CC BY
13УДК 697.112.2
ПРОБЛЕМЫ ПОТРЕБЛЕНИЯ И ЭКОНОМИИ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ
В ЖИЛОМ ФОНДЕ
А. В. Щегольков, М.А. Мишин
Статья посвящена вопросам экономии тепловой энергии при отоплении жилых зданий. Проведен обзор публикаций по данной тематике. Выявлены противоречия во взглядах различных авторов, проведен анализ их доводов. Рассмотрен вопрос допустимых и комфортных параметров микроклимата как в России, так и за границей. Также рассмотрено влияние различных факторов на теплопотребление зданий и тепловой режим.
Ключевые слова: воздух, жилое здание, отопление, температура, теплоноситель.
В России производится свыше 2 млрд Гкал тепловой энергии и на это расходуется более 400 млн т. условного топлива, включая расход топлива на электроэнергию, идущую на перекачку теплоносителя в системе централизованного теплоснабжения и работу котельных. Теплоснабжение - самый энергорасточительный сегмент национальной экономики. Главными потребителями тепла в системе централизованного теплоснабжения являются 73 % населения и основная часть социальной сферы страны. Их доля в конечном потреблении тепла составляет 53 % [1].
В условиях рыночной экономики вопрос энергосбережения является актуальным не только для производственных и общественных зданий, но и для жилого фонда. Проблема энергосбережения является общепризнанной, однако для жилых домов она носит более острый характер. В первую очередь это связано с тем, что не каждый собственник жилого помещения имеет представление о том, какие именно мероприятия помогут сократить его затраты.
Известно, что энергосбережение начинается с учета, но установка счетчиков сама по себе не является средством экономии. Необходимо проведение следующих мероприятий: ликвидация прямых потерь; сокращение чрезмерного теплопотребления.
К первой группе мероприятий относится изоляция труб, утепление окон, герметизация межпанельных швов и т.п. Эти мероприятия должны проводиться периодически по мере необходимости. Сокращение чрезмерного теплопотребления в жилом доме требует особого подхода. Здесь нельзя сокращать до минимума теплопотребление по выходным, по праздникам и по ночам, т.к. температура воздуха в помещениях должна соответствовать комфортному самочувствию людей, находящихся внутри.
Сокращать теплопотребление жилого дома в периоды перетопа помещений можно двумя способами: при помощи автоматики или вручную. Системы автоматики не нашли широкого распространения в жилых домах старой постройки, т.к. внедрение существующих сегодня систем является экономически не выгодным.
Расчеты потребителей тепловой энергии с энергоснабжающими организациями за полученное ими тепло осуществляются на основании показаний приборов учета, установленных у потребителя и допущенных в эксплуатацию в соответствии с требованиями правил учета тепловой энергии и теплоносителя [2].
На узле учета тепловой энергии [3] должны определяться:
• время работы приборов узла учета;
• полученная тепловая энергия;
• масса (объем) теплоносителя, полученного по подающему и возвращенного по обратному трубопроводам за каждый час.
Каждый прибор учета должен проходить поверку с периодичностью, предусмотренной для него Госстандартом.
В качестве приборов учета используются общедомовые теплосчетчики [4]. Теплосчетчик - прибор для измерения количества теплоты, которую получает потребитель от теплосети. Существует большое многообразие конструкций теплосчетчиков, но все они состоят из трех основных частей - расходомера, тепловычислителя и датчиков температуры теплоносителя.
На данный момент времени для учета тепловой энергии наибольшее распространение получили теплосчетчики, в состав которых входят тахометрические, ультразвуковые, электромагнитные и вихревые расходомеры. При отсутствии приборов учета, оплата за тепловую энергию производится на основании расчетных тепловых нагрузок, опреде-
ляемых по методике определения количеств тепловой энергии и теплоносителя в водяных системах теплоснабжения [5].
Как показывает практика, расчетные тепловые нагрузки на отопление жилых домов, в большинстве случаев, завышены по отношению к фактическому теплопотреблению. Существуют два подхода к объяснению данного факта.
Первая точка зрения заключается в том, что расчет тепловых нагрузок на отопление производится исходя из значений температур наружного воздуха, приведенных в СНИП 2301-99* [6]. Этот норматив введен в действие с 1 января 2000г. и не учитывает тенденции глобального изменения климата.
