CC BY
93
-------------------□ □----------------------
Статтю присвячено аналізу витрат теплової енергії та температурному режиму приміщень в умовах застосування регулювання внутрішньої температури повітря. Отримані результати досліджень дають можливість оцінити економічний ефект від застосування регулювання при різних варіантах утеплення будівлі
Ключові слова: програмний відпуск теплоти, огороджуючі конструкції, утеплення стін, економічний ефект
□-----------------------------------□
Статья посвящена анализу расхода тепловой энергии и температурному режиму помещений в условиях применения регулирования внутренней температуры воздуха. Полученные результаты исследований дают возможность оценить экономический эффект от применения регулирования при различных вариантах утепления здания
Ключевые слова: программный отпуск
теплоты, ограждающие конструкции, утепление стен, экономический эффект______________
УДК 621.8.036:338.364
економія енергоресурсів при програмному відпуску теплоти
Б. А. Кутний
Кандидат технічних наук, доцент* Е-mail: kytnuba@rambler.ru А. О. Борисюк
Астрант*
Е-mail: borisyukyana@gmail.com *Кафедра теплогазопостачання, вентиляції і теплоенергетики Полтавський національний технічий університет ім. Юрія Кондратюка пр. Першотравневий, 24, м. Полтава, Україна, 36601
1. Вступ
Незважаючи на необхідність дотримання допустимих параметрів мікроклімату в опалюваних приміщеннях важливим питанням є отримання економії енергоресурсів, які витрачають на підтримання цих самих умов. Одним з перспективних способів досягнення економічного ефекту в адміністративних будівлях є застосування програмного регулювання відпуску тепла. Цей вид регулювання є засобом, котрий дозволяє підтримувати задані параметри мікроклімату в робочий час та отримувати економію енергоресурсів за рахунок зниження температури внутрішнього повітря будівель в неробочий час.
2. Аняліз літературних даних і постановка проблеми
На початку ХХІ століття нормативними документами [1] було визначено опір теплопередачі огороджу-вальних конструкцій. Діючі будівельні норми і правила встановлюють вимоги до теплового захисту будівель з метою економії енергії. Зараз відомо багато способів утеплення будівель. Важливим моментом тут постає тепловологісний режим утеплених конструкцій, що досліджувалось багатьма вченими [2 - 4]. Проте, питання теплового режиму огороджень в умовах застосування програмного відпуску теплоти залишається неповністю висвітленим й досі.
Відсутність місцевого регулювання призводить до періодичного перегрівання повітря в приміщеннях та перевитрат теплової енергії. Завдання керування відпуском теплоти на опалення є досить складним, оскільки параметр регулювання (температура опалювальних приміщень) залежить від великої кількості як зовнішніх, так і внутрішніх факторів. Існуючі методи
регулювання витрат теплоти в абонентських теплових пунктах відображенні в роботах [5 - 9].
Саме лише підвищення точності регулювання на джерелі теплоти не може дати значної економії енергоресурсів. Для отримання більшої економії разом із застосуванням регулювання необхідно зменшити тепловитрати будівлі шляхом її утеплення. Проте, утеплення будівель має обмежений рівень економії енергоресурсів. Збільшення опору теплопередачі потребує постійних капітальних затрат. Аналіз впливу різних способів утеплення будівлі на її температурний режим дозволить визначити найбільш ефективний із них.
3. Ціль і задачі дослідження
Головним завданням є дослідження шляхів підвищення економії теплової енергії при програмному регулюванні температурного режиму будівель.
4. експериментальні дані та їх обробка
Розглянемо температурний режим приміщення адміністративної будівлі, а саме корпусу №9 ПолтНТУ м. Полтави. Маємо приміщення з наступними параметрами: будівля цегляна; товщина зовнішніх стін -
0.72 м; товщина внутрішніх стін - 0.51 м; водотрубна система опалення з можливістю автоматичного управління 3-х ходовим регулятором в пропорційному режимі; регулювання температури води в подаючому трубопроводі системи опалення здійснюється за пропорціонально-інтегральним законом з корекцією по температурі внутрішнього повітря; інфільтрацію враховано 1-но кратним повітрообміном (2.56 кг/сек);
З
© Ь. H. Нуп-иД H. о. bupucioK. 201S
інсоляція та побутові теплонадходження не враховуються; площа зовнішніх стін - 804.88 м2; площа внутрішніх стін - 5344 м2; площа вікон - 155.52 м2; опір теплопередачі вікна - 0.5 м2°С/Вт; площа поверхні опалювальних приладів та відкрито прокладених трубопроводів - 260.67 м2; маса внутрішнього середовища приміщення - 16417.15 кг; середня теплоємність внутрішнього середовища приміщення -1005 Дж/кг°С.
Початкові умови: температура поверхні опалювальних приладів - 61 °С;коефіцієнт теплообміну біля зовнішньої поверхні стіни - 23 Вт/ м2°С; коефіцієнт теплообміну біля внутрішньої поверхні стіни -8.7 Вт/ м2°С;температура внутрішнього повітря -20.5 °С.
Обрахунки здійснюються за системою диференційних рівнянь з відповідними граничними умовами [10].
Розглянемо декілька можливих способів отримання економії енергоресурсів на прикладі цієї будівлі.
Найбільш поширеним способом зменшення тепловтрат є утеплення зовнішніх стін будівлі. Виконаємо розрахунки для трьох варіантів утеплювання огороджуючих конструкцій (ОК) мінеральною ватою:
1. утеплення зовнішніх стін (ЗС) ззовні (товщина утеплювача 0.1 м);
2. утеплення внутрішніх стін (ВС) з обох боків по 0.05 м;
3. утеплення одночасно зовнішніх і внутрішніх стін (товщина утеплювача для ЗС - 0.1 м ззовні, для ВС -0.05 м з обох боків).
Програмне регулювання відпуску теплоти створює динамічний температурний режим в приміщенні. Результати розрахунку температурного режиму будівлі при програмному регулюванні і різних способах утеплення зображено на рис. 1 при середній опалювальній температурі зовнішнього повітря для м. Полтави.
-Неутеплені ОК -Утеплення ВС -Утеплення ЗС -Утеплення ЗС+ВС
Рис. 1. Температура повітрябуд івлі при програмному регулюванні відпуска тепла
0000 иконаємо розрахунок витрат енергії будівлі при різних способах утеплення із застосуванням програмного відпуску теплоти та без. Порівняємо, який економічний ефект можна отримати шляхом утеплення огороджуючих конструкцій та шляхом застосування регулювання внутрішньої температури повітря. Результати розрахунку за час z=500 год зображені на рис. 2.
Економічний ефект від утеплення конструкцій та застосування програмного відпуску теплоти у відсотковому співвідношенні приведено в табл. 1.
■а
шт
шт
□ без програмного регулювання
Із програмним регулюванням
Рис. 2. Витрата енергії для різних варіантів утеплення огороджуючих конструкцій при зовнішній температурі повітря відповідно а) -20°С; б) -10°С; в) -1.9°С; г) +5°С, де: 1 — не утеплені ОК; 2 — утеплені ВС; 3 — утеплені ЗС; 4 — утеплені ЗС+ВС
Усереднивши отримані результати по табл. 1, видно, що без застосування програмного регулювання зовнішнє утеплення огороджуючих конструкцій дає економію енергоресурсів близько 8.4 %, утеплення зовнішніх і внутрішніх конструкцій - 9.4 %. Застосування програмного відпуску теплоти навіть в не утепленій будівлі приведе до економії енергоресурсів у розмірі 5.1 %, при зовнішньому утепленні огород-
240000
220000
200000
2
3
4
а
80000
2
3
4
б
90000
70000
50000
30000
2
3
4
в
оииии
ьииии
40000
20000
0
2
3
4
г
Е
жуючих конструкцій - близько 9.5 %, при утепленні внутрішніх стін - 15.8 %, при утепленні зовнішніх і внутрішніх конструкцій - 18.9 %.
Таблицяі
Економічний ефект від застосування програмного відпуску тепла
tз, -С Економічний ефект, %
Не утеплені огороджуючі конструкції Утепленя зовнішніх стін Утеплення внутрішніх стін Утеплення зовнішніх і внутрішніх стін
я н ва ю ч & е р з е Б Програмне регулювання я н ва ю ь е р з е Б Програмне регулювання Без регулювання Програмне регулювання я н ва ю е р з е Б Програмне регулювання
-20 0 5,6 6,5 11,6 0 14,4 6,6 17,6
-10 0 3,6 6,8 10,8 0 16,3 9,1 16,5
-1,9 0 6 9,8 9,7 0 14,3 10,3 19,4
+5 0 5,1 10,6 6 0 18,2 11,8 21,9
5. Висновки
Отже, можна зробити наступні загальні висновки:
1) Застосування програмного відпуску теплоти в не утепленій будівлі дає порівняно невелику економію енергоресурсів (5 %).
2) Максимальний ефект від регулювання відпуску теплоти можна отримати шляхом утеплення зовнішніх і внутрішніх огороджуючих конструкцій (18.9 %), проте це потребує додаткових капітальних затрат.
3) Якщо порівнювати відсоток економії теплоти від утеплення зовнішніх та внутрішніх стін видно, що більший економічний ефект дає утеплення внутрішніх огороджень. Причини, які дають їм перевагу над зовнішніми огородженнями:
• висока швидкість перехідних теплових процесів в приміщенні;
• нижча середня температура внутрішнього повітря, що дозволяє отримати максимальну економію енергоресурсів при програмному відпуску теплоти;
• внутрішні огороджуючі конструкції акумулюють приблизно в два рази більшу кількість теплоти, ніж зовнішні;
• мають більш високу середню температуру і менше піддаються зволоженню.
Тому, при застосуванні відпуску теплоти в першу чергу варто утеплювати саме внутрішні стіни будівлі. Поєднання цих двох складових: програмного відпуску теплоти разом із утеплення огороджуючих конструкцій дозволяє отримати економію енергоресурсів у розмірі 15-20 % річних витрат теплоти.
Література
1. ДБН В2.6-31:2006 «Конструкції будинків і споруд. Теплова ізоляція будівель» - Київ: Мінбуд України, 2006. - 68 с.
2. Богословский, В.Н. Тепловой режим здания / В. Н. Богословский. - М.: Стройиздат, 1979. - 248 с.
3. Строй, А.Ф. Управление тепловым режимом зданий и сооружений / А.Ф. Строй. - К.: Вища шк., 1993. -155с.
4. Табунщиков, Ю.А. Энергоэффективные здания / Ю.А. Табунщиков, М. М. Бродач, Н. В. Шилкин. - М.: АВОК-ПРЕСС, 2003. - 200 с.
5. Чистович, С.А. Автоматическое регулирование расхода тепла в системах теплоснабжения и отопления / С.А. Чисто-вич. - Л.: Стройиздат, 1975. - 159 с.
6. Столпнер, Е.Б. Программный отпуск тепла в системах отопления жилых и общественных зданий / Е.Б. Столпнер, И.Б. Шаган // Пути экономии топлива в городском хозяйстве: сб.тр. Материалы к семинару 5-7 сентября 1972 г. ЛДНТП, 1972. - С. 65 - 69
7. Зингер, Н.М. Исследование нестационарного режима подачи тепловой энергии на отопление / Н.М. Зингер, Ю.В. Кононович, А.Л. Бурд // Изв. вузов. Энергетика. 1987. - № 8. - С. 75 - 81
8. Сафронов, А.П. Автоматизация систем централизованного теплоснабжения / А.П. Сафронов. - М.: Энергия, 1974. -272 с.
9. Богуславский, І.Д. Снижение расходов энергии при работе систем отопления и вентиляции / Л.Д. Богуславский. - М.: Стройиздат, 1985. - 342 с.
10. Борисюк А.О. Моделирование тепловлажностного режима помещений при программном отпуске теплоты / А.О. Борисюк, Б.А. Кутный // Материалы Тринадцатой Международной научной конференции «Новые идеи нового века-2013». Том2. - Хабаровск: ТОГУ, 2013. - С. 232 - 238
