Регион РФ, населенный пункт (город), название улицы, номер здания Название головной проектной организации Почтовый адрес, номер телефона и факса дирекции Номер типового проекта или индивидуальный номер, присвоенный проектной организацией 2 Расчетные условия № п.п. 1 2 3 Наименование расчетных параметров Расчетная температура внутреннего воздуха для проектирования теплозащиты Расчетная температура наружного воздуха для проектирования теплозащиты Расчетная температура теплого (холодного) чердака 42 Обозначение параметра Ед. изм. tint °C text °C tc °C Расчетное значение 4 5 6 7 Расчетная температура теплого (холодного) подвала Продолжительность отопительного периода Средняя температура наружного воздуха зa отопительный период Градусо-сутки отопительного периода tc °C Zht сут tht °C Dd °C сут/год 3 Показатели геометрические № п.п. 8 9 10 11 12 Показатель Обозначение и единица измерения Сумма площадей этажей здания (отапливаемых помещений) Площадь жилых помещений Расчетная площадь общественных зданий Отапливаемый объем Коэффициент остекленности фасада здания Фактическое значение Ah, м2 Аl, м2 Аl, м2 Vh, м3 f kedes, м-1 Обозначение и единица измерения 13 Показатель компактности здания № п.п. Показатель 14 Расчетное проектное значение Общая площадь наружных ограждающих конструкций здания в т. ч.: стен по продольным фасадам (и зданий башенного типа) торцевых стен многосекционных зданий окон и балконных дверей, а также витражей, фонарей, окон лестнично-лифтовых узлов (раздельно) входных дверей и ворот (раздельно) Расчетное проектное значение Фактическое значение Аesum, м2 Aw, м2 AW, м2 АF, м2 Аed, м2 совмещенного покрытия, чердачного перекрытия (холодного чердака), перекрытия теплых чердаков Ас,м2 перекрытий над техподпольем, над неотапливаемыми подвалами, пола по грунту, над проездами, под эркерами, стен в земле (раздельно) Аf, м2 4 Показатели теплотехнические № п.п. 15 ОбозначеРасчетное ние и раз- Нормативное Фактическое Показатель проектное мерность значение значение значение показателя Приведенное сопротивление теплопередаR0r, че наружных ограждений, в том числе: м2.°С/Вт стен по продольным фасадам (и зданий башенного типа) Rw торцевых стен многосекционных зданий RW окон и балконных дверей, дверей перехоRF дов витражей, фонарей (раздельно) окон лестнично-лифтовых узлов входных дверей и ворот (раздельно) Red 43 совмещенного покрытия, чердачного перекрытия (холодного, теплого чердака) перекрытия 1-го этажа (над техподпольем, пол по грунту, неотапливаемый подвал, над проездами, под эркерами, стен в земле) (раздельно) Rc Rf 5 Показатели вспомогательные № п.п. Обозначение Нормативное и единица значение измерения Показатель 16 17 Общий (приведенный трансмиссионный) коэфKmtr, Вт/м2.°С фициент теплопередачи здания Средняя кратность воздухообмена здания за отопительный период при удельной норме возnа, ч-1 духообмена Кратность воздухообмена здания при испытаn50, ч-1 нии (при 50 Па) (естественное/механическое) 18 Удельные бытовые тепловыделения в здании qint, Вт/м2 19 Тарифная цена тепловой энергии для проектируемого здания Степл, руб/кВт·ч Расчетное проектное значение - ≤4 ≤2 6 Удельные характеристики № п.п. Обозначение Нормативное и единица значение измерения Показатель 20 Удельная теплозащитная характеристика здания kоб, Вт/м3·°С 21 Удельная вентиляционная характеристика здания Удельная характеристика бытовых тепловыделений здания Удельная характеристики теплопоступлений в здание от солнечной радиации 22 23 Расчетное проектное значение kinf, Вт/м3·°С kint, Вт/м3·°С ks, Вт/м3·°С 7 Коэффициенты Обозначение и размер- Нормативное знаность показателя чение показателя № п.п. Показатель 24 Коэффициент эффективности авторегулирования отопления Коэффициент, учитывающий снижение теплопотребления жилых зданий при наличии поквартирного учета тепловой энергии на отопление коэффициент учета влияния встречного теплового потока (рекуперации) Коэффициент, учитывающий снижение использования теплопоступлений в период превышения их над теплопотерями Коэффициент учета дополнительного теплопотребления (дополнительных теплопотерь системы отопления) 25 26 27 28 ζ ξ k ν βh 8 Комплексные показатели расхода тепловой энергии № п.п. Обозначение и размер- Значение показаность показателя теля Показатель 44 Обозначение и размер- Значение показаность показателя теля № п.п. Показатель 29 Расчетная удельная характеристика расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания за отопительный период Нормируемая удельная характеристика расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания за отопительный период Класс энергосбережения (энергетической эффективности) Соответствует ли проект здания нормативному требованию ? (Да/Нет) Дорабатывать ли проект здания? (Да/Нет) Рекомендации по повышению энергетической эффективности здания: 30 31 32 qhdes, Вт/м3·˚С qhreg, Вт/м3·˚С А-Е - 9 Энергетические нагрузки здания № Единица изПоказатель Обозначение п.п. мерения 33 Удельный расход тепловой энергии на отопление кВт·ч/м3·год q и вентиляцию здания за отопительный период кВт·ч/м2·год 34 Расход тепловой энергии на отопление и вентиQhy кВт·ч/год ляцию здания за отопительный период 35 Общие теплопотери здания за отопительный пеQh кВт·ч/год риод Значение показателя ПАСПОРТИЗАЦИЯ ЗДАНИЯ. ПОКАЗАТЕЛИ ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ ЗДАНИЯ Показатели тепловой защиты здания. Нормирование Нормами установлено 3 показателя тепловой защиты зданий: 1. Поэлементное требование к теплозащитной оболочке здания — приведенное сопротивление теплопередаче отдельных элементов ограждающих конструкций, которое в процессе эксплуатации может ухудшаться и приводить к промерзаниям (например, уплотнение утеплителя в трехслойных панелях). 2. Санитарно-гигиенический показатель — температурный перепад между температурой воздуха внутри помещения и температурой на поверхности ограждающих конструкций (должен быть в пределах 2-4°С), а также требования к температуре на внутренней поверхности конструкции, которая должна быть выше температуры точки росы, что свидетельствует об отсутствии увлажнения и промерзания конструкции. 3. Комплексный показатель удельной теплозащитной характеристики здания — удельный расход тепловой энергии на отопление здания, позволяющий варьировать величинами теплозащитных свойств различных видов ограждающих конструкций с учетом объемнопланировочных решений здания и выбирать системы поддержания микроклимата для достижения нормируемого значения этого показателя. Считается, что требования тепловой защиты здания будут выполнены при одновременном соблюдении всех условий. Помимо приведенных показателей необходимо оценивать экономическую эффективность энергосберегающих мероприятий, включая начальные вложения и срок окупаемости. Срок, в течение которого застройщиком обеспечиваются требования энергоэффективности, должен составлять не менее 5 лет с момента ввода здания в эксплуатацию. Для вновь возво45 димых зданий высокоэффективных классов (А и В) такие требования должны обеспечиваться в течение первых 10 лет эксплуатации. Нормирование показателя теплозащитной оболочки здания Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций является характеристикой, определяющей поэлементное требование к теплозащитной оболочке здания и нормируется в зависимости от района строительства / эксплуатации здания по величине градусо-суток отопительного периода, функционального назначения здания и вида ограждающей конструкции. Должно соблюдаться условие: тр Rф 0  R0 , 2 где R0ф — фактическое сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, м ·°С/Вт; R0тр 2 — нормируемое сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, м ·°С/Вт. Продолжительность отопительного периода и среднюю температуру наружного воздуха в течение отопительного периода следует принимать по СНиП 23—01—99* "Строительная климатология" для соответствующего населенного пункта. Значения принимаются для периода со среднесуточной температурой наружного воздуха не более 8 °С, при проектировании детских и учебных заведений не более 10 °С. Градусо-сутки отопительного периода (ГСОП) определяются как: D d  t int  t ht   z ht , где tint — расчетная температура воздуха внутри здания, °С; tht — средняя температура наружного воздуха за отопительный период, ºС; Zht — продолжительность отопительного периода, сут. При соответствии величины удельной теплозащитной характеристики здания требуемым значениям допускается снижение нормируемого значения не более, чем до 63% для стен, 95% для светопрозрачных конструкций, 80% для остальных ограждающих конструкций. Методика расчета приведенного сопротивления теплопередаче с учетом термической однородности Расчет основан на представлении фрагмента теплозащитной оболочки здания в виде набора независимых элементов, каждый из которых влияет на тепловые потери через фрагмент. Удельные потери теплоты, обусловленные каждым элементом, находятся на основе сравнения потока теплоты через узел, содержащий элемент, и через