В работах Шерстюкова Б. Г. и Исаева А.А., Ю.П. Переведенцева [7 - 9] был произведен анализ изменения параметров отопительных сезонов для Москвы и Казани. Было установлено, что продолжительность отопительного сезона сокращается на 7 суток за 100 лет для Москвы и на 4 суток за 100 лет для Казани. При этом средняя температура для этих городов возрастает на 1,3 и 1,9 градусов в 100 лет соответственно. В обоих городах сокращение продолжительности отопительного периода происходило за счет более его раннего окончания, сроки начала оставались относительно неизменными.
Анализируя фактические данные по погоде г. Барнаула за отопительные сезоны с 2001г. по 2008г. (рисунок 1) можно сделать вывод, что значения, приведенные в [6], занижены в среднем на 2,3 0С. Максимальное отклонение (11,5 0С) от значений СНиП наблюдалось в январе 2002 года (рисунок 2).
В исследовании [10] дается прогноз, что к середине 21 века в некоторых регионах России произойдет значительное повышение среднегодовой температуры наружного воздуха. Например, на территории Западной Сибири температура повысится на 3 - 4 0С.
■Среднемесячные значения по СНиП — Фактические данные за отопительный сезон 2001-2002г
■ Средн — Средн
по СНиП наружной температуры за 7 л
Рисунок 1 - Средний за семь лет график изменения температуры наружного воздуха в сравнении со значениями СНиП (г. Барнаул)
октябр^^ ноябрь дек |брь янв арь фев раль ма рт апрель
Рисунок 2 - Изменение температуры наружного воздуха в течение отопительного периода 2001-2002г (г. Барнаул)
Такие авторы как Башмаков И.А., Сторожков А.П., Жигулев Г.В., Иванов Л.Л., Лив-чак В.И. и др. [11 - 19] придерживаются другого подхода. Они считают, что расчетные тепловые нагрузки завышаются для того, чтобы косвенно списать потери в тепловых сетях на потребителей, которые в действительности получают на 20-30% меньше тепла, чем считается.
Для оценки эффективности использования тепловой энергии используется показатель удельного теплопотребления [20 - 22]:
Р = О/Р , Гкал/(м2 год),
(1)
где О - годовое потребление, Гкал; Р -отапливаемая площадь, м2.
В статье Ветрова В.И. [21] обобщены результаты энергетических обследований по одиннадцати муниципальным образованиям Челябинской области. По его мнению, на основе показателей удельного теплопотребле-ния, определенных и уточненных в результате энергоаудита, можно определить потенциал энергосбережения - разницу между заявленным и уточненным объемами условного топлива, необходимого для теплоснабжения. По обследованным территориям потенциал энергосбережения составил 25,5 %.
В последнее десятилетие в сфере ЖКХ проводится массовое внедрение приборов учета теплоносителя и тепловой энергии. После установки узла учета тепловой энергии потребитель начинает платить по фактическому теплопотреблению, в связи с чем возникает вопрос сокращения затрат на отопление и горячее водоснабжение.
Богословский В.Н., Сканави А.Н. [23] дают следующее определение регулированием системы отопления - комплекс мероприятий, направленных на максимальное приближение теплоотдачи ее элементов к текущей переменной теплопотребности отапливаемых помещений в течение отопительного сезона для выдерживания расчетной температуры помещений.
5
0
-15
Такие авторы как Ионин А.А., Козин В.Е., Соколов Е.Я. и др. [24 - 26] различают следующие виды регулирования отпуска тепла, в зависимости от того, каким из трех параметров осуществляется изменение теплоотдачи нагревательного прибора:
• качественное, когда изменяют температуру греющей среды при постоянных значениях расхода теплоносителя;
• количественное, когда изменяют расход теплоносителя при постоянных значениях температуры греющей среды;
• качественно-количественное;
• прерывистое.
На источниках тепловой энергии применяется качественный способ регулирования отпуска, т.е. температура сетевой воды меняется в зависимости от температуры наружного воздуха. По мнению многих авторов, таких как Богословский В.Н., Зингер Н.М. [23, 27 - 29], центральное регулирование не в состоянии учесть особенности каждого потребителя, вследствие чего не может быть обеспечена устойчивая работа отдельных систем отопления. Устойчивость работы повышается при приближении места проведения регулирования к потребителю тепловой энергии, поэтому последний вынужден сам управлять потреблением тепловой энергии.
