Энергоэффективные жилые здания в климатических условиях северного Китая Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЕ ЖИЛЫЕ ЗДАНИЯ В КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ СЕВЕРНОГО КИТАЯ

Лу Вэйцзе А. К. Соловьёв

МГСУ

В статье проанализированы климатические особенности северного Китая, сделан анализ современного состояния и недостатков проектирования и строительства жилых зданий в северном Китае. С точки зрения строительной теплотехники были исследованы и предложены наиболее рациональные ограждающие конструкции стен, покрытий и остекления обеспечивающие минимальные затраты энергии на отопление и на охлаждение зданий.

The paper analyses the climate in north China, expounds the present situation and shortage of energy effective structures in north China. The analysis and suggestions are made for energy saving of north China's housing structures based on architectural physics calculations.

По климато-географическим признакам, Китай разделен на южный, северный, северо-западный и Цинхай-Тибетский регион. Северный Китай находится в зоне с умеренным муссонным климатом, для которого характерна резкая смена времен года. Среднегодовая температура составляет - 4-16°. Она уменьшается с юга на север. Количество суток отопительного периода на 90-145 дней. По нормативному документу GB50176-1993(HopMbi Китая), с точки зрения строительной теплотехники на территории северного Китая выделяется 2 района: суровый и холодный. В данном регионе, по климатическим условиям, требуется теплозащита зданий в зимний период, а в некоторых частях холодного района защита от излишнего перегрева в теплый период.

На основании изученных климатических особенностей северного Китая, и на основе изучения принципов нормирования параметров и методов расчета температурно-влажностного режима в зданиях нами выделены нужные расчетные температурно-климатические параметры, которые необходимо учитывать при проектировании зданий в северном Китае (Таб. 1,2).

С 1979 г., за тридцать лет социально-экономических реформ КНР превратилась в мощную, динамично развивающуюся страну. Подъем экономики страны, способствует росту числа городских жителей и увеличению показателя уровня урбанизации. К концу 2007 года уровень урбанизации составлял 44,9%, а согласно прогнозам, городское население Китая будет расти, и в дальнейшем стабилизируется на отметке среднегодового прироста от 0,8% до 1%. Это означает, что к 2010 году уровень урбанизации может достигнуть 47%, а к 2020 году составит приблизительно 56%[1].

Развитие жилищного строительства в городах Китая с 1950 г. по настоящее время использует собственные природные ресурсы, а также опыт стран всего мира. За эти годы средняя жилищная обеспеченность горожан выросла с 4,5 до 29 м2 жилой площади на человека[1].

В городских районах северного Китая, жилые здания в основном строятся двух типов - дома каркасные, с каркасом из монолитного железобетона с заполнением из

прессованного пустотного кирпича или газобетонных блоков и здания со стенами из монолитного железобетона.

Проблема энергосбережения в строительстве приобретает в последнее время особую актуальность в связи с угрожающим темпом роста энергопотребления в мире.

В северном Китае, на поддержание комфортных условий микроклимата помещений требуются значительные затраты энергии.

В настоящее время, в городах северного Китая общая площадь жилых зданий составляет около 6,5 млрд. м2, и только на их отопление, расходуется 56~58% общего производства энергии в этом регионе[1]. Исследования показывают, что с быстрым увеличением жизненного уровня населения, все больше жителей северного Китая начинают пользоваться бытовыми кондиционерами для охлаждения здания в летний период, расход электроэнергии, в которых также очень большой.

Для того, чтобы повысить комфортность зданий и снизить энергопотребление в строительстве, нормативные документы GB50176-93«нopмы проектирования строительной теплотехники гражданских зданий» и ГС126-95 «нормы проектирования энергоэффективных гражданских зданий (отопительный регион)» были приняты и введены в действие постановлением Министерство строительства КНР от 1993г. и 1996 г..

Однако, в данном регионе, вопрос энергосбережения в строительстве не стал объектом пристального внимания. Таким образом, жилое здание в северном Китае, с точки зрения энергопотребления при эксплуатации, является весьма неэффективным. Более чем 93% жилых зданий по-прежнему не удовлетворяют теплотехническим требованиям экономии энергии, предъявляемых нормами КНР. При этом, из расчетов следует, что почти все варианты ограждающих конструкций применяемые в практике строительства, не удовлетворяют нормам по условиям энергосбережения в зимних условиях. Поэтому затраты энергии на отопление в таких домах слишком велики.

Таблица 1

Расчетные температурно-климатические параметры.

Количество Максимальная

Средняя суток со амплитуда Средние

Города температура средней Средняя колебаний месячные

северного отопитель- температурой температура наружного скорости

Китая ного ниже +8 июля °С воздуха ветра за июль

периода °С; (ад; в июле. А н июля У(м/с).

