CC BY
38УДК 551.582.3
КАРТА ИЗОЛИНИЙ ГРАДУСО-СУТОК ОТОПИТЕЛЬНОГО ПЕРИОДА ДЛЯ ТЕРРИТОРИИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Дворецкий А.Т., Денисова Т.В., Клевец К.Н.
ФГАОУ «Крымский федеральный университет им. В.И. Вернадского», Академия строительства и архитектуры Адрес: Российская Федерация, Республика Крым, г. Симферополь, ул. Киевская 181 e-mail: erces_crimea@mail.ru,
Аннотация. В статье представлена разработка карты территории Российской Федерации с нанесением линий равных значений (изолиний) градусо-суток отопительного периода, которая может служить основой для вынесения рекомендаций по выбору материалов ограждающих конструкций, утеплителя и светопрозрачных конструкций при проектировании энергоэффективных зданий, а также для оценки затрат на отопление и вентиляцию.
Ключевые слова. Градусо-сутки отопительного периода, энергоэффективное проектирование, тепловая защита зданий
Введение
Отопительный период - период года, когда устойчивая среднесуточная температура наружного воздуха меньше или равна +8°С. Климатическое районирование территории для целей строительства в СССР было заложено в строительных нормах и правилах [5], на основе которых была разработана вся методология типового проектирования в стране. Данные о градусо-сутках отопительного периода конкретной местности являются одной из основных характеристик климата, влияющих на архитектуру здания при энергоэффективном проектировании.
Анализ публикаций
В своде правил по проектированию тепловой защиты зданий [7] сказано, что продолжительность отопительного периода и среднюю температуру наружного воздуха в течение отопительного периода следует принимать согласно СНиП 23-01-99 [5] (таблица 1, графы 13,14 - для медицинских и детских учреждений, графы 11 и 12 - в остальных случаях) для соответствующего города или населенного пункта. При отсутствии данных для конкретного пункта расчётные параметры отопительного периода следует принимать для ближайшего пункта, который указан в СНиП 2301-99. Величину градусо-суток в течение отопительного периода следует вычислять по формуле 1:
ГСОП = (£ин - £ил:ч,) х гИЛЧ). (1)
где 1вн - температура внутреннего воздуха в помещении, °С (для частного дома принимаем равной 20°С по о ГОСТ 12.1.005-88); ^от.пер. - средняя температура отопительного периода, °С;
гот.пер. - продолжительность отопительного периода, сут.
Последние два показателя принимаются по СНиП 23-01-99 [7].
Градусо-сутки отопительного периода (ГСОП) — условная единица измерения суровости климатических условий, в виде повышения среднесуточной температуры над заданным минимумом («базовой температурой»). Показатель градусо-суток отопительного периода соотносится с нормируемым расходом топлива (энергии) для поддержания заданной температуры в жилых помещениях. Величина градусо-суток отопительного периода используется при проектировании зданий в следующих случаях:
1. При выборе нормируемых значений сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций (таблица 1).
2. При выборе уровня теплозащиты окон, (таблица 2).
3. При определении класса энергетической эффективности проектируемого здания, (таблица 3).
При отсутствии данных для конкретного пункта расчётные параметры отопительного периода удобно было бы иметь карту градусо-суток отопительного периода Российской Федерации. При проектировании энергоэффективных зданий необходим учёт пассивного солнечного нагрева. Из всего многообразия систем пассивного солнечного нагрева в отопительный период наиболее распространённым является прямой солнечный нагрев через окна с двойным остеклением с воздушным заполнением [3]. Это связано с тем, что такой стеклопакет одинаково эффективно работает и зимой и летом при наличии рационально спроектированных солнцезащитных устройств [11].
Климатическими параметрами,
обеспечивающими работу систем пассивного солнечного нагрева зданий, являются: 1. Солнечная радиация, прошедшая через вертикальную светопрозрачную конструкцию, южной ориентации, с двойным остеклением, за отопительный период - 1т, которая определяется по формуле 2:
!П 2 = 1оп х £ х е , (2)
где 1оП - суммарная солнечная радиация (прямая и рассеянная) на вертикальную плоскость южной ориентации при средней облачности, за отопительный период;
коэффициент затенения светового приёма, £ - коэффициент относительного проникновения солнечной радиации.
2. Градусо-сутки отопительного периода, в течении которого целесообразно осуществлять пассивный солнечный нагрев здания.