Лачков В.И., Недзвецкий В.К. [30] считают, что при колебаниях температуры воды, обусловленных качественным регулированием, увеличивается или уменьшается длина трубопровода, что пагубно сказывается на прочности его материала. Поэтому теплоснабжающая организация старается без особой нужды не изменять температурный режим, держа его на приемлемом максимуме.
Авторы [30] также отмечают, что если источником теплоты является ТЭЦ, то утилизация пара, вращающего турбины с электрогенератором, обеспечивается путем нагрева воды, затем идущей в систему теплоснабжения. Здесь выработка электроэнергии является основной продукцией и мало зависит от погодных условий. В случае потепления необходимо либо продолжать подавать в систему теплоснабжения воду с завышенной температурой, либо обеспечивать иную, весьма дорогостоящую, утилизацию тепла водяного пара. Естественно, выбирается первый вариант.
В условиях зимних холодов теплоснабжающая организация вынуждена подавать такую температуру воды, которая приемлема для абонентов, присоединенных в конце магистрали. При этом абоненты, находящиеся в
начале магистрали, могут испытывать переизбыток тепла.
В работах таких авторов как Пырков В.В.и др. [28, 31, 32] говорится о целесообразности использования индивидуального регулирования каждого отопительного прибора. Однако индивидуальное регулирование радиаторными терморегуляторами приводит к гидравлической разбалансировке системы отопления и должно применяться совместно с местным регулированием с использованием циркуляционных насосов [31].
Радиаторный терморегулятор [32] - автоматический регулятор прямого действия, предназначенный для поддержания на заданном уровне температуры воздуха в помещении путем изменения теплоотдачи установленного в нем местного отопительного прибора системы водяного отопления здания.
Внутри радиаторного терморегулятора находится замкнутая гофрированная емкость - сильфон, который связан через шток термоэлемента с золотником регулирующего клапана. Сильфон заполнен газообразным веществом, меняющим свое агрегатное состояние под воздействием изменения температуры воздуха в помещении. При снижении температуры воздуха газ в сильфоне начинает конденсироваться, объем и давление газообразной составляющей уменьшаются, сильфон растягивается, перемещая шток и золотник клапана в сторону открытия. Количество воды, проходящей через отопительный прибор, увеличивается, температура воздуха повышается. Когда температура воздуха начинает превосходить заданную величину, жидкая фаза испаряется, объем газа и его давление увеличиваются, сильфон сжимается, перемещал шток с золотником в сторону закрытия клапана.
Местное регулирование отопления рассмотрено в работах Богословского В.Н., Ска-нави А.Н., Лачкова В.И., Недзвецкого В.К. и др. [23, 30, 32 - 37]. Типовая схема такого регулирования приведена на рисунке 3.
Вместо элеватора с регулируемым сечением сопла может использоваться трехходовой регулирующий клапан, что в настоящее время получило наибольшее распространение.
Местное регулирование отопления позволяет корректировать температуру воды, подаваемой в систему отопления в зависимости от внешних погодных условий. Системы местного регулирования параметров теплоносителя обеспечивают минимизацию теп-лопотребления и оптимальный теплогидрав-лический режим работы системы.
Из теплосети
3 теплосеть
© @@ ^--
^ В систему отопления
щ Из системы отптспия
1 — вентиль (задвижка); 2 — манометр; 3 — термометр; 4 — грязеуловитель; 5 — центробежный насос; 6 — электропривод; 7 — регулируемый гидроэлеватор; 8 — электронный регулятор температуры теплоносителя.
Рисунок 3 - Схема применения регулируемого гидроэлеватора в системе отопления
Согласно [23, 37], регулирование может осуществляться следующими методами:
• по возмущению - регулирование температуры воды в системе отопления по заданному температурному графику в зависимости от температуры воздуха и других метеорологических факторов;
• по отклонению - регулирование температуры воздуха в помещениях здания;
• комбинированное - по возмущению и отклонению.
Специалисты фирмы «□апЮээ» рекомендуют схему с применением двухходового регулирующего клапана [32].
Электронный регулятор температуры теплоносителя является одним из основных элементов регулирования параметров теплоносителя. В настоящее время получили распространение регуляторы, основанные на пропорционально-интегрально-дифференциальном (ПИД) регулировании.
