CC BY
51
Об устранении теплового дискомфорта помещений в переходные периоды года
Н.Г.Волкова
В России, едва ли не самой холодной стране в мире, частые погодные перемены усложняют задачу обеспечения теплового комфорта в помещениях жилых и гражданских зданий. Причем устранение дискомфорта там актуально не только в холодное время года, но и в переходные периоды. При разработке номенклатуры основных показателей наружной среды используются определения характерных климатических периодов, востребованные в строительной науке. Обратимся к тем из них, которые имеют непосредственное отношение к отоплению или дополнительному обогреву помещений:
- отопительный период года. Характеризуется работой системы отопления при средней суточной температуре наружного воздуха ниже 10 или 8°С в зависимости от вида здания (по ГОСТ 30494);
- переходный период года - весенний. Характеризуется климатическим потеплением. Продолжительность периода
- со времени отключения системы отопления здания до выравнивания температур наружного и внутреннего воздуха;
- переходный период года - осенний. Характеризуется климатическим похолоданием. Продолжительность периода
- от равенства температур наружного и внутреннего воздуха до включения системы отопления здания.
К сожалению, на практике, при эксплуатации зданий переходному периоду года не уделяется должного внимания. Значительную часть его времени система терморегуляции человека, чаще из-за переохлаждения, находится в напряжении. Неудивительно, что именно на переходные периоды года приходится наибольшее количество простудных заболеваний.
Метеорологические характеристики климата зачастую носят неустойчивый, скачкообразный характер, в первую очередь относительно температуры наружного воздуха. Периоды потепления чередуются с периодами похолодания. Капризы погоды хорошо ощущаются во время окончания отопительного периода, когда требуется обеспечение теплового комфорта. В переходные периоды года погодные условия нередко способствуют поступлению дополнительного тепла в здание, но случается и обратное. Значительный разброс по среднесуточным температурам наружного воздуха для Московского региона наблюдается с 1 апреля по 10 мая. Так, в 2000 году с 8 по 30 апреля температура воздуха стояла выше 8°С, а с 1 по 4 мая средние ее значения были ниже 4°С и отопление полагалось выключить только в мае. В течение двух последующих лет помещения достаточно было отапливать до 22 апреля. В 2003 и 2006 годах отопление можно было отключить с 3 мая. В 2004-м - с 5 мая, в 2005-м и 2010-м - с 30 апреля, в 2007-м - с 9 мая, в 2008 и 2009
годах - с 28 апреля. Очевидно, что традиционными системами отопления в переходные периоды года обеспечить тепловой комфорт в жилых помещениях затруднительно. Адаптация зданий к климатическим условиям облегчается при использовании дополнительных обогревающих систем.
Месяц май традиционно относится к переходному периоду. Рассмотрим его температурные аномалии 2013 года в ряде городов России [1]. В таблице приведены значения отклонений среднемесячной температуры воздуха от климатической нормы. Для людей, проживающих на территории Российской Федерации, микроклимат помещения в основном определяется температурой внутреннего воздуха, тепловое их состояние -родом занятий, назначением помещений, временем суток и другими факторами. В зависимости от местности проживания, этнической принадлежности, возраста, биогенетической структуры личности индивиды различно реагируют на температурные условия в помещении, воспринимая комфортный диапазон температур с незначительными отклонениями в сторону более низких или высоких значений, при том что система терморегуляции человека весьма несовершенна.
Особенно важен температурный режим для детей и пожилых людей, проводящих большую часть своего времени в помещении. Тепловая обстановка зданий определяется климатическими условиями территории, качеством инженерных систем [2], инерционностью отопительных приборов [3] и другими факторами. Обеспечение комфортных условий в помещениях напрямую связано с энергозатратами здания. Использование
Таблица. Наиболее значительные аномалии среднемесячной температуры воздуха в мае 2013 года на территории России и их повторяемость
Станция Аномалии температуры, оС Повторяемость, раз в число лет
Санкт-Петербург 3,5 13
Москва (ВВЦ) 3,8 12
Волгоград 3,8 33
Ростов-на-Дону 4,0 65
Курск 4,9 впервые
Томск - 2,3 13
Хатанга 7,6 впервые
Москва Санкт-Петербург
— - IV
март апрель май июнь
Новосибирск
15?
15
март апрель май
Екатеринбург
июнь
март апрель май Нижний Новгород июнь
1вР4
м
март апрель май июнь
Казань
Л
март апрель май июнь
Самара
Омск
Ш
17Д
март апрель май июнь
Челябинск
^ 17.7
X;
7.Я
март апрель
Ростов-на-Дону
июнь
Рис. 1. Ход среднемесячных температур воздуха представительных городов России с марта по июнь
106 3 2014
жильцами в переходные периоды подогревающих устройств чревато перерасходом электрической энергии.
Практический интерес представляет информация об изменении температур наружного воздуха на завершающем этапе работы отопительных систем и после их отключения. В переходный период года комфорт помещений наиболее зависим от наружных погодных условий. Мы рассматривали представительные города России с максимальным количеством населения и при построении графиков использовали нормативные значения температур наружного воздуха ( СП 131.13330.2012. Строительная климатология. СНиП 23-01-99*).
В рассмотренных городах среднемесячная температура воздуха (даже летнего месяца июня), как правило, оказывалась ниже комфортной. На рисунке 1 температура наружного воздуха превышает 18оС только в двух пунктах, а именно в городах Самаре, где равняется 18,6оС, и Ростове-на-Дону -20,8оС. На завершающем этапе работы отопительных систем и далее в переходный весенний период года термический режим территории рассмотренных городов России нельзя считать благоприятным.
Среднемесячные температуры воздуха с учетом их суточных колебаний как на завершающем этапе работы отопления, так и в дальнейшем - в переходный период свидетельствуют о необходимости использования дополнительного обогрева помещений.
При эксплуатации зданий значительная доля энергозатрат приходится на жилой сектор. Температура внутреннего воздуха помещений учитывается при определении теплозащиты зданий, теплового баланса помещений и расчете тепловой нагрузки на инженерные системы обеспечения теплового комфорта помещений. Нормативные значения температур внутреннего воздуха в зависимости от назначения помещений могут варьироваться от 16 до 22оС [4].
Отопительная система конструктивно принимается с некоторым запасом, так как в основу расчета положены параметры холодной пятидневки. В полную нагрузку система отопления работает от 10 до 15 % отопительного периода. Существующие инженерные системы на начальной и заключительной стадиях зачастую работают неэффективно. Люди сталкиваются с перегревом или недогревом помещений, а в переходные периоды года - и с переохлаждением. В помещениях возникают дискомфортные зоны, к которым обычно относится поверхность пола первого этажа с заниженной относительно нормативного значения температурой.
На примере типового года Московского региона рассмотрим переходный весенний период, продолжающийся с 23 апреля по 30 мая и составляющий 39 дней. Осенний период для этой же территории длится 41 день, с 23 августа по 2 октября.
Суточный цикл ежечасных значений температуры наружного воздуха типового года для Московского региона в начале и завершении переходных периодов представлен на рисунке 2.
30 мая
23 августа
о -,-,-,-,-,-,-,-,-,-,—,-,-,—,-,-,—,-,-,—,-,-,—,-1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Часы суток
23 апреля
а
X
2
Часы суток
Рис. 2. Ежечасный ход температур наружного воздуха
Модернизация существующих систем отопления является необходимым условием повышения их эффективности. Особого внимания заслуживает единый подход к обеспечению теплового комфорта в отопительный и переходный периоды, а именно применение комбинированных инженерных систем. Для рационального обогрева помещений желательно использование фоновой и малоинерционной систем. Таким образом, экономия энергии в годовом цикле достигается при эксплуатации двух систем - основной традиционно-инерционной и пиковой.
В отопительный период наличие таких систем позволяет более эффективно обогревать здание, а в переходный может работать только система доводчиков тепла. Инерционная (основная) система может быть использована для поддержания в помещении минимально допустимого уровня температуры. В отопительный и переходный периоды года для обеспечения теплового комфорта можно использовать дополнительную систему от альтернативных источников энергии. Внедрение
комбинированных систем целесообразно после проведения технико-экономического анализа, позволяющего установить оптимальное соотношение между установочными мощностями основной и дополнительной систем.
Тепловой комфорт помещения достигается сочетанием различных факторов, включая теплоотдачу нагревательных приборов. Остановимся на преимуществах лучистого обогрева - температурного режима помещения, сформированного относительно равномерными температурными полями ограждающих конструкций, а также относительно высокой радиационной температурой помещения и довольно низкой - внутреннего воздуха, обеспечивающего его комфортную, благотворную для дыхания влажность [5]. В зданиях с повышенным уровнем теплозащиты и дополнительным лучистым обогревом некоторое повышение радиационной температуры поверхностей может быть компенсировано понижением температуры воздуха.
Выводы
Частые погодные перемены усложняют задачу обеспечения теплового комфорта в помещениях жилых и гражданских зданий. К ним относятся часовые и суточные колебания температуры как на начальном, так и на завершающем этапе работы отопления. Регулирование теплоотдачи традиционных нагревательных приборов нельзя признать эффективным. В основу расчета отопительной системы положены параметры холодной пятидневки. Этим объясняется то, что она конструктивно принимается со значительным запасом. В полную нагрузку система отопления работает от 10 до 15% расчетного времени, что приводит к перерасходу тепловой энергии в отопительный период года, поэтому модернизация существующих систем отопления является необходимым условием повышения их эффективности.
Обеспечение теплового комфорта жилых зданий в годовом цикле сопровождается индивидуальным использованием жильцами квартир электроприборов, что нельзя признать эффективным. В отапливаемый период года и в переходные его периоды, продолжающиеся на территории России более двух месяцев, приходится прибегать к дополнительному локальному подогреву помещений.
Формирование температурного режима помещений зданий при использовании комбинированных систем отопления следует рассматривать в годовом цикле, чтобы при экономии энергии обеспечить тепловой комфорт в зонах преимущественного пребывания людей. Модернизированные отопительные системы позволят создать требуемые тепловые условия в помещениях с учетом наружных погодных условий даже в переходные периоды года. В качестве дополнительных обогревающих устройств желательно использовать лучистые доводчики тепла как наиболее эффективные.
Литетатура
1. Бережная Т.В., Голубев А.Д., ПаршинаА.Н. Аномальные гидрометеорологические явления на территории Российской
Федерации в мае 2013 г. /// Метеорология и гидрология. 2013. № 8. С.112-120.
2. Сасин В.И. Некоторые проблемы применения отопительных приборов в России // Аква-Терм. Отопление и ГВС-радиаторы. 2001. № 3.
3. Волкова Н.Г. О необходимости разработки комбинированных систем отопления помещений с применением электропанелей // Экологическая безопасность и энергосбережение в строительстве. Материалы Международной научно-практической конференции. Москва-Кавала. 2013. С. 67-71.
4. Савин В.К., Шубин И.Л., Краснов М.И., Волкова Н.Г. и др. Строительная климатология. Справочное пособие к СНиП.23-01-99*. М.: НИИСФ РААСН, 2006.
5. Волкова Н.Г. Время использования лучистых доводчиков // Academia. 2010. №3.
Literatura
1. Berezhnaja T.V., GolubevA.D., Parshina А.N. Anomalnye gi-drometeorologicheskie yavlenia na territorii Rossiskoj Federacii v mae 2013 g. //Meteorología i gidrologia. 2013. № 8. S.112-120.
2. Sasin V.I. Nekotorye problemy primenenia otopitelnyh priborov v Rossii // Akva-Term. Otoplenie i GVS-radiatory. 2001. № 3.
3. Volkova N.G. O neobhodimosti razrabotki kombinirovan-nyh sistem otoplenia pomeshchenij s primeneniem elektropa-nelej // Ekologicheskaya bezopasnost i energosberezhenie v stroitelstve. Materialy Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferentsii. Moskva - Kavala. 2013. S. 67-71.
4. Savin V.K, Shubin I.L., Krasnov M. I, Volkova N.G i dr. Stro-itelnaya klimatologia. Spravochnoe posobie k SNiP 23-01-99*. M.: NIISF RAASN, 2006.
5. Volkova N.G. Vremja ispolzovania luchistyh dovodchikov // Academia. 2010. №3.
On the Elimination of Thermal Discomfort of Premises
in the Year's Transition Periods. By N.G.Volkova
At the initial and finishing stages of heating system functioning frequent changes of weather make the problem of maintaining of the thermal comfort in the premises of residential and public buildings even more complicated. In the Russian Federation the climatic transition periods last for more than 2 months in a year. At this time people additionally use electric heating equipment. Modernizing of heating of buildings by means of partial application of combined heating systems and consideration of their exploitation in a year's cycle is a necessary condition for the increase of their efficiency.
Ключевые слова: переходный период года, тепловой дискомфорт, модернизация систем отопления.
Key words: the year's transition period, thermal discomfort, modernizing of heating services.
108
3 2014