тот же узел, но без исследуемого элемента. Приведенное сопротивление теплопередаче фрагмента теплозащитной оболочки здания определяют по формуле: 1 R пр , 0  n m 1    j  j   n k  k R 0у j 1 k 1 где R0у — осредненное по площади условное сопротивление теплопередаче фрагмента теплозащитной оболочки здания либо выделенной ограждающей конструкции, м2·°С/Вт; lj — протяженность линейной неоднородности j-го вида, приходящаяся на 1 м2 фрагмента теплозащитной оболочки здания либо выделенной ограждающей конструкции, м/м2; Ψj — удельные потери теплоты через линейную неоднородность j-го вида, Вт/м·°С; nk — количество точечных неоднородностей k-го вида, приходящихся на 1 м2 фрагмента теплозащитной оболочки здания либо выделенной ограждающей конструкции, шт/м2; χk — удельные потери теплоты через точечную неоднородность k-го вида, Вт/°С. 46 Величина условного сопротивления теплопередаче определяется осреднением по площади значений условных сопротивления теплопередаче всех частей фрагмента теплозащитной оболочки здания:  Аi , R 0у  Ai  Rф 0i где R0ф — условное сопротивление теплопередаче однородной части фрагмента теплозащитной оболочки здания i-го вида, м2·°С/Вт; Ai — площадь i-го фрагмента ,м2. R0ф определяется экспериментально или расчетом по формуле: n n  1 1 1 i  1 , Rф   R      i α в i 1 α н α в i 1 λi α н где ΣRi — термическое сопротивление всех слоев ограждающей конструкции, м2∙ºС/Вт; δi — толщина i—го слоя многослойной ограждающей конструкции, м; λi — расчетный коэффициент теплопроводности материала i—го слоя, Вт/м∙ºС; αв — коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/м2∙ºС; αн — коэффициент теплоотдачи (для зимних условий) наружной поверхности ограждающей конструкции, Вт/м2∙ºС. Удельные потери теплоты определяются по результатам расчета двухмерного для линейной неоднородности и трехмерного для точечной неоднородности температурного поля узла конструкций и заданной разнице температур наружного и внутреннего воздуха: j  Q L Q k k  , t int  t ext t int  t ext где tint — расчетная температура воздуха внутри здания, °С; ; text — расчетная температура наружного воздуха, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92; ΔQL; ΔQk— соответственно дополнительные потери теплоты через линейную, Вт/м и точечную теплотехническую неоднородность, Вт. Дополнительные потери теплоты определяются как разница потерь теплоты, содержащих теплотехническую однородность и не содержащую ее, определенные по расчету температурного поля. Температурное поле — совокупность значений температур во всех точках конструкции. Коэффициент теплотехнической однородности, характеризующий эффективность утепления конструкции, определяется по формуле: r R пр R 0у Нормирование санитарно-гигиенического показателя тепловой защиты здания Санитарно-гигиенический показатель — температурный перепад между температурой воздуха внутри помещения и температурой на поверхности ограждающих конструкций — характеризует возможность конденсационного увлажнения ограждающей конструкции. Показатель нормируется в зависимости от функционального назначения здания и видом ограждающей конструкции. В процессе тепловизионного обследования расчет показателя является обязательным: n  (t int  t ext ) t 0  , R ф  αв 47 где Δt0 — температурный перепад между температурой воздуха внутри помещения и температурой на поверхности ограждающих конструкций, ºС; n — коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху. Коэффициент n принимается: n=1 — для наружных стен и покрытий, чердачных перекрытий с кровлей из штучных материалов, перекрытий над холодными подпольями; n=0,9 — для перекрытий над холодными подвалами, чердачных перекрытий с кровлей из рулонных материалов; n=0,75 — для перекрытий над неотапливаемыми подвалами со световыми проемами в стенах; n=0,6 — для перекрытий над неотапливаемыми подвалами без световых проемов в стенах, расположенных выше уровня земли; n=0,5 — для полов на грунте; n=0,4 — для перекрытий над неотапливаемыми техническими подпольями, расположенных ниже уровня земли. В случае, если температура отдельных помещений (например, теплого чердака, эксплуатируемого подвала, лестничных клеток) отличается от принятых в расчете ГСОП значений, то базовые значения требуемого сопротивления теплопередаче наружных ограждающих конструкций умножаются по коэффициент n, рассчитываемый по формуле: t *int - t *ext , n t int - t ext tint — расчетная температура внутреннего воздуха, ºС; text — средняя температура наружного воздуха за отопительный период, ºС; tint*, text* — соответственно средняя температура внутреннего и наружного воздуха для данного помещения, ºС. Расчетный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции не должен превышать следующих величин для жилых зданий, лечебных и детских учреждений (в скобках указаны данные для прочих общественных зданий): Δt0=4ºС (4,5) — для наружных стен Δt0=3ºС (4) — для покрытий и чердачных перекрытий Δt0=2ºС (2,5) — для перекрытий над проездами, подвалами и подпольями Δt0=tint–tp — для зенитных фонарей, где tр — температура точки росы. Если условие не удовлетворяется, то необходимо утеплять ограждающие конструкции для предупреждения их вероятного конденсационного увлажнения и промерзания. Нормирование комплексного показателя тепловой защиты здания Расчет энергетического паспорта здания завершает определение фактического и требуемого значений удельного расхода тепловой энергии на его отопление, который представляет собой количество тепловой энергии за отопительный период, необходимое для компенсации теплопотерь здания с учетом воздухообмена и дополнительных тепловыделений при нормируемых параметрах теплового и воздушного режимов в нем, отнесенное к единице полезной площади или отапливаемого объема и градусо-суткам отопительного периода. Нормируемое значение этого показателя может быть достигнуто путем выбора материалов ограждающих конструкций с учетом объемно-планировочных решений здания и системы поддержания микроклимата. Показатель нормируется в зависимости от функционального назначения и этажности здания. В процессе расчета должно быть соблюдено условие: reg q des h  qh , 48 где qhdes — расчетная удельная характеристика расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания за отопительный период, Вт/м3∙ºС; qhreg — нормируемая удельная характеристика расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания за отопительный период, определяемая в зависимости от объемно-планировочных характеристик здания и систем теплоснабжения, Вт/м3∙ºС. Для регионов с значением ГСОП Dd≥8000 °С·сут/год нормируемые значения qhreg следует снижать на 5%. Классы энергосбережения здания Для оценки достигнутой в проекте здания или эксплуатируемом здании потребности энергии на отопление и вентиляцию, установлены классы энергосбережения по величине процента отклонения расчетной удельной характеристики расхода тепловой энергии от нормируемой величины. Величина отклонения расчетного (фактического) удельного расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию qhdes от нормативного определяется как: q h  reg q des h  qh q reg h 100 , где qhdes — расчетная удельная характеристика расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания за отопительный период, Вт/м3∙ºС; qhreg — нормируемая удельная характеристика расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания за отопительный период, определяемая в зависимости от объемно-планировочных характеристик здания и систем теплоснабжения, Вт/м3∙ºС. Таблица 10 Обозначение класса А++ А+ А В+ В С+ С С– D E Классы энергосбережения жилых и общественных зданий Наименование класса Величина отклонения расчетРекомендуемые мероэнергетической эфного (фактического) удельного приятия, разрабатываефективности расхода тепловой энергии на мые субъектами РФ отопление и вентиляцию qhdes от нормативного, % При проектировании и эксплуатации новых и реконструируемых зданий Очень высокий Ниже –60 Экономическое стимулирование От –50 до –60 включительно От –40 до –50 включительно Высокий От –30 до –40 включительно Экономическое стимулирование От –15 до –30 включительно Нормальный От –5 до –15 включительно Мероприятия не разрабатываются От +5 до –5 включительно От +15 до +5 включительно При эксплуатации существующих зданий Пониженный От +15,1 до +50 включительно Реконструкция при соответствующем экономическом обосновании Низкий Более +50 Реконструкция при соответствующем экономическом обосновании или снос 49 Присвоение класса энергоэффективности здания Классы энергоэффективности присваиваются на стадии разработки проектной документации путем сравнения расчетной и нормируемой удельной характеристики расхода тепловой энергии, которая определяется в зависимости от назначения и этажности здания. Проектирование зданий классом энергосбережения D и Е не допускается. Классы А, В и С устанавливают для вновь возводимых и реконструируемых зданий. В ходе энергетического обследования органами госнадзора класс энергосбережения уточняется. Классы