По мнению специалистов компании «ОВЕН» [33], ПИД-регулятор - наиболее эффективный и распространенный вид регулятора, обеспечивающий достаточно высокую точность при управлении различными процессами. ПИД-регулятор вырабатывает выходной сигнал, который рассчитывается по следующей формуле:
Y
1
^изм Ти 1=0
100%,
(2)
где Xp - полоса пропорциональности, в пределах которой справедлива эта формула; Б, - разность между заданным и текущим значениями измеряемой величины (рассогласование); тд - постоянная времени дифференцирования; AEj - разность между двумя соседними измерениями Б, и БИ; AtU3M - время между двумя соседними измерениями T, и Tj-i; ти - постоянная времени интегрирования;
ÊE
=0 - накопленная в ,-й момент времени сумма рассогласований.
Как видно из формулы, сигнал управления является суммой трех составляющих:
• пропорциональной (1-е слагаемое);
• интегральной (3-е слагаемое);
• дифференциальной (2-е слагаемое).
Пропорциональная составляющая зависит от рассогласования Ei, и отвечает за реакцию на мгновенную ошибку регулирования. Интегральная составляющая содержит в себе накопленную ошибку регулирования, которая является дополнительным источником выходной мощности и позволяет добиться максимальной скорости достижения уставки при отсутствии перерегулирования. Дифференциальная составляющая зависит от скорости изменения параметра Е / Atизм, вызывающей реакцию регулятора на резкое изменение измеряемого параметра, возникшее, например, в результате внешнего возмущающего воздействия. Для эффективной работы ПИД-регулятора необходимо подобрать значения коэффициентов ПИД-регулятора Xр, тд и ти [38].
Авторы Савченко А.В., Крылов А.В. [34] не разделяют взглядов с «ОапЮзБ» и «ОВЕН» по поводу принципов регулирования, используемых в регуляторах отопления. По их мнению, ПИД-регулирование имеет ряд существенных недостатков.
Авторы статьи [34] приводят следующие аргументы против использования вышеуказанных регуляторов:
• регулирование, основанное на таких принципах, осуществляется по одному параметру, а регулятор должен обеспечивать регулирование по нескольким параметрам для того, чтобы удовлетворить одновременно требованиям теплоснабжающей организации и потребителя;
• ограниченность выбора контрольного помещения для измерения температуры, т.к. количество подключаемых датчиков температуры в помещении ограничивается одним-двумя, что существенно снижает качество регулирования, потому что такое количество датчиков не может обеспечить адекватную информацию о температурном режиме в здании;
• ни один регулятор не имеет «защиты от размораживания», т.е. в соответствие с информацией о режиме теплопотребления, получаемой регулятором от датчиков, возможна ситуация, при которой регулятор остановит циркуляцию теплоносителя в системе отопления, что соответственно может привести к «размораживанию» системы отопления;
• большинство регуляторов не регистрируют информацию о расходе теплоносителя
в системе отопления и, соответственно, не используют ее в процессе регулирования , что может привести к перерасходу теплоносителя на нужды отопления и штрафным санкциям со стороны теплоснабжающей организации по отношению к потребителю; • многие регуляторы, в частности «□апЮэБ», созданы для систем отопления, в которых используется количественная схема теплоснабжения, т.е. предполагается, что температура теплоносителя в подающем трубопроводе постоянна, а количество потребляемого тепла определяется расходом теплоносителя в системе отопления. На работу с такой схемой теплоснабжения рассчитаны в основном европейские образцы регуляторов, т.к. в Европе используется именно такая схема теплоснабжения.
Авторы [34] отмечают, что регуляторы «□апЮээ» нормально работают только в коттеджах или других зданиях с маленькой тепловой нагрузкой.
В работе Туркина В.П. [35] говорится, что осуществить качественное или качественно-количественное регулирование в однотрубных или двухтрубных системах отопления возможно только при помощи циркуляционных насосов. При этом усложняется эксплуатация, увеличиваются эксплуатационные расходы, капитальные затраты и расход электроэнергии, снижается надежность системы отопления и появляется потенциальный источник шума. Для решения данной проблемы автор предлагает использовать бифи-лярную схему отопления с пофасадным количественным регулированием (рисунок 4).
