CC BY
160
УДК 628.8
Энергетические показатели зданий учебных корпусов
Канд. техн. наук, доцент Лысёв В.И. kafedra - kv@yandex.ru Чурюмов М.С., Шилин А.С.,
Университет ИТМО 191002, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, 9
В основе энергетической оценки зданий и сооружений лежит комплексный показатель -удельный расход тепловой энергии на отопление здания за отопительный период. Численное значение этого показателя регламентируется нормативными документами в зависимости от назначения и числа этажей конкретного здания.
Для определения расчетного значения удельного расхода тепловой энергии на отопление здания за отопительный период, необходимо знать теплотехнические и геометрические характеристики отдельных ограждающих конструкций здания, а так же условия их функционирования в зависимости от климатических условий региона, в котором находится здание.
Были проведены натурные обследования и выявлены реальные теплотехнические и геометрические характеристики ограждающих конструкций в соответствии с требованиями энергетического паспорта здания. Это позволило выполнить необходимые расчеты по определению удельного расхода тепловой энергии на отопление здания за отопительный период. Было проведено сопоставление полученных результатов с нормативными величинами.
Ключевые слова: Энергетические показатели, отапливаемый объем здания, показатель компактности здания, коэффициент остекленности фасада, тепловая защита здания, удельный расход тепловой энергии.
Energy indicators of educational buildings
Ph.D. Lysyov V.I. kafedra - kv@yandex.ru Churyumov M.S., Shilin A.S.
ITMO University 191002, Russia, St. Petersburg, Lomonosov str., 9
The specific heat consumption for building heating during heating season is complex indicator. This indicator is main thing of energy assessment of buildings and constructions. In depending of function and number of flours of building, the numerical value is regulated by normative documents.
For determine of calculation value of specific heat consumption for building heating during heating season, you need to know thermal and geometric properties of fencing structures of building and conditions of their functioning in depend on climatic conditions of region, where the building is situated.
The field investigations were made. The thermal and geometric properties have been identified with requirements of energy passport of building. This allowed to do required calculations on determination of specific heat consumption for building heating during heating season. It was made comparison of the results with normative documents.
Keywords: Energy indicators, Heating volume of a building, Index of the shape of a building, Glazing-to-wall ratio, Thermal performance of a building, Specific energy demand for heating.
В соответствии с требованиями Федерального Закона № 261-ФЗ «Об энергосбережении ...» [1] и Распоряжением Правительства РФ [2] для определения потенциала теплопотребления объекта необходимо иметь объективную информацию о его энергетических показателях. Актуальность этого вопроса непосредственно связана с эффективностью использования энергоресурсов в технологических процессах систем обеспечения микроклимата в зданиях и сооружениях [3, 4].
В рамках отработки методики энергетического обследования общественных зданий были проведены натурные обследования и необходимые расчеты, позволившие определить энергетические показатели зданий учебных корпусов института холода и биотехнологий (ИХ и БТ). Здания были построены в разное время и имеют отличающиеся друг от друга архитектурно-строительные решения.
Отсутствие необходимой технической документации потребовало проведения натурных обследований с целью получения необходимой расчетной информации о геометрических характеристиках фрагментов зданий и теплотехнических параметрах строительных ограждающих конструкций: светопро-зрачных (окнах) и непрозрачных (стенах, покрытиях и т.д.).
Работы проводились в следующей последовательности:
- проведение натурных измерений архитектурно-строительных элементов всех зданий учебных корпусов с целью определения их геометрических размеров и теплотехнических свойств ограждающих конструкций;
- определение теплотехнических характеристик (общих термических сопротивлений теплопередаче) наружных ограждений;
- вычисление энергетических характеристик каждого здания или сооружения по методикам, представленным в СНиПах [5, 6] и Сводах Правил [7, 8].
Расчетный удельный расход тепловой энергии на отопление здания цзд определяется по формуле [6, 8]:
?зд = £зд / (Узд *ГСОП),
где: Qзд - расход тепловой энергии на отопление здания в течение отопительного периода;
Узд - отапливаемый объем здания, равный объему, ограниченному внутренними поверхностями наружных ограждений здания;
Градусо-сутки отопительного периода (ГСОП) определяются по формуле [6, 8]:
ГСОП = (¿в - ¿н.ср) гоп,
где: ¿в - расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания;
¿н.ср, гоп - средняя температура наружного воздуха и продолжительность отопительного периода, принимаемые по СНиП [9] и Своду правил [10] для условий географического пункта, в котором находится здание.
Расход тепловой энергии на отопление здания в течение отопительного периода ^зд, равный общим потерям теплоты (теплопотерям) здания определяется по следующей зависимости [6, 8]:
Qзд = кобщ ^гр ГСОП,
где: кобщ - общий коэффициент теплопередачи здания;
^огр - суммарная площадь наружных ограждений.
Общий коэффициент теплопередачи здания вычисляется по уравнению [6, 8]:
кобщ = кпр + кусл,
где: кпр - приведенный (трансмиссионный) коэффициент теплопередачи, определяемый по формуле [6, 8]:
кпр = (когр*^гр)ЛУогр,
где: когр и ^огр - соответственно коэффициент теплопередачи и площадь внутренней поверхности отдельного наружного ограждения;
»Уогр - общая (суммарная) площадь внутренних поверхностей наружных ограждений.
Условный коэффициент теплопередачи кусл, учитывающий дополнительные теплопотери за счет инфильтрации и вентиляции определяется по зависимости [6, 8]:
кусл = св (инф / $огр,
где: св - удельная теплоемкость воздуха;
(инф - расход инфильтрационного воздуха, определяемый по таблице 11 СНиП 23-02 из расчета на 1 кв.м остекления.
В состав энергетического паспорта здания входят величины расчетного показателя компактности здания и коэффициент остекленности фасада здания.
Расчетный показатель компактности здания ккомп следует определять по формуле [6, 8]:
ккомп = $огр /Кзд,
где: »Уогр - общая площадь внутренних поверхностей наружных ограждающих конструкций, включая покрытие (перекрытие) верхнего этажа и перекрытие пола нижнего отапливаемого помещения.
Кзд - отапливаемый объем здания, равный объему, ограниченному внутренними поверхностями наружных ограждений здания.
Коэффициент остекленности фасада здания кост определяют по формуле [6, 8]:
кост = $ост /Уогр,
где: »Уост - общая площадь поверхностей световых проемов наружных ограждающих конструкций (остекления);
$огр - суммарная площадь наружных ограждающих конструкций фасада здания, включая световые проемы.
Расчетный удельный расход тепловой энергии на отопление здания не должен превышать нормативного значения, определяемого по данным таблицы 9 СНиП 23-02 [6].
В таблице 1 представлены результаты инструментальных измерений и расчетов для учебных корпусов ИХ и БТ.
Таблица 1
Результаты измерений и расчетов
№№ Учебных корпусов Площадь ограждений, (кв.м) Объем здания (куб.м)
стены покрытия окна стеклопа-кеты Общая площадь
1 4820 5000 332 150 10302 71500
2 5114 4215 421 465 10215 66955
3 2927 1426 357 172 4882 20376
4 2730 1556 414 86 4784 26500
Термические сопротивления теплопередаче наружных ограждающих конструкций (стен, покрытий, светопрозрачных элементов - окон) определялись по методикам, представленным в СНиП 23-02-2003 [6] и Своде правил (СП 23-101-2003) [8].
Коэффициенты теплопередачи наружных массивных ограждений (наружных стен и покрытий) составили величину не более 1,0 (Вт/М2 ■ °С).
По данным Свода Правил [8] термические сопротивления окон в деревянных переплетах и стекло-пакетов составляют соответственно 0,33 (м2 ■ °С/Вт) и 0,5 (М2 ■ °С/Вт). При этом значения коэффициентов теплопередачи будут равны соответственно 3,0 (Вт/м2 ■ °С) и 2,0 (Вт/м ■ °С).
Используя данные, представленные в таблице 1, выполним расчет энергетической эффективности для корпуса № 1.
Приведенный (трансмиссионный) коэффициент теплопередачи:
Лпр = (Логр*^гр)ЛУогр = (1*9820 + 3*332 + 2*150) / 10302 = = 1,08 (Вт/м2 -°С).
Условный коэффициент теплопередачи:
Лусл = св <7инф / Догр = 0,28 (1,0*6*482)/ 10302 =
=0,08 Вт/м2 -°С).
Общий коэффициент теплопередачи здания:
Лобщ = Апр + Лусл = 1,08 +0,08 = 1,16 (Вт/м2 ■ °С).
Градусо-сутки отопительного периода (ГСОП) для условий Санкт-Петербурга составляют:
ГСОП = (?в - ¿н.ср) zоп = [20 - (-1,8)] 220 = 4800.
Расход тепловой энергии на отопление здания в течение отопительного периода Qзд, равный общим потерям теплоты (теплопотерям) здания:
Qзд = ¿общ ^гр ГСОП = 0,0864 (1,16* 10302* 4800) = 5,5 ГДж
Расчетный удельный расход тепловой энергии на отопление здания цзд равен:
цзд = Qзд / (Узд ГСОП) = 1000 (5,5 ) / (71500*4800) =
=16 (кДж/куб.м*ГСОП).
Нормативное значение удельного расхода тепловой энергии на отопление здания, по данным таблицы 9 СНиП 23-01 составляет ^норм = 31 (кДж/куб.м*ГСОП), что превышает расчетное значение почти в два раза.
Кроме того, согласно предписаниям энергетического паспорта здания [6, 8], необходимо определить расчетный показатель компактности здания и коэффициент остекленности фасада здания.
Расчетный показатель компактности здания:
¿комп = Догр /Узд = 10302 / 71500 = 0,14 (1/м)
Коэффициент остекленност фасада здания:
кост = Дост ЛУогр = (332 + 150) / 10302 = 0,05
Аналогичные расчеты были проведены для зданий всех учебных корпусов, а итоговые результаты этих расчетов в таблице 2.
Таблица 2
Сводные данные по всем зданиям
№№ Общий ко- Годовой Удельный рас- Коэффи- Коэффи- ци-
Учебных эфф.тепло- пе- расход те- ход теплоты циент ком- ент осте-
корпусов редачи плоты (кДж/куб.м) пакт-ности кленности
(Вт/кв.м*град) (гДЖ) (1/м) фасада
1 1,16 5,5 16,0 0,14 0,05
2 1,28 6,0 18,7 0,15 0,09
3 1,34 3,0 30,8 0,24 0,11
4 1,40 3,0 24,0 0,18 0,10
Таким образом, комплексный показатель энергетической эффективности зданий учебных корпусов - удельный расход тепловой энергии на отопление за отопительный период, соответствует нормативным значениям.
Список литературы
1. Федеральный закон от 23.11.2009 № 261 «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».
2. Распоряжение Правительства Российской Федерации от 01.12.2009 № 1830-р.
3. Коченков Н.В., Немировская В.В. Содержательная постановка задачи векторной оптимизации для систем кондиционирования воздуха // Вестник Международной академии холода. № 1. 2012.
4. Коченков Н.В., Немировская В.В. Метод решения задачи векторной оптимизации для систем кондиционирования воздуха // Вестник Международной академии холода. № 2. 2012.
5. СНиП 41-01-2003. «Отопление, вентиляция и кондиционирование». /Госстрой России. М.: 2004.
6. СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий». /Госстрой России. М.: 2004.
7. Свод правил (СП 23-101- 2003) «Отопление, вентиляция и кондиционирование». /Госстрой России. М.: 2004.
8. Свод правил (СП 23-101- 2003) «Проектирование тепловой защиты зданий». /Госстрой России. М.: 2004.
9. СНиП 23-01-99 «Строительная климатология». М.: Госстрой России. М.: 2003.
10. Свод правил (СП 131. 1333.2012) «Строительная климатология». Госстрой России. М.: 20012.