А и В присваиваются только при включении в проект следующих энергосберегающих мероприятий: 1. Устройство ИТП, снижающих затраты энергии на циркуляцию в системах ГВС и оснащенных автоматизированными системами управления и учета потребления энергоресурсов, горячей и холодной воды; 2. Применение энергосберегающих систем освещений общедомовых посещений, оснащенных датчиками движения и освещенности; 3. Применение устройств компенсации реактивной мощности двигателей лифтового хозяйства, насосного и вентиляционного оборудования. Проверка соответствия вводимых в эксплуатацию зданий требованиям расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию и требованиям оснащенности их приборами учета энергоресурсов осуществляется органами госнадзора или застройщиком. Класс энергосбережения при вводе в эксплуатацию здания устанавливается на основе обязательного расчетно-экспериментального контроля нормируемых энергетических показателей. Удельные характеристики здания. Методика расчета Удельные характеристики здания определяют бытовые и радиационные теплопоступления и теплопери, связанные с инфильтрацией и работой системы вентиляции. Удельная вентиляционная характеристика здания определяется как: k inf  0,28  с     k  ρ aht  n а , где с — удельная теплоемкость воздуха, кДж/кг∙ºС; βν — коэффициент снижения объема воздуха в здании, учитывающий наличие внутренних ограждающих конструкций; k — коэффициент учета влияния встречного теплового потока в светопрозрачных конструкциях; ρaht — средняя плотность приточного воздуха за отопительный период, кг/м3; nа — средняя кратность воздухообмена здания за отопительный период, ч-1. Средняя кратность воздухообмена здания за отопительный период складывается из: n a  n la  n el a , где nal — воздухообмен, осуществляемый за счет вентиляции, ч-1; nael — воздухообмен, осуществляемый за счет инфильтрации, ч-1. Вентиляционный воздухообмен зависит от количества приточного воздуха при при работе системы вентиляции: Lv  n v , 168   v  Vh где Lv – количество приточного воздуха в здание при неорганизованном притоке либо нормируемое значение при механической вентиляции, м3/ч; nv — число часов работы механической вентиляции в течение недели; 168 — число часов в неделе; Vh — отапливаемый объем здания, м3. n la  50 Поскольку количество приточного воздуха в жилые помещения определяется из расчета заселенности и условно принимается 3 м3/ч на 1 м2 площади жилых комнат, то для жилых зданий, предназначенных гражданам с учетом социальной нормы (с расчетной заселенностью квартиры 20 м2 общей площади и менее на человека) Lv=3·Al, для других жилых зданий Lv=0,35·hэт·Al, где Аl — площадь жилых помещений, м2, но не менее 30·m; где m — расчетное число жителей в здании; для общественных и административных зданий, супермаркетов — 4Al, для учреждений здравоохранения и образования — 5Al, для спортивных, зрелищных и детских образовательных учреждений — 7Al, для физкультурно-оздоровительных и досуговых комплексов, ресторантов, кафе и вокзалов — 10Al. Инфильтрационный воздухообмен определяется в зависимости от количества инфильтрующегося воздуха: n еl a  G inf  k  n inf , 168   aht   v  Vh где Ginf — количество инфильтрующегося воздуха в здание через ограждающие конструкции, кг/ч; ninf — число часов учета инфильтрации в течение недели, для зданий с сбалансированной приточно-вытяжной вентиляцией равное 168 ч и (168–nv) для зданий, в помещениях которых поддерживается подпор воздуха во время действия приточной вытяжной вентиляции. При наличии зон с различным воздухообменом средние кратности находятся отдельно, суммируются и учитываются в расчете удельной вентиляционной характеристики здания. Количество инфильтрующегося воздуха в лестничную клетку жилого здания через неплотности заполнений проемов принимается как: 2 1  p  2 A  p  3 A G inf  F   F   ed   ed  , R F  p 0  R ed  p 0  2 где АF — площадь окон и балконных дверей, м ; Аed — площадь наружных дверей и ворот, м2; RF — сопротивление теплопередаче окон и балконных дверей, м2∙ºС/Вт; Red — сопротивление теплопередаче наружных дверей и ворот, м2∙ºС/Вт; ΔрF — расчетная разность давлений наружного и внутреннего воздуха для окон и балконных дверей, Па; Δрed — расчетная разность давлений наружного и внутреннего воздуха для входных наружных дверей, Па; Δр0=10 Па — разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях светопрозрачных ограждающих конструкций, при которой определяется фактическое сопротивление воздухопроницанию. p F  0,55H( ext   int )  0,03 ext   2 , где Н — высота здания (от уровня пола первого этажа до верха вытяжной шахты), м; υ — максимальная из средних скоростей ветра по румбам за январь, повторяемость которых составляет 16% и более; γext , γint — удельный вес соответственно наружного и внутреннего воздуха, Н/м3. p ed  0,28H( ext   int )  0,03 ext   2 , Удельная характеристика бытовых тепловыделений здания: q int  Аl k int  , Vh  t int  t ht  где qint — удельные бытовые тепловыделения на 1 м2 площади жилых помещений или расчетной площади общественного здания, Вт/м2; Аl — площадь жилых помещений, м2. Величина удельных бытовых тепловыделений принимается: qint=17 Вт/м2 — для жилых зданий с нормой общей площади до 20 м2 на человека; qint=10 Вт/м2 — для жилых зданий с расчетной заселенностью квартир 45 м2 общей площади и более на человека; для других случаев интерполяцией между значениями 17 и 10 Вт/м2. 51 Удельная характеристика теплопоступлений в здание от солнечной радиации: 11,6  Q s ks  , Vh  D d где Dd — градусо-сутки отопительного периода, °С·сут/год; Qs —теплопоступления от солнечной радиации через остекленные поверхности (окна и фонари) за отопительный период, МДж/год. Для четырех фасадов, ориентированных по четырем направлениям теплопоступления определяются как: Q s   F  k F  (А F.1  I1  А F.2  I 2  А F.3  I 3  А F.4  I 4 )   scy  k scy  А scy  I hor , где τF — коэффициент, учитывающий затенение окон непрозрачными элементами заполнения; τscy — коэффициент, учитывающий затенение зенитных фонарей непрозрачными элементами ограждения; kF — коэффициент относительного проникания солнечной радиации через заполнения окон, определяемый по паспортным данным изделия; kscy — коэффициент относительного проникания солнечной радиации через заполнения зенитных фонарей; АF.1, АF.2, АF.3, АF.4 — площадь светопроемов фасадов здания, соответственно ориентированных по четырем направлениям (сторонам света), за исключением глухой части балконных дверей, м2; I1, I2, I3, I4 — средняя за отопительный период интенсивность солнечной радиации на вертикальные поверхности светопроемов, ориентированные по четырем фасадам здания, МДж/м2; Ihor — тоже, на горизонтальную поверхность, МДж/м2; Аscy — площадь горизонтально остекленных поверхностей (зенитных фонарей), м2. Методика расчета удельной теплозащитной характеристики здания Удельная теплозащитная характеристика здания представляет собой комплексную характеристику, нормируемую в зависимости от климатических характеристик района строительства / эксплуатации и отапливаемого объема здания. Она определяется по формуле: tr k об  К m  k des е , где kеdes — показатель компактности здания, м-1; Кmtr — общий (приведенный трансмиссионный) коэффициент теплопередачи здания, Вт/м2.°С. Расчет теплозащитной характеристики позволяет уточнить вид ограждающих конструкций, вносящих наибольший вклад в тепловые потери здания. Общий (приведенный трансмиссионный) коэффициент теплопередачи здания:  А w А F А ed А А    n c n f   R R F R ed Rc Rf  К mtr   w , А sum e где Rw, RF, Red, Rc, Rf — соответственно сопротивление теплопередаче наружных стен; заполнения светопроемов (окон, витражей, фонарей); наружных дверей и ворот; перекрытий верхнего этажа (чердачных); цокольных перекрытий, м2∙ºС/Вт; Аc, Аf — соответственно площади перекрытий верхнего этажа; цокольных перекрытий, м2. Также необходимо учитывать теплопотери через совмещенные покрытия, в том числе над эркерами, через перекрытия над проездами и под эркерами (при их наличии). Показатель компактности является одним из показателей энергоэффективности проектного решения, который определяется по формуле: A sum des kе  e , Vh где kеdes — показатель компактности здания, м-1; Аesum — общая площадь внутренних поверхностей наружных ограждающих конструкций, включая покрытие (перекрытие) верхнего этажа и пере52 крытие пола нижнего отапливаемого помещения, м2; Vh — отапливаемый объем здания, равный объему, ограниченному внутренними поверхностями наружных ограждений зданий, м3. Расчет теплопотерь здания за отопительный период Теплопотери в зданиях происходят, преимущественно, в виде трансмиссии тепла наружными ограждениями, возникающей и усиливающейся при нарастании разницы температур внутреннего и наружного воздуха, а также в результате усиленной инфильтрации наружного и, соответственно, эксфильтрации внутреннего воздуха под давлением ветра и вследствие возникновения в застройке различных аэродинамических эффектов. Общие теплопотери здания прямо