бифилярный стояк; 4 — нагревательный прибор; 5 — запорный вентиль; 6 — кран для устранения
воздуха и промывки стояка; 7 — местное расчетное сопротивление; 8 — регулирующий орган.
Рисунок 4 - Бифилярная схема отопления
Бифилярная система отопления позволяет надежно сохранить тепловую устойчивость при количественном регулировании системы отопления. Процесс регулирования осуществляется наиболее простым способом - одним рабочим органом и регулятором в каждой зоне системы, что упрощает оборудование местного теплового пункта и его эксплуатацию.
Недостатком данного подхода является то, что он должен осуществляться на стадии проектирования, т.е. реализовать данную концепцию в эксплуатируемом доме практически невозможно.
Значительное воздействие на здоровье человека оказывают условия микроклимата в жилых зданиях. К основными элементами микроклимата помещений относятся: температура воздуха (У и внутренней поверхности ограждений (тпов), влажность воздуха (ф), скорость его движения (V). Воздушно-тепловой режим в помещении формируется под влиянием внешнего климата, теплофизических характеристик ограждающих конструкций, планировочного решения, организации и величины воздухообмена.
Комфорт - субъективное чувство, возникающее у людей под влиянием комплексных акустических воздействий, факторов влияющих на обоняние, дыхание, зрение, влияние температуры, влажности и подвижности воздуха, вибрации, гигиенических и психологических факторов и т.д.
Тепловой комфорт - метеорологические условия, обеспечивающие оптимальный уровень физиологических функций, в том числе и терморегуляторных, при субъективном ощущении комфорта. Условия, при которых нормальное тепловое состояние человека нарушается, называются дискомфортными.
Стандартом [36] выделяются два вида метеорологических условий в обслуживаемой зоне (часть помещения высотой до 2 м) жилых помещений:
• оптимальные - сочетание значений показателей микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека обеспечивают нормальное тепловое состояние организма при минимальном напряжении механизмов терморегуляции и ощущение комфорта не менее чем у 80 % людей, находящихся в помещении;
• допустимые - сочетания значений показателей микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека могут вызвать общее и локальное ощущение дискомфорта, умеренное напряжение механизмов терморегуляции, не вызывающих
повреждений или нарушений состояния здоровья.
Оптимальной температурой воздуха в помещении считается: 22-25 0С для теплого периода года, 20-22 0С - для холодного. Допустимые параметры микроклимата: 20-28 С - для теплого периода года, 18-24 0С - для холодного. Согласно [37], в ряде стран из чисто экономических соображений уже действуют новые регламенты. Так, во Франции минимальная температура воздуха в жилых помещениях снижена с 23-25°С до 18-20°С. Верхняя граница температуры воздуха в жилых помещениях в Швеции ограничена 21 °С. В США выдвинуто требование об изменении оптимальной температуры воздуха в помещении с 22,2-25,6°С до 20-21,1°С для зимы и до 25,6-26,7°С для лета.
В [37] также говорится о целесообразности осуществлять дифференцированное нормирование температуры воздуха в жилых помещениях в дневное и ночное время, что является способом экономии тепловой энергии. Тем более, при изучении влияния пониженной температуры воздуха на организм человека в период ночного сна советскими учеными (Б.В. Койранский, 1968; В.Г. Матусе-вич, 1970; Н. Николов, 1980) был установлен факт более быстрого наступления сна и увеличения его глубины при температуре воздуха в спальной 14-15°С.
В работе Шевченко А.А. [38] представлены результаты опроса жителей г. Н. Новгорода по комфортности проживания при 1н=-15...-20°С. Из анализа результатов следует, что основная масса жителей (более 50%) считает комфортной 1в=20...26°С в утренние часы и 1в=20...24°С - в вечерние. Более 50% жителей оценивают тепловые условия при 1в=17°С как «прохладно».
В соответствии с [39], сформированных к настоящему времени требований, предъявляемых к условиям пребывания человека в помещении - достаточно много, но среди них ярко выделяются два - требования к условиям комфортности, применяемые в Российской Федерации и ряде других стран и требования Института строительных служб (С!ВБ), Англия, применяемые в Западной Европе. Остальные методы отличаются от них незначительными и непринципиальными дополнениями или упрощениями.