Пекин -1,6 125 30,2 6,1 1,9

Харбин -10,0 176 22,8 -- 3,5

Шицзя- -0,6 112 31,7 6,6 1,6

чжуан

Цзинань 0,6 101 33,0 4,3 2,8

Чжэн 1,4 98 32,5 6,3 2,6

чжоу

Тайюань -2,7 135 23,5 -- 2,0

Сиань 0,9 100 32,3 6,1 2,1

Примечание. 1. Тире (--) означает, что данный показатель может не учитывается.

Таблица 2

Количество тепла, поступающего в июле от суммарной солнечной радиации на горизонтальную поверхность и на вертикальные поверхности различной ориентации в Вт/м2.

Широта, град Солнечная радиация 1сп / .1мах

Горизонтальные поверхности Вертикальные поверхности

ю ю-в в с-в с

35 388 110 176 207 158 85

1105 409 659 880 728 236

40 384 135 191 208 151 79

1068 492 702 880 714 236

45 378 160 205 209 145 76

1028 571 742 885 698 233

Предложение по конструктивному решению стены, покрытия и остекления.

Анализ показывает, что для современного строительства, по технологическим показателям СНиП «строительная теплотехника» и «теплозащита зданий» (РФ) значительно опережает нормы по строительной теплотехнике КНР(см.табл.3 и табл.4). Поэтому основные требования расчета по соображениям экономии энергии следует принимать по СНиП 11-3-79*(98) и СНиП23-02-2003.

Из условий энергосбережения величину ят? следует принимать по интерполяции

по таблице в СНиП 23-02-2003(прил.2.8) в зависимости от типа зданий, вида ограждающих конструкций и величины ГСОП для данного района строительства.

гсоп = (г -г )• г ,

V в оп / от"

Здесь:

гв - расчетная температура внутреннего воздуха, для жилых зданий гв=+20°; гоп - средняя температура отопительного периода, (Таб.1); гот - продолжительность отопительного периода (Таб.1). Расчет фактического сопротивления теплопередаче конструкций при Ов=8,7 и Он =23,

проводится по формуле: яф = — + V -А + —

0 а ¡_1 Я а

в 1 1 н

Здесь:

6 - толщина слоя, м;

Я - расчетной коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(м2-°С), принимаемый по (СНиП П-3-79*(98) прил.3*). Основное требование расчета конструкций на летние условия, т.е. на теплоустойчивость - ограничение амплитуды колебаний температуры на внутренней поверхности ограждения.

А < Атр

Амплитуда колебаний температуры внутренней поверхности ограждающих конструкций жилых зданий Ав, не должна бы более требуемой амплитуды А^,, определяемой по формуле:

АТВ = 2,5-0,1 (?и -21)

Здесь: Iн - среднемесячная температура воздуха за июль, (Таб.1)

Кроме того, сдвиг амплитуды колебаний температуры на наружной и внутренней поверхностях ограждений по времени должен составлять не менее 12 часов. Т.е. когда на улице температура воздуха максимальна (14-15 часов), внутренняя поверхность стены долж- на иметь минимальную температура. Когда на улице температура воздуха минимальна, на внутренней поверхности должна быть максимальной (после 2 часа ночи).

При выборе энергоэффективных светопроемов следует принимать методику, разработанную в НИИСФ, но оценивать устройство естественного освещения не по приведенным затратам, а по затратам условного топлива на отопление и охлаждение.

Суммарные энергозатраты, приведенные в условное топливо юусл, кг/м2 определяются по формуле:

о = ( + аР

уел уел уел

аГ = Аа + А (о + о + о ); ( = А, • о

уел 1 т.от 2 V э.от э.в э.х / ? уел 2 э.и

А1 =41,2 кг/ГДж иА2 = 0,33 кг/(кВт'ч)

Здесь:

, £СТ , РСК ^

О и О - соответственно затраты условного топлива, связанные с эксплуатацией

уел уел Г ^ ' ^ ^

естественного освещения

Имея эти данные можно вести теплотехнический расчет ограждающих конструкций на зимние условия и расчет теплоустойчивости на условия перегрева, расчет возможности конденсации влаги этих конструкций, и также расчет энергоэффективности светопроемов. Для условий климата северного Китая с использованием местных строительных материалов предлагаются следующие варианты конструктивных решений стен и покрытий с эффективной теплоизоляцией (Рис.1). А также для светопроемов, предлагается двухслойное остекление в виде однокамерного стеклопакета. Для г. Харбина желательно селективное покрытие внутреннего слоя остекления.

Ограждающие конструкции, предлагаемые для северного Китая, основаны на материалах, имеющих широкое распространение в регионе. Предлагаемое решение улучшает традиционные конструкции. Обеспечивает отсутствие конденсата на внутренних поверхностях и отсутствие впечатления сквозняка при нахождении вблизи этих конструкций. Превышение требуемых по гигиеническим соображениям, значений ^ф по условиям экономии энергии, обеспечивает экономию энергии на отопление

зимой примерно в 3 раза и на искусственное охлаждение летом в таких районах, как Пекин, Шицзячжуан, Цзинань, Чжэнчжоу и Сиань.

В северном Китае, для предлагаемых заполнений светопроемов, необходимость применения двойного остекления или стеклопакетов обуславливается отопительным периодом, когда внутри здания с помощью отопления, поддерживается температура намного выше, чем температуры наружного воздуха и тепло идет изнутри наружу помещения. В южных областях северного Китая двойное остекление должно также способствовать экономии энергии на искусственное охлаждение, сохраняя прохладную температуру внутри и препятствуя нагреву помещении за счет высоких температур наружного воздуха.

ВЕСТНИК МГСУ

3/2010

Основные требования расчета по соображениям экономии энергии для основных городов северного Китая (по нормам РФ и Китая).

Таблица 3

Таблица 4

По СНиП По нормам КРН

Требуемое общее сопротивление теплоотдаче м2-°С/Вт Основное требование расчет для летнего периода А1 °С <Р Требуемое общее сопротивление теплоотдаче м2-°С/Вт

Города Стены Покрытия Окна Города Стены Покрытия Окна

Пекин 2,26 3,43 0,36 1,58 У8 Пекин 1,22 1,67 0,25

Харбин 3,12 4,66 0,43 -- Харбин 2,50 3,33 0,40

Шицзяч жуан 2,13 3,24 0,31 1,41 Шицзяч жуан 1,18 1,67 0,25

Цзи нань 2,01 3,08 0,29 1,30 Цзи нань 1,00 1,67 0,25

Чжэн чжоу 1,97 3,01 0,28 1,35 Чжэн чжоу 0,91 1,67 0,25

Тай юань 2,38 3,60 0,36 Тай юань 1,28 2,00 0,25

Сиань 2,00 3,06 0,29 1,37 Сиань 1,00 1,67 0,25

Примечание.2. Тире (--) означает, что данный показатель не учитывается. Примечание.3. По нормам Китая, обыкновенно в северном Китае по теплотехнической работе пренебрегали теплоустойчивостью (летние условия).

-.кслсюйс пинии П-Ш1Л

светлая ветоннш шщгка 30мм.

НЁМСНИШ-ЦССЧПНЕи) СГЯ'^КЛ

•гогшишоД Г "мм_

ИСИПИиШПИрол 1 лшрЫПШ! 1Ю|ЩЩ|

КйГ'ро

шмдтиягмчаш цт'кптмжа:

кирпичная клика толпппюП

ГО™._.

пснопошесл [роя 80 им; оь-пасха с ситцсгившп

Покрьтгя перевернутого тппя Стгна

Рис.1. Рекомендуемые конструкции для г. Пекина:

Город Конструкция ? I К м2-°С/Вт IЛ °С Время задержки амплитуды колебаний Es, часов.

Пекин Покрытие 3,31 3,47 4,78 0,056 12,59

Стена 2,29 2,49 6,97 0,023 17,66

Литература

1. Национальное бюро статистики Китая, "статистический параметр".

2. "Нормы строительно-климатического районирования" GB50178-1993. (на китайском языке).

3. "Нормы проектирования строительной теплотехники гражданского здания" GB50176-1993. (на китайском языке).

4. НИИСФ Госстроя СССР. Пособие по расчету и проектированию, естественного, искусственного и совмещенного освещения (к СНиП II-4-79). - М. Стройиздат, 1985.

5. "Проектированные нормы энергосбережения в гражданском здании " JGJ26-95. (на китайском языке).

6. СНиП 11-3-79(1998), "Строительная теплотехника".

7. СНиП 23-02-2003, "тепловая защита зданий".

Ключевые слова: Климат, энергоэффективность, жилые здания, конструкции стен, конструкции покры- тий, экономия энергии, теплозащита, теплоустойчивость, остекление светпроёмы.

Key words: Climate, energyefficiensy, dwellings, wall structures, roof structures, economy of energy, warmth protection, warmth stability, glaring, windows.

Статья представлена редакционным советом «Вестник МГСУ»

E-mail авторов: [email protected]