Таблица 1(Таблица 4 по [5]). Базовые значения требуемого сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций зданий соответствуют градусо - суткам отопительного периода (°С сут/год) при температуре _внутреннего воздуха 2°°С_
Здания и помещения, коэффициенты Градусо- сутки отопитель Нормируемые значения сопротивления теплопередаче , м2-°С/Вт, ограждающих конструкций
а и Ь ного
периода Стен Покрытий и Перекрытий Окон и Фонарей с
, перекрытий чердачных, над балконных вертикальным
°С-сут над неотапли- дверей, остеклением
проездами ваемыми подпольями и подвалами витрин и витражей
Жилые, лечебно- 2°°° 2,1 3,2 2,8 °,3 °,3
профилактические 4°°° 2,8 4,2 3,7 °,45 °,35
и детские 6°°° 3,5 5,2 4,6 °,6 °,4
учреждения,
школы,
интернаты,
гостиницы и
общежития
Таблица 2 (Таблица 5 по [6]). Уровни теплозащиты рекомендуемых окон в деревянных и пластмассовых
переплетах
Заполнение светопроемов Сопротивление теплопередаче (Я, м2 оС/Вт) и область применения (Ба, оС сут) по типам окон
из обычного стекла с твердым селективным покрытием с мягким селективным покрытием
Однокамерный пакет в одинарном переплете °,38/3°67 °,51/48°° °,56/5467
Двойное остекление в спаренных переплетах °,4/3333 °,55/5333 -
Двойное остекление в раздельных переплетах °,44/3867 °,57/56°° -
Таблица 3 (Таблица А1 по [3]). Базовый и нормируемый строительный удельный годовой расход тепловой энергии для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения многоквартирных жилых зданий, кВт-ч/м2, _устанавливаемый с 1 января 2°16г._
Удельный показатель расхода тепловой энергии Градусо-сутки отопительного периода, оС-сут Удельный годовой расход тепловой энергии, кВт-ч/м2, в зависимости от этажности здания, эт.
2 4 6 8 1° 12
На отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение, 2°°° 151 141 139 137 135 134
3°°° 164 149 146 143 141 139
4°°° 179 16° 157 153 151 149
5°°° 19° 169 165 161 158 157
г. год норм Цот+вент+гв 6000 209 184 179 175 171 169
8000 249 216 210 204 199 196
10000 288 246 238 230 224 221
В том числе на отопление, вентиляцию отдельно, г. год норм Цот+веот 2000 46 36 34 32 31 30
3000 69 78 55 48 46 45
4000 84 66 62 59 56 55
5000 96 75 71 67 64 32
6000 115 90 85 81 76 74
8000 153 120 113 107 102 99
10000 191 150 141 134 127 124
Цель и задачи исследований
Цель исследований - получить карту линий равных значений (изолиний) градусо-суток отопительного периода для территории Российской Федерации, которая позволит дать рекомендации по выбору материала ограждающих конструкций, утеплителя, заполнения светопрозрачных конструкций и оценить расходы на отопление для каждой области и района страны.
Результаты исследований
Для получения карты изолиний возьмем выборку городов России и составим таблицу 4 из координат х, у, z, в которой х - долгота города, у -широта города, z - значение градусо-суток в городе.
Отправим полученные значения в программу SURFER, которая поможет получить карту изолиний градусо-суток всей территории России (рис.1).
Таблица 4 (по [4]). Данные городов РФ - долгота, _широта и ГСОП._
Город Долгота (x) Широта (У) ГСОП (z)
Владикавказ 44,67 43,02 3261,70
Сочи 39,73 43,60 1259,60
Краснодар 38,99 45,04 2537,50
Волгоград 44,51 48,71 3924,80
Ростов-на-Дону 39,70 47,24 3336,60
Самара 50,22 53,24 5115,60
Уфа 55,97 54,73 5434,00
Белгород 36,60 50,60 4182,90
Курск 36,16 51,71 4326,20
Симферополь 34,10 44,95 2662,20
Ялта 34,17 44,50 1773,10
Смоленск 32,05 54,80 4598,00
Тула 37,62 54,20 4761,00
Нижний
Новгород 43,94 56,30 5181,50
Ульяновск 48,38 54,32 5384,80
Москва 37,62 55,75 4551,00
Рис. 1. Карта изолиний градусо-суток отопительного периода (ГСОП) Российской Федерации, °С сут
В связи с тем, что рекомендации по проектированию энергоэффективных зданий могут быть предложены для регионов с похожими климатическими условиями, были разработаны более подробные карты изолиний градусо-суток отопительного периода для Южного Федерльного Округа (рис.2) и Крымской Республики (рис. 3). Благодаря им, например, можно увидеть, что количество градусосуток отопительного периода в г. Краснодар и юго-
восточном берегу Крыма (г. Феодосия, г.Судак) совпадает. Следовательно, при проектировании зданий в этом регионе Крыма можно воспользоваться существующими нормами и рекомендациями по тепловой защите зданий, которые были разработаны для такого крупного города, как Краснодар.