Нормативный метод применяемый в России основывается на вычислении двух условий комфортности: • первое условие комфортности температурной обстановки определяет такую область сочетаний 1в и ^ (радиационно-эффективная
температура), при которых человек, находясь в центре рабочей зоны, не испытывает ни перегрева, ни переохлаждения; • второе условие комфортности определяет допустимые температуры нагретых и охлажденных поверхностей при нахождении человека в непосредственной близости от них.
Выполнение первого условия комфортности проверяется используя график зон комфортных сочетаний 1в и ^ в помещениях различного назначения (рисунок 5).
Рисунок 5 - Номограмма для определения радиационно-эффективной температуры
При проверке выполнения второго условия комфортности вычисляются максимально и минимально возможные температуры ограждающих конструкций:
8,7
тдоп < 19,2 + -
пов 4
р
(3)
ТОП > 23 +
5
р (4)
где ф - коэффициент облученности от поверхности элементарной площадки на голове человека в сторону нагретой или охлажден-
_доп
т
ной поверхности; пов - допустимая температура нагретой или охлажденной поверхности, находящаяся вблизи человека, °С.
Согласно [39, 40], к недостаткам нормативного метода относится его недостаточная зависимость от факторов окружающей среды, однако это приводит к значительному расширению области применения данного способа расчета комфортности, в случае недостатка исходной информации.
Определение зоны комфорта по первому условию комфортности связано с большой вероятностью получения ошибочной информации, т. к. данные зоны выделены, как правило, только для холодного и теплого периодов, исключая переходные периоды [39].
Определение комфортности пребывания человека в помещении по методу С!ВБ, связано с учетом несоизмеримо большего учета факторов, влияющих на самочувствие человека в помещении. Анализ этого метода приведен в работе Воробьевой Ю.А. [40], где был сделан следующий вывод: метод С!ВБ перегружен исходной информацией и требует сложных расчетов. Областью применения метода С!ВБ в жилых зданиях следует считать помещения, отличающиеся узкой направленностью, а также малой вероятностью перепланировки и смены назначения. Автор
[40] также рекомендует при использовании данного метода учитывать влияние физического и морального износа ограждающих конструкций.
Влияние наружного климата на тепловой режим ограждений и помещений является комплексным. Для зимы определяющими параметрами климата являются температура наружного воздуха Ъ и скорость ветра чн. Иногда дополнительно учитываются относительная влажность фн, энтальпия 1н наружного воздуха, а также солнечная радиация [27].
Многие исследования показывают значительную зависимость энергопотребления от погодно-климатических параметров. Аль-шанский Я.Ю., Бедрицкий А.И., Вимберг Г.П.
[41] считают, что вклад погодных факторов в экономическую безопасность российской энергетики составляет примерно 20%. Из них на долю гидрометеорологических явлений приходится 8,5%, а на долю изменения климата - 2,9%.
В работе Анапольской Л.Е. [42] было проведено исследование влияния метеорологических факторов на тепловой режим зданий и разработана методика расчета теплового баланса помещений с учетом таких факторов, как температура наружного воздуха, солнечная радиация и скорость ветра. Авторы пришли к выводу, что теплопотребление главным образом определяется температурой наружного воздуха, а вклад таких составляющих, как солнечная радиация и скорость ветра составляет 10-30%.
Зоркальцев В.И., Иванова Е.Н. считают, что межгодовые колебания теплопотребле-ния в нашей стране, определяемые вышеупомянутыми факторами, могут достигать 16%, а для отдельных регионов - 33%. В их работе показано, что изменения в потребности отопления определяются в большей степени колебаниями средней температуры отопительного периода, а не его продолжительностью [43].
Влияние погодных факторов на тепловой режим зданий принято описывать математическими моделями, основанными, как правило, на уравнениях теплового баланса. Согласно [35], процесс изменения температуры воздуха в помещении описывается системой уравнений теплового баланса помещения и нагревательного прибора:
дЖт = О -с Ж/ + К А/Жт,
пм пм пм пм в '
(5)
дЖт = Опр • Спрж + Кпр • РА/ Жт.