пропорциональны важнейшему теплоэнергетическому показателю — удельной отопительной характеристике и рассчитываются с учетом трансмиссионных и инфильтрационных потерь тепла за отопительный период: Q h  0,024  D d  (k об  k inf )  Vh , где kоб — удельная теплозащитная характеристика здания, Вт/м3∙ºС; kinf — удельная вентиляционная характеристика, Вт/м3·°С, Vh — отапливаемый объем здания, м3; Dd — градусо-сутки отопительного периода, °С·сут/год. На величину теплопотерь влияют компактность здания, степень остекленности и характеристики светопрозрачных конструкций, теплотехнические характеристики ограждающих конструкций, особенности работы системы вентиляции. Расчет расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания за отопительный период Расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания за отопительный период — это количество теплоты, необходимое для поддержания в здании нормируемых параметров теплового комфорта, отнесенное к единице общей отапливаемой площади здания или его объему и градусо-суткам отопительного периода. Этот показатель характеризует энергетическую нагрузку и материальные затраты на потребляемые энергоресурсы. Его следует определять как: y Q h  0,024  D d  q des h  Vh , где qhdes — расчетная удельная характеристика расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания за отопительный период, Вт/м3∙ºС; Vh — отапливаемый объем здания, м3; Dd — градусо-сутки отопительного периода, °С·сут/год. Расчетная удельная характеристика расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания определяется по формуле: , q des h  [k об  k inf  (k int  k s )    ]  (1  )   h 3 где kоб — удельная теплозащитная характеристика здания, Вт/м ∙ºС; kinf — удельная вентиляционная характеристика здания, Вт/м3∙ºС; kint — удельная характеристика бытовых тепловыделений здания, Вт/м3∙ºС; ks — удельная характеристика теплопоступлений в здание от солнечной радиации, Вт/м3∙ºС; ν — коэффициент снижения теплопоступлений за счет тепловой инерции ограждающих конструкций; ζ — коэффициент эффективности авторегулирования подачи теплоты в системах отопления, учитывающий схему регулирования системы отопления; βh — коэффициент, учитывающий дополнительные теплопотери через угловые помещения, входы в здания, зарадиаторные участки стен, теплопотери трубопроводов, проходящих через неотапливаемые помещения и т.п.; ξ — коэффициент, учитывающий снижение теплопотребления жилых зданий при наличии поквартирного учета тепловой энергии на отопление, до получения статистических данных о фактическом снижении принимается равным ξ=0,1. 53 Рекомендуемые значения коэффициента ν принимаются в зависимости от ГСОП:   0,7  0,000025  (D d  1000) , где Dd — градусо-сутки отопительного периода, °С·сут/год. Рекомендуемые значения коэффициента ζ: ζ=1,0 — однотрубная система отопления с термостатами и с пофасадным авторегулированием на вводе или поквартирной горизонтальной разводкой; ζ=0,95 — двухтрубная система отопления с термостатами и центральным авторегулированием на вводе; ζ=0,9 — однотрубная система отопления с термостатами и центральным авторегулированием на вводе или однотрубная система отопления без термостатов с пофасадным регулированием на вводе, а также двухтрубная система отопления с термостатами и без авторегулирования на вводе; ζ=0,85 — однотрубная система отопления с термостатами и без авторегулирования на вводе; ζ=0,7 — система отопления без термостатов и с центральным авторегулированием на вводе с коррекцией по температуре внутреннего воздуха; ζ=0,5 — система отопления без термостатов и без авторегулирования на вводе – регулирование центральное в ЦТП или котельной. Коэффициент βh принимается: βh=1,13 — для многосекционных и протяженных жилых зданий; βh=1,11 — для зданий башенного типа; βh=1,07 — для зданий с отапливаемыми подвалами или чердаками; βh=1,05 — для зданий с отапливаемыми подвалами и чердаками, а также с квартирными генераторами теплоты. Важным показателем, позволяющим сравнить теплопотребление подобных зданий, является удельный расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания в течение отопительного периода на единицу объема или площади здания, определяемый по формулам: des Vh 3 2 q  , 024  D  q q  0,024  D d  q des , кВт·ч/м ·год или d h  A , кВт·ч/м ·год, h h где qhdes — расчетная удельная характеристика расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания за отопительный период, Вт/м3∙ºС; Аh — сумма площадей этажей, измеренных в пределах внутренних поверхностей наружных стен, за исключением технических этажей и гаражей, м2, Vh — отапливаемый объем здания, м3; Dd — градусо-сутки отопительного периода, °С·сут/год. СОВРЕМЕННЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ВОДОСБЕРЕЖЕНИЯ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЗДАНИЙ Среди всех отраслей производственной и хозяйственной деятельности водопроводноканализационные предприятия занимают особое место, поскольку являются объектами жизнеобеспечения и санитарно-эпидемиологической безопасности населения. Главное отличие водных природных ресурсов состоит в том, что у воды нет эквивалента, которым ее можно было бы заменить как продукт питания первой необходимости и как средство удовлетворения хозяйственно-бытовых потребностей. Продукция водопроводно-канализационных предприятий — товар особого рода, имеющий особую потребительскую ценность. Потребительская ценность продукции водопроводно-канализационных предприятий определяется необходимостью обеспечения санитарногигиенической безопасности населения, что является стратегической задачей государства. Продукция предприятий водопроводно-канализационного хозяйства характеризуется повседневным и неустранимым спросом. Поэтому следует говорить не только об экономии, но в первую очередь об удовлетворении потребности в воде и в ее качестве 54 Рис. 3. Механизмы управления рациональным водопользованием Так же как и программа энергоэффективности, реализация программы рационального водопользования идет на тех же уровнях, т.е. государственном, региональном, на уровне ресурсоснабжающих организаций и на уровне потребителя. Из всех факторов, препятствующих реализации этой программы, которые, можно с учетом специфики ВКХ упомянуть следующие: —особенности конструктивно-технологической схемы (ВКХ является естественным монополистом, других вариантов водоснабжения в условиях техногенной нагрузки крупных городов нет, поэтому качество воды и объем и качество поставок напрямую зависит от работы ВК). —износ оборудования физический и моральный; —халатное отношение к водопотреблению в быту. Основным потребителем питьевой воды является жилищный фонд города — 77% от общего водопотребления; далее идут коммунально-бытовые предприятия — 13%; промышленность — 10%. Следовательно, на хозяйственно-бытовые нужды населения расходуется около 3/4 всей подаваемой в город воды, т.е. наибольшей эффективности экономии водных ресурсов можно достичь как раз в жилом секторе при эксплуатации зданий. Начиная с 1996 года наблюдается устойчивая тенденция снижения подачи воды в г. Москву. Чтобы оценить возможности улучшения услуг по обеспечению питьевой водой населения, а также резервы экономии потребления, надо сначала иметь представление о специфике водопроводного хозяйства. Водопроводное хозяйство, так же как и энергетическое, состоит из 3 звеньев: звено водоподготовки —звено транспортировки —звено потребления 55 Следовательно, как качество воды, так и возможности ее экономии могут быть реализованы на каждом из этих звеньев. Водопроводные коммуникации Мосводоканала на сегодняшний день составляют более 11 000 километров. Сегодня на распределительной сети города эксплуатируются 57 автоматических приборов контроля качества воды, в том числе 38 анализаторов общего остаточного хлора. По результатам забора проб воды на входе в трубу, качество воды достаточно высоко. Однако за счет того, что вода идет по протяженным трубам к потребителю, их качество очень страдает, следовательно и вода также ухудшается. Поскольку износ труб составляет порядка 25% по Москве, и по стране более 50%, это снижает и качество и увеличивает утечки воды. По статистике на каждые 3 км приходится по аварии, т.е. до дома с учетом средней протяженности порядка 10 аварий. Городская целевая программа «Чистая вода Москвы» ставит решение следующих задач: 1. Обеспечение качества питьевой воды в условиях роста антропогенной нагрузки на водоисточники. 2. Обеспечение санитарной надежности и требуемого качества питьевой воды при ее транспортировке по разводящей водопроводной сети. 3. Рационализация водопользования, снижение всех видов потерь воды. 4. Расширение применения технической воды для полива городских территорий. 5. Разработка предложений для совершенствования нормативной правовой базы в сфере водопользования, рынка услуг водоснабжения и водоотведения. Основные пути снижения расхода воды: 1. Снижение расходов воды на собственные нужды предприятий водопроводноканализационного хозяйства (расходы воды на профилактическое обслуживание водопроводных и канализационных сетей, дезинфекцию и промывку технологических сооружений и утечки из них). 2. Снижение утечек воды на сетях и у потребителя. По данным Мосводоканала величина утечек воды на сетях составляет более 10% от общего объема поставляемой воды, т.е. в сутки порядка 600 тыс м3. Это снабжение порядка 100 домов в год водой или 20 тыс. потребителей. 3. Резервы экономии воды при потреблении. От водоисточника до потребителя вода проходит длинный путь. Если речь идет о подготовке питьевой воды, то из реки или водохранилища она сначала попадает на станции водоподготовки Мосводоканала, где проходит длительную многоступенчатую очистку. И только потом по городским коммуникациям она поступает в квартиры москвичей. До недавнего времени именно этой водой поливались городские улицы. Расходовались тысячи кубометров качественной, чистой воды. Не все знают, что в Москве существует две независимые системы водоснабжения – одна для целей питьевого водоснабжения, другая для подачи технической воды на промышленные предприятия. Сегодня в Москве техническую воду объемом около 250 тыс. куб. м в сутки производят несколько станций. Производство технической воды в три раза дешевле питьевой, поэтому в последнее время применением технической воды больше стали интересоваться организации коммунального комплекса, занимающиеся поливом улиц. Рассмотрим составляющие потерь воды на всех звеньях ВКХ. Технологические расходы воды: —расходы воды на собственные нужды организации водопроводно-канализационного хозяйства; —промывка и дезинфекция водопроводных сетей; —собственные нужды насосных станций (охлаждение подшипников и т.д.); —чистка резервуаров (опорожнение, промывка, дезинфекция и т.д.); —технологические нужды эксплуатации сети водоотведения (промывка и прочистка сетей); 56 Расходы воды на противопожарные нужды: —тушение пожаров; —проверка пожарных гидрантов; Расходы воды на нужды городского хозяйства, не предъявляемые к оплате потребителям по решению местных органов власти (льготники, а также организационно-учетные). Неучтенный водоразбор (минуя приборы учета) и нарушение нормальной работы водосчетчиков. Потери воды за счет естественной убыли: —потери от просачивания воды при ее подаче по напорным трубопроводам —испарение воды из открытых резервуаров —потери от просачивания воды при ее хранении в РЧВ, размещенных на водопроводной сети, при их исправном техническом состоянии —потери на брызгоунос (ветровой и капельный унос) и испарение воды при эксплуатации фонтанов, установленных на водопроводной сети в случае, если фонтанные системы имеют балансовую принадлежность организации ВКХ. Рассмотрев структуру расходов воды можно выявить следующие основные проблемы рационального водопользования: —отсутствие рационального экономического подхода к процессу водопотребления; —сложности с определением неучтенных расходов и потерь воды в системах коммунального водоснабжения; —высокий уровень непроизводительных расходов и потерь воды вследствие использования неоптимальных технических решений. Водопотребление в жилых зданиях характеризуется неравномерностью и формируется под влиянием многих и часто неуправляемых факторов, которые можно разделить на четыре основные группы: —технические факторы – конструктивные особенности водоразборной арматуры, давление перед арматурой, температура горячей воды в точках водоразбора. Технические факторы оказывают большое влияние на величину водопотребления, добавляя к полезному расходу воды различные виды ее потерь; —социальные факторы – образ жизни, социальные стереотипы поведения населения, заселенность квартир, тип заселенности квартир (посемейное или коммунальное), традиции водопользования, наличие приусадебного участка, домашних животных и пр. Социальные факторы определяют продолжительность выполнения процедур с использованием воды, а также количество используемой воды. Кроме того, под влиянием социальных факторов формируются нерациональные расходы воды, особенно в отсутствие оплаты по данным приборного учета непосредственно у потребителей; —временные факторы – старение и износ оборудования и трубопроводов в процессе эксплуатации. Временные факторы вызывают нарушение герметичности и образование утечек воды, которые формируются в зависимости от надежности и срока эксплуатации оборудования и давления перед негерметичными точками; —экономические факторы – степень инженерного благоустройства домохозяйств, количество и тип санитарно-технических приборов в квартире. Экономические факторы – наличие или отсутствие у потребителей возможности установки «водоемкого» санитарнотехнического оборудования (ванны большой вместимости, бассейны и пр.). В основе водопотребления заложен опыт населения, накопленный им в процессе водопользования в соответствии с его требованиями, обусловленными или не обусловленными, сознательными или просто ощущаемыми. Потребители воды, как правило, не могут дать обоснованное объяснение причин, по которым они используют то или иное количество воды, с той или иной температурой. В соответствии с теорией человеческой мотивации люди, в основном, не осознают тех реальных психологических сил, которые формируют их поведение. Несмотря на то, что дей57 ствия каждого потребителя представляют собой случайное событие по отношению к системе водоснабжения, а поток множества событий — случайный процесс, водопотребление имеет свои устойчивые закономерности. В процессе длительной эксплуатации количество потребителей и санитарных приборов в зданиях изменяется незначительно, поэтому технологическая потребность в воде во внутреннем водопроводе зданий практически постоянна. Для наружного (городского) водопровода, к которому постоянно присоединяются новые здания и потребители, технологическая потребность постоянно возрастает во времени. Структура потерь воды у потребителя: Утечки воды — это потери, обусловленные продолжительным истечением воды через нарушения герметичности в элементах водопровода (поплавковых клапанах, смесителях, трубопроводах, резервуарах и т. д.). Величина утечек зависит от количества мест повреждений, их сечения, давления перед местом утечки. Количество (и сечение) мест повреждений определяется надежностью элемента (вероятность безотказной работы), числом элементов. Процесс повреждения элементов, зависящий от износа оборудования и трубопроводов, очень медленный во времени, проявляющийся в течение десятков месяцев, лет. Поэтому в суточном водопотреблении изменение величины утечек очень незначительно, и число поврежденных элементов может быть принято постоянным, а не случайным в данный момент времени. Давление оказывает значительное влияние на величину утечки. Это приводит к увеличению утечек в часы минимального водопотребления (в ночные часы), когда давление в системе максимально, и уменьшению их в часы максимального водопотребления, сопровождающиеся снижением давления. Суточный график утечек поэтому имеет форму, обратную графику технологического водопотребления. При увеличении числа потребителей (зданий) утечка возрастает, т. к. повышается давление в водопроводных сетях и, следовательно, на вводах перед отдельными зданиями. В процессе длительной эксплуатации величина утечки, как правило, возрастает, особенно при плохой эксплуатации, что связано с износом оборудования и трубопроводов. Нерациональные расходы воды возникают в процессе удовлетворения потребности в воде, когда из водопровода подается больше воды, чем требуется для технологических процедур. Нерациональные расходы зависят от совершенства водоразборной арматуры (подача воды только в те периоды, когда она необходима), избыточного давления перед арматурой. Нерациональные расходы во времени совпадают с технологическим водопотреблением и изменяются незначительно в процессе эксплуатации. Сливы воды возникают при нарушении качественных показателей воды: снижение температуры горячей воды, увеличение цветности, появление запаха, привкуса и т. п. Они обусловлены нарушением технологических режимов нагрева, подготовки, хранения воды и предшествуют по времени проведению технологических процедур. Нарушение качества воды вызывает жалобы жильцов, что заставляет эксплуатацию в течение нескольких дней ликвидировать причину сливов. Общее водопотребление в здании, микрорайоне, регистрируемое счетчиком воды на вводе, является суммой вышеуказанных разнородных процессов. Основной частью общего водопотребления является технологическое водопотребление, которое и определяет характер общего водопотребления как случайного процесса. Соотношение составляющих водопотребления значительно изменяется в течение суток: в часы максимального водопотребления преобладает технологическое водопотребление, в часы минимального — потери. В среднем суточном водопотреблении величина потерь значительно выше, чем в часы максимума. Следует отметить, что в процессе эксплуатации расходы в часы максимального водопотребления будут изменяться незначительно, в то время как средние расходы могут сильно возрасти при нерегулярной профилактике арматуры и повышенных давлениях в водопроводной сети. Общее водопотребление на объекте зависит от множества факторов, основными из которых являются количество и вид потребителей, требования к бесперебойности подачи воды, 58 число и тип санитарно-технического оборудования, режим и нормы водопотребления, давление в системе, надежность водоразборной арматуры, срок эксплуатации системы и уровень ее обслуживания, определяющие величину потерь. Критерии оценки эффективности ресурсосбережения современных систем водоснабжения Потери воды во внутреннем водопроводе складываются из утечек и непроизводительных расходов и могут составлять в среднем 30-35 %. Утечки воды – это постоянные потери, происходящие в результате нарушения герметичности водоразборной или трубопроводной арматуры, стыковых соединений и трубопроводов. Утечки воды могут происходить в смывном бачке, водоразборной арматуре, во внутренних и магистральных трубопроводах, на вводе в здания. Непроизводительные расходы в основном обусловлены повышенным давлением перед водоразборной арматурой, в результате чего секундный расход через водоразборную арматуру значительно превышает нормативный (рабочий). При потерях воды 10-15 % проводят техническое обслуживание системы водопровода. При этом арматуру и трубопроводы осматривают и ремонтируют. При потерях воды 15-25 % проводят текущий ремонт системы, при котором, наряду с ликвидацией утечек воды в системе, принимают меры по сокращению непроизводительных расходов. Непроизводительные расходы снижают путем установки стабилизаторов, регуляторов давления или диафрагм. Регуляторы давления располагают, как правило, после водомерного узла и насосной установки. Диафрагма позволяет снизить давление перед водоразборной арматурой, установленной в нижних этажах здания, что в свою очередь сокращает секундные расходы воды через арматуру При потерях воды более 25 % и неэффективности вышеуказанных мероприятий по сокращению потерь воды необходимо производить капитальный ремонт системы. Все мероприятия по повышению экономичности водопотребления населением сводятся к следующим: —сокращение потерь воды в системах с утечками качественным проведением мероприятий и выполнением графика ТО: —в соединениях и сальниках; —в запорных узлах водоразборной арматуры и смывном оборудовании; —сокращение потерь воды в результате аварий: —предотвращением (снижением вероятности) аварий качественным и своевременным проведением мероприятий ППР; —борьбой с коррозией; —повышением оперативности ликвидации аварий путем повышения ремонтопригодности конструкций и совершенствования организации ремонтных служб. —сокращение непроизводительных расходов, связанных с завышением напоров: —максимальным снижением напора в магистралях и домовых системах двойным регулированием в ЦТП и на вводе; —зонированием домовых систем; —стабилизацией - поэтажной и перед водоразборной арматурой; —сокращение непроизводительных расходов, связанных с несовершенством водоразборной арматуры путем оптимизации гидравлических характеристик арматуры. —ликвидация непроизводительных расходов, вызванных остыванием горячей воды в магистралях и стояках ГВС путем нормализации циркуляции; —устранение расточительства в водопотреблении: —совершенствованием учета с переходом на по квартирный учет; —совершенствованием тарифов за водопользование. 59 Повышение ремонтопригодности и зонирование домовых систем, а также переход на более эффективные схемы регулирования гидравлического режима осуществляется на стадии конструирования новых или при капремонтах и реконструкции существующих систем, т.е. при проектировании необходимо максимально ответственно относиться к этим вопросам, имея в виду, что высокая ремонтопригодность и зонирование влекут высокую экономичность в водопользовании. Эффективность работы систем горячего водоснабжения зависит, главным образом, от соблюдения гидравлического и теплового режимов, применяемых средств регулирования на переменных режимах. Основными причинами нарушений гидравлического режима являются: —уменьшение давления воды в городском водопроводе ниже требуемого; —увеличенное сопротивление водонагревательных установок; —завышенные напоры циркуляционных насосов при установке их на циркуляционных трубопроводах квартальных сетей горячего водоснабжения; —недогрев воды в водонагревательных установках, в результате которого повышается водоразбор, что приводит к увеличению потерь давления; —нечеткое управление работой хозяйственных насосов и отсутствие надежных средств автоматического управления; —неисправности запорной арматуры на трубопроводах системы горячего водоснабжения. Основными причинами нарушения теплового режима в системах горячего водоснабжения являются: —недогрев воды водонагревательными установками в результате уменьшения коэффициента теплопередачи из-за образования накипи, либо понижения температуры сетевой воды ниже минимально допустимой, либо неправильного включения секций водонагревателя по греющей воде, либо неисправностей или некачественной наладки регуляторов температуры и расхода воды; —гидравлическая разрегулировка систем горячего водоснабжения, которая вызывается пониженным сопротивлением секционных узлов системы или циркуляционных колец отдельных зданий; —зарастание системы ГВС отложениями, которые можно отмыть при использовании комплексонов; —потери воды вследствие утечек в разводящей системе. Таблица 11 Потенциал энергосберегающих технических решений и мероприятий № Снижение энергозатрат, Системы энергопотребления зданий п.п. %, не менее 1 Установка расходомеров для поквартирного учета расхода воды 5–20 2 Установка стабилизатора давления (при учете снижения на 1 атм) 5–40 3 Установка экономичных душевых сеток и водоразборной арматуры 5–35 4 Установка двухсекционных раковин, двухрежимных сливных бачков 5–45 5 Изоляция циркуляционных трубопроводов горячей воды 3–15 6 Использование теплоты вентиляционных выбросов на нужды ГВС 5–30 при помощи ТНУ 7 Использование смесителей с автотерморегуляторами 2–15 Подходы и принципы расчета экономии водных ресурсов В числе наиболее частых проблем неэффективного использования водных ресурсов можно указать отсутствие рационального экономического подхода к процессу водопотребления и высокий уровень непроизводительных расходов и потерь воды вследствие использования неоптимальных технических и организационных решений. Непроизводительные рас60 ходы включают в частности расходы воды на собственные нужды, противопожарные нужды, опорожнение, промывку и дезинфекцию водопроводных сетей при ремонтах. Потери воды складываются из видимых утечек из водопроводной сети, емкостных сооружений, домовой арматуры при авариях, а также скрытых утечек и потерь воды при ремонте. При выполнении плановых эксплуатационных мероприятий расход воды складывается из расхода воды на опорожнение участка (слив воды из системы); расхода воды на промывку участка; расхода воды на дезинфекцию участка. Расход воды в единицу времени на выполнение стандартных эксплуатационных действий зависит от протяженности участка, диаметра трубопровода и определяется как: W оп  0,785  d 2   , оп где W — расход воды на опорожнение участков системы, м3; d — диаметр участка трубопровода, м; ι – длина участка трубопровода, м. W пр  2800  d 2  v пр  Zпр , где Wпр — расход воды на промывку участков системы, м3; vпр — скорость воды для промывки участка трубопровода, м/с; Zпр — продолжительность промывки, ч. W д  0,785  d 2    (k1  k 2 ) , где Wд — расход воды на дезинфекцию участков системы, м3 ; k1 — коэффициент увеличения расхода воды на дезинфекцию; k2 — коэффициент увеличения расхода воды на промывку. В случае возникновения аварийных ситуаций к перечисленным выше расходам воды добавляются потери, связанные с неисправным состоянием трубопроводов (утечки): W нс  9600  Z нс    H ЦТП , где Wнс — потери воды при отказе элементов системы, м3; Zнс — продолжительность неисправного состояния (утечки), ч; НЦТП — напор на выходе из ЦТП, м; Ω — площадь поврежденной поверхности трубопровода, м2. Согласно статистическим данным по отказам на трубопроводах систем водоснабжения города наиболее встречающимися повреждениями, приводящими к утечкам воды, являются свищи, трещины и переломы трубы. Интенсивность отказов зависит от соотношения срока службы конструкции и межремонтного периода. При увеличении межремонтного периода частота проведения плановых мероприятий уменьшается, а аварийных — возрастает. Суммарные потери воды на каждом участке водопроводной сети также будут зависеть от периодичности проведения плановых ремонтных работ и вероятности аварийных ситуаций: Wi  I ав ( W оп  W пр  W д  W нс )  I пл (W оп  W пр  W д ) , где Iпл — частота проведения плановых мероприятий, год-1; Iав — частота аварийных ситуаций, год-1. Частота плановых мероприятий определяется, исходя из межремонтного периода: 1 I пл  , Z пл где Zпл — планируемый межремонтный период, год. Частота аварийных отказов зависит от протяженности трубопроводов, их срока службы и частоты проведения плановых мероприятий: I  I ав  отк  , Z ср 100 61 где Iотк — накопленная интенсивность отказов, определяемая по статистическим данным из соотношения межремонтного периода к наработке на отказ; ι — протяженность участка трубопровода, п.м.; Zср — средняя наработка на отказ, год. Результатом расчета является выбор оптимального решения по организации эксплуатации квартальной системы водоснабжения с позиции водосбережения и минимизации эксплуатационных затрат. При различных межремонтных периодах стоимость затрат на эксплуатацию квартальной системы водоснабжения, а также непроизводительные расходы и потери воды будут различными вследствие вероятностного характера возникновения отказов. Кроме того, для своевременного устранения отказов на трубопроводах системы водоснабжения формируется аварийная служба, работу которой также необходимо оптимизировать по величине издержек, связанных с ее организацией. Качество организации эксплуатации квартальной системы водоснабжения можно оценить не только по уменьшению непроизводительных расходов и потерь воды, но и по величине приведенных эксплуатационных затрат при различных межремонтных периодах. Чем меньше межремонтный период, тем ниже вероятность наступления отказа, но выше эксплуатационные затраты. Интенсивность эксплуатационных затрат с учетом плановых мероприятий и аварийных ситуаций будет складываться: С  I пл  С пл  I ав  С ав  С ущ  I пл  С мат  k ост , где Спл — стоимость планового ремонта при перекладке всех участков трубопровода, руб; Сав — стоимость аварийного ремонта по устранению утечек воды, руб; Сущ — стоимость ущерба, оцениваемая по величине потерь воды, руб/год; Смат — стоимость материала при замене 1 п.м. трубопровода, руб; kост — остаточный ресурс конструкции к моменту выполнения плановых работ. ОСНОВНЫЕ ТЕНДЕНЦИИ СБЕРЕЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПРИ РЕКОНСТРУКЦИИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ЗДАНИЙ Электробаланс здания состоит из прихода и расхода электрической энергии (активной и реактивной). В приход включается электроэнергия, полученная от энергосистемы и для предприятий выработанная электроустановками. Учет ведется по показаниям электросчетчиков. Расходная часть электробаланса активной электроэнергии делится на следующие статьи расхода: —прямые затраты электроэнергии на основные технологические процессы и на нужды потребителей; —косвенные затраты на основные технологические процессы вследствие их несовершенства или нарушения технологических норм; —затраты энергии на вспомогательные нужды (вентиляция, освещение и др.); —потери в элементах системы электроснабжения (трансформаторах, линиях, компенсирующих устройствах, двигателях и др.); —отпуск сторонним потребителям (столовые, клубы, поселки, магазины, транспорт). В зависимости от специфики здания набор статей может быть различным, может отсутствовать часть статей. Как правило, в современных зданиях ведется постоянный учет расхода электроэнергии, оборудован входной коммерческий учет на ТП, на распределительных устройствах для крупных внутренних потребителей и на индивидуальных вводах квартир установлены электросчетчики. Зачастую системы электроснабжения эксплуатируются не в номинальных режимах, электрооборудование и распределительные сети оказываются перегружены или недогружены. Это приводит к увеличению доли потерь в трансформаторах, электродвигателях, к снижению энергоэффективности системы электроснабжения. 62 Экономия потребляемой электрической энергии достигается непосредственно через снижение потерь электрической энергии в системах трансформирования, распределения и преобразования (трансформаторы, распределительные сети, электродвигатели, системы электрического уличного и местного освещения), а также через оптимизацию режимов эксплуатации оборудования, потребляющего эту энергию. Причем последнее дает наибольший экономический эффект (до 70–80% от общей экономии). Неоправданные потери в трансформаторах наблюдаются как при недогрузках, когда потребляемая мощность значительно ниже номинальной мощности трансформатора, работающего в режиме, близком к режиму холостого хода (потери составляют 0,2–0,5% от номинальной мощности трансформатора), так и при перегрузках. Большие, сверхнормативные потери могут быть и в длинных, перегруженных распределительных сетях. Электродвигатели являются наиболее распространенными электропотребителями коммунальных предприятий. На них приходится около 80% потребления электроэнергии. Большую долю установленной мощности составляют асинхронные электродвигатели. Практически каждая квартира оборудована электросчетчиками и население само заинтересовано в сбережении электроэнергии. С ростом цен на электроэнергию население больше уделяет внимания приобретению экономичного электрооборудования (холодильники, осветительные приборы и т.п.). Все большее распространение приобретают экономичные точечные источники освещения, которые создают необходимый уровень освещенности в рабочей зоне и мягкий рассеянный свет в квартире. Бытовую аппаратуру необходимо характеризовать таким качеством, как энергоэкономичность. Примерно 3–5% общего электропотребления ЖКХ расходуется на обеспечение функционирования систем освещения. Новые энергоэффективные источники света позволяют значительно снизить затраты электроэнергии на освещение. Так, при замене ламп накаливания на люминесцентные источники света в 6 раз снижается электропотребление. Одной из рекомендаций по снижению энергопотребления является более широкое применение местных источников освещения. Таблица 12 Возможная экономия электрической энергии при переходе на более эффективные источники света При замене источника света Средняя экономия электроэнергии, % ЛН на КЛЛ 40– 60 ЛН на ЛЛ 40–54 ЛН на ДРЛ 41– 47 ЛН на МГЛ 54–65 ЛН на НЛВД 57– 71 ЛЛ на МГЛ 20–23 ДРЛ на МГЛ 30–40 ДРЛ НЛВД 38– 50 Примечание: лампы накаливания общего назначения (ЛН), люминесцентные лампы (ЛЛ), компактные люминесцентные лампы (КЛЛ), дуговые ртутные лампы (ДРЛ), натриевые лампы высокого давления (НЛВД), металлогалогенные лампы (МГЛ) Применение комбинированного (общего и локального) освещения вместо общего освещения, а также различные способы регулирования искусственного освещения позволяют снизить интенсивность общего освещения и, в конечном счете, получить экономию электрической энергии. 63 Таблица 13 Экономия электрической энергии при применении комбинированной системы освещения Доля вспомогательной площади от полной площади помещения, Экономия электрической энергии, % % 25 20–25 50 35–40 75 55– 65 Таблица 14 Оценка возможностей экономии электрической энергии при различных способах регулирования искусственного освещения Число рабо- Вид естественного освеще- Способ регулирования искусст- Экономия электрической чих смен ния в помещении венного освещения энергии, % 1 Верхнее непрерывное 36–27 ступенчатое 32–13 Боковое непрерывное 22–7 ступенчатое 12–2 1 Верхнее непрерывное 36–27 ступенчатое 32–13 Боковое непрерывное 22–7 ступенчатое 12–2 Автоматическое поддержание заданного уровня освещенности с помощью частотных регуляторов питания люминесцентных ламп, частота которых пропорциональна требуемой мощности освещения, позволяет достичь экономии электроэнергии до 25–30%. Применение пленочных отражателей на люминесцентных светильниках позволяет на 40% сократить число ламп и следовательно, мощность светильников. Комплексная модернизация системы освещения позволяет экономить до 20–30% электроэнергии при среднем сроке окупаемости 1,5–2 года. Потенциал экономии электрической энергии в осветительных установках при проведении комплексных мероприятий: —чистка светильников; —очистка стекол световых проемов; —окраска помещений в светлые тона; —своевременная замена перегоревших ламп. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА И РЕШЕНИЯ СБЕРЕЖЕНИЯ РЕСУРСОВ В СОВРЕМЕННЫХ СИСТЕМАХ ВЕНТИЛЯЦИИ, КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ При оценке энергоэффективности систем вентиляции и кондиционирования необходимо сравнивать нормативные и фактические показатели потребления тепла и электрической энергии на привод системы. Доля вентиляционных систем в общем потреблении энергии в общественных и промышленных зданиях значительна и может изменяться в течение дня, недели и года. Резервами экономии ресурсов является возможность рекуперации тепловой энергии (теплоты вытяжного вентиляционного воздуха), возможность применения регулируемых электроприводов при переменном режиме эксплуатации. При охлаждении или обогреве зданий с помощью воздушных систем отопления большие потери, соизмеримые с расчетным теплопотреблением на отопление здания, могут возникнуть за счет инфильтрации наружного воздуха через неплотности ограждения зданий. Традиционные решения для уменьшения потерь энергии в вентиляционных системах: —создание переходных камер на дверях (тамбуров); —установка автоматической системы включения воздушных завес при открытии дверных проемов; 64 —уплотнение строительных ограждающих конструкций здания; —проверка герметичности вентиляционных воздуховодов (уменьшение расхода воздуха, тепла и потребляемой мощности электродвигателем привода вентилятора); —отключение вентиляции в ночные и нерабочие периоды; —широкое применение местной вентиляции; —применение систем частотного регулирования двигателей вентиляторов вместо регулирования заслонкой. Установка частотного регулятора имеет срок окупаемости до 1,5–2 лет при широком диапазоне регулирования расхода воздуха через вентиляционную систему и значительной доле времени работы с подачей 50% и менее от максимального рабочего значения; —уменьшение потерь давления вследствие снижения скорости воздуха в воздуховодах (при увеличении внутреннего диаметра воздуховода в два раза, скорость воздуха снижается в 4 раза, а потери давления уменьшаются на 75%. Удвоение скорости потока воздуха в 4 раза увеличивает необходимое давление, создаваемое вентилятором, и в 8 раз потребляемую им мощность); —правильное согласование рабочих характеристик вентилятора с характеристикой вентиляционной системы при подборе передаточного отношения привода вентилятора; —своевременная очистка воздушных фильтров для уменьшения их гидравлического сопротивления; —организация рекуперации теплоты в количестве не менее 50% теплоты удаляемого воздуха. № п.п. 1 2 3 Таблица 15 Потенциал энергосберегающих технических решений и мероприятий Снижение энергоСистемы энергопотребления зданий затрат, % Применение систем принудительной вытяжной вентиляции с рекуперацией 10 теплоты при помощи ТНУ и использованием теплоты на нужды ГВС Применение полуавтоматических клапанов на притоке и вытяжке при естест5 венной гравитационной системе вентиляции Снижения притока холодного инфильтрующегося воздуха при замене старых 15 окон энергоэффективными конструкциями Одним из способов экономии энергии является автоматическое изменение мощности системы вентиляции/кондиционирования, учитывающей количество людей в помещении. Как правило, климатические системы в крупных зданиях, офисных центрах, вокзалах, больницах и т.д. почти всегда работают на полную мощность и почти никогда не совпадают с «зоной комфорта» людей. Автоматизация вентиляции позволит сэкономить гораздо больше, чем интеллектуализация освещения, поскольку количество энергии, потребляемой освещением, несравнимо меньше той, которая расходуется на обеспечение систем отопления и вентиляции. Например, добавление «умного» датчика, измеряющего количество людей в помещении, позволяет экономить до 40% энергии здания. Примерные вопросы для подготовки к экзамену 1. Проект производства работ. Нормативные документы. Содержание раздела "Энергоэффективность" 2. Алгоритм составления энергопаспорта здания 3. Содержание энергопаспорта. Требования к оформлению 4. Показатели тепловой защиты здания. Нормирование 5. Нормирование показателя теплозащитной оболочки здания 6. Нормирование санитарно-гигиенического показателя тепловой защиты здания 7. Нормирование комплексного показателя тепловой защиты здания 65 8. Паспортизация здания. Показатели тепловой защиты здания 9. Расчет расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания за отопительный период 10. Классы энергосбережения здания 11. Методика расчета удельной теплозащитной характеристики здания 12. Присвоение класса энергоэффективности здания 13. Методика расчета приведенного сопротивления теплопередаче с учетом термической однородности 14. Удельные характеристики здания. Методика расчета 15. Расчет теплопотерь здания за отопительный период 16. Свойства современных утеплителей 17. Утепление наружных стен как способ повышения энергоэффективности здания 18. Программа энергоресурсосбережения. Основные задачи. Уровни реализации 19. Факторы, препятствующие развитию программы энергоресурсосбережения 20. Структура потерь тепла при производстве тепловой энергии. Алгоритм повышения экономичности 21. Структура потерь тепла при транспортировке тепловой энергии. Алгоритм повышения экономичности 22. Структура потерь тепла при потреблении тепловой энергии. Алгоритм повышения экономичности 23. Энергоаудит. Задачи, объекты, результаты обследования при эксплуатации зданий 24. Организационные ресурсосберегающие мероприятия при эксплуатации зданий 25. Технические ресурсосберегающие мероприятия при эксплуатации зданий 26. Эффективность традиционных и современных систем отопления с точки зрения энергосбережения 27. Нетрадиционные источники ресурсов. Возможности применения нетрадиционных технологий ресурсосбережения при эксплуатации зданий в различных регионах страны 28. Типовые энергосберегающие проекты 29. Конструктивные энергосберегающие мероприятия. Эффективность и окупаемость 30. Технологические энергосберегающие мероприятия. Эффективность и окупаемость 31. Инженерные энергосберегающие мероприятия. Эффективность и окупаемость 32. Сравнительная оценка энергоэффективности работ при капитальном ремонте и реконструкции здания 33. Понятие "пассивного" дома 34. Экспертные оценки проектных решений окон с точки зрения энергосбережения 35. Экономическое обоснование теплосберегающих мероприятий. Методика определения срока окупаемости конструкций энергоэффективных окон 36. Экономическое обоснование теплосберегающих мероприятий. Методика определения экономически целесообразного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций 37. Современные направления водосбережения при эксплуатации зданий 38. Основные тенденции сбережения электроэнергии при реконструкции и эксплуатации зданий 39. Критерии оценки эффективности ресурсосбережения современных систем водоснабжения 40. Технические средства и решения сбережения ресурсов в современных системах вентиляции, кондиционирования 41. Основные эксплуатационные мероприятия, направленные на экономию топливноэнергетических ресурсов. 42. Подходы и принципы расчета экономии водных ресурсов. 43. Энегоаудит систем электроснабжения. Электробаланс и оценка электропотребления. 44. Структура потерь электроэнергии на различных звеньях системы электроснабжения. 66 45. Измерительные приборы для проведения энергетических обследований. 46. Структура потерь водных ресурсов во всех звеньях водопроводного хозяйства. 47. Технологии снижения непроизводительных расходов воды в системах холодного и горячего водоснабжения. 48. Эксплуатационные мероприятия по снижению утечек воды. 49. Городская целевая программа "Чистая вода Москвы". Задачи, реализация. 50. Проблемы рационального водопользования. 51. Понятие энергосервисного контракта. 52. Энергоэффективное оборудование управления параметрами микроклимата. 53. Опыт зарубежных стран по энергосберегающей санации городской застройки 54. Принципы тепловизионного обследования. Возможности применения для диагностики электро- и теплотехнического оборудования. 55. Влияние технического состояния объектов городской застройки на их энергоэфективность. 56. Методика оценки инфильтрационных теплопотерь в объектах городской застройки. 57. Сравнительная оценка современных технологий наружного утепления стен здания. 58. Свойства утеплителей, определяющие возможности их применения для утепления различных конструкций и в различных технологических решениях. 59. Технология энергосбережения на тепловом вводе 60. Наладка и регулировка инженерных систем как фактор ресурсосбережения. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Кувшинов Ю. Я. Энергосбережение в системе обеспечения микроклимата зданий. Монография — М. : МГСУ : Изд—во АСВ, 2010. — 320 с. 2. Полонский В.М., Трутнева М.С. Энергосбережение. — М.: Изд—во АСВ, 2005. — 160 с. 3. Примеры расчетов по организации и управлению эксплуатацией зданий: Учебное пособие для вузов. /Л.Ф. Шубин, О.В. Датюк, Ю.В. Кононович и др. — М.: Стройиздат, 1991, 280 с. 4. Сибикин М.Ю., Сибикин Ю.Д. Технология энергосбережения. Учебник. — М.: Форум, 2010. — 351 с. 5. СНиП 23—01—99*. Строительная климатология. 6. Свод правил СП 54.13330.2011 «СНиП 31—01—2003. Здания жилые многоквартирные». Актуализированная редакция СНиП 31—01—2003 (утв. Приказом Министерства регионального развития РФ от 24 декабря 2010 г. N 778). 7. Свод правил СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий». Актуализированная редакция СНиП 23—02—2003 (утв. приказом Министерства регионального развития Российской Федерации (Минрегион России) от 30 июня 2012 г. N 265). 8. Табунщиков Ю.А., Бродач М.М., Шилкин Н.В. Энергоэффективные здания. — М.: Авок— Пресс, 2003. — 200 с. 9. Энергосбережение в ЖКХ. / под ред. Примака Л.В., Чернышова Л.Н. — М.: Академический проспект; Альма Матер, 2011. — 582 с. Отв. за выпуск — кафедра жилищно-коммунального комплекса Подписано к использованию г. Уч.-изд. л 3,35. Объем данных 187 Кб Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет» (НИУ МГСУ). 129337, Москва, Ярославское ш., 26. Издательство МИСИ – МГСУ. Тел. (495) 287-49-14, вн. 13-71, (499) 188-29-75, (499) 183-97-95. E-mail: ric@mgsu.ru, rio@mgsu.ru 67