Рис. 2. Карта изолиний градусо-суток отопительного периода (ГСОП) Южного Федерального Округа, °С-сут
б)
Рис. 3. а) карта изолиний градусо-суток отопительного периода (ГСОП) Крымской Республики, °С-сут б) поверхность, образованная изолиниями ГСОП) Крымской Республики, °С сут
Используя данные об интенсивности солнечной радиации, можно количественно определить показатели пассивного солнечного нагрева, составляющего основную долю возмещения энергозатрат на отопление здания в холодный период года. А также, при проектировании солнцезащитных устройств, определить уровень снижения теплопоступлений. На основе исследований [1, 2, 9, 10, 11] можно сделать вывод, что при проектировании энергоэффективных зданий с использованием пассивного солнечного нагрева, наиболее важной является информация о количестве суммарной солнечной радиации, поступающей на вертикальную поверхность южной ориентации. Необходимо отметить, что в российских строительных нормах показателям солнечной радиации уделяют мало внимания, несмотря на то, что солнечная энергия является экологически чистым источником тепла в отопительный период, служащим для пассивного нагрева, а в южных регионах страны существует угроза перегрева помещений в жаркий период года, и требуется проектирование солнцезащитных устройств.
Выводы
Карта изолиний градусо-суток отопительного периода для такой большой страны как Российская Федерация, может существенно облегчить использование строительных норм при определении тепловой защиты зданий. Особенно удобно применять карту при отсутствии данных для какого-то конкретного населенного пункта. Для проектирования энергоэффективных зданий с пассивным солнечным нагревом необходимо разработать карту интенсивности солнечной радиации на южном фасаде за отопительный период.
Список литературы
1. Сергейчук О.В. Климатическое районирование Украины как основа для проектирования биосферосовместимых поселений/ О.В.Сергейчук, Е.Н. Щербакова, М. Диб// .// Биосферная совместимость', человек, регион, технологии. Курск, ЮЗГУ. 2013. № 2.С. 9- 16.
2. Мартинов В. Л. Оптимальне розташування вшон в огороджувальних конструкц1ях енергоефективних будвель для пяти ктматичних райошв Украши/ Енергоефектившсть в буд1внищш та архгтектурь Випуск № 6, Ктв 2014. С. 192-197.
3. Требования по составу и содержанию энергетического паспорта проекта жилого и общественного здания/ СТО НОП 2.1-2014. Москва 2014.
4. СПиП 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика. Госстрой СССР. М. : Стройиздат, 1983. 136с.
5. СПиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий. Строительные нормы и правила России, 2003.
6. СП 23-101-2004 Проектирование тепловой защиты зданий. Свод правил по проектированию и строительству, 2004
7. СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий, М: Минрегион России, 2012
8. ДСТУ-П Б В.1.1-27-2010 «Строительная климатология», Киев, Минрегионбуд Украины, 2011
9. Дворецкий А.Т., Клевец К.П. Пассивный солнечный нагрев здания // науч.-тех. журнал -Курск: Изд-во ФГБОУ ВО ЮЗГУ, 2015 - Вып. 3(11) - С.85-91
10. Клевец К.П. Влияние тепловых поступлений через окна южного фасада на создание комфортных условий в помещении // сб. науч. работ. - Симферополь: Изд-во ПАПКС, 2013. — С. 88-92
11. Дворецкий А.Т., Клевец К.П., Дворекций Д.А. Энергоэффективная архитектура зданий в смешанном климате // науч-тех. журнал - М: РИФ «Стройматериалы», журнал «Жилищное строительство», 2015 - Вып. 3'2015 - С.14-18
CONTOUR MAP OF HEATING DEGREE DAY PERIOD FOR THE RUSSIAN FEDERATION
Alexander Dvoretsky, Tatyana Denisova, Ksenia Klevets
The article presents the development the Russian Federation territory map with the application of equal values lines (contours) of degree-days, which can serve as a basis for making recommendations on the selection of building envelope materials, insulation and glass constructions in the design of energy efficient buildings, and to assess the heating costs and ventilation
Keywords, heating degree day period, energy-efficient design, thermal protection ofbuildings