' пр " ' ^^пр "*" пр^-пр™ ' ' (6)
При нагревании помещения, например, за счет увеличения мощности отопительного прибора, изменение температуры воздуха описывается выражением:
А/в = А/вуст
1+-
т - т
т - т
пм пр
(7)
где
А/
- установившееся значение темпе-
ратуры воздуха в помещении; т - время;
т , т
р пм - постоянные времени нагревательного прибора и помещения.
При охлаждении помещения, например, за счет понижения температуры наружного воздуха, изменение температуры воздуха в помещении описывается выражением:
т
А/ = А/ -г т"м .
в в уст (8)
Следовательно, процесс нагревания помещения зависит от соотношения и величины инерционных свойств помещения и нагревательного прибора, а охлаждение только от физических свойств помещения и описывается уравнением экспоненты этого помещения [35].
В работе Бурцева В.В. [44] для описания нестационарного теплового режима помещения автор использует дифференциальное уравнение Ю.А. Кононовича, которое устанавливает режим использования аккумуляционного тепла в помещении:
д -г- ±С ^ = аа .А/,
■е^пр пом 1 уд '
Жг (9)
где Опр - теплоотдача отопительного прибора к моменту начала его охлаждения (или нагрева); т - темп охлаждения или нагревания отопительного прибора; Спом - полная теплоемкость помещения с учетом ограждений и оборудования; Оуд - удельные теп-лопотери помещения; г - время.
Для учета изменения метеорологических параметров наружного климата при работе системы регулирования автор [44] предлагает использовать датчики параметров наружного и внутреннего воздуха, солнечной ра-
т
т
пр
пм
г
г
диации и ветра. Для этого измеренные значения скорости ветра и интенсивности солнечной радиации преобразовываются в температурные поправки к измеренной температуре наружного воздуха. При этом условная температура наружного воздуха равна:
г (г) = г -Аг + Аг д + Аг
ну У / н V выд 5
(10)
где ?н - измеренная температура наружного воздуха; Д^ - температурная добавка характеризующая изменение теплопотерь помещения за счет изменения инфильтрации наружного воздуха и наружной теплоотдачи, при скорости ветра, отличающейся от средней многолетней в данной местности; Д4ыд -температурная добавка на внутренние тепловыделения; Д4 - температурная добавка от изменений инсоляции помещений.
При таком подходе не учтена геометрическая форма рассматриваемого дома, его расположение относительно рядом стоящих зданий и сторон света, что играет важную роль в степени воздействия ветра и солнечной радиации на теплопотребление здания. Еще одним недостатком данной концепции является большое количество датчиков, что понижает степень надежности всей системы и предполагает большое количество автоматики, из-за чего такая система становится не применимой для жилых домов массовой застройки.
ВЫВОДЫ
1. Имеется несоответствие между фактическим и расчетным теплопотреблением, что объясняется с различных точек зрения. В подавляющем большинстве случаев это приводит к переплате за тепловую энергию потребителями.
2. С целью сокращения теплопотребле-ния применяются различные способы регулирования. Наиболее распространенным является пропорционально-интегрально-дифференциальное регулирование. Все способы имеют те или иные недостатки: рассчитаны на иные климатические условия, стандарты жилья и системы теплоснабжения, поэтому малопригодны для российских условий, особенно в плане модернизации применительно к старому жилому фонду.
3. Разница температур комфортного и допустимого режимов составляет 2-4 0С. Наблюдается тенденция к установлению «ночного» режима, что способствует экономии тепловой энергии.
4. Существенное влияние на тепловой режим оказывает аккумуляция тепла. Имеются зависимости для учета, но они не учитывают всех влияющих факторов (форма дома,
влияние окружающей застройки, ветровой режим и др.)
5. Наибольшее влияние на теплопо-требление оказывают погодно-климатические условия, особенно в условиях резкоконтинентального климата Западной Сибири.
Практически в течение отопительного сезона регулирование теплопотребления осуществляется путем установления необходимой подачи теплоносителя, температура которого под действием различных возмущающих факторов не остается постоянной и, следовательно, носит вероятностный характер. Обычно процесс регулирования начинается лишь после изменения температуры в помещении без учета характера воздействия возмущающих факторов, времени и характера их воздействия, учета тепловой инерции термосопротивления ограждений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Некрасов А. С., Воронина С. А. Состояние и перспективы развития теплоснабжения в России [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.abok.ru/, свободный.
2. П 683. Правила учета тепловой энергии и теплоносителя. - М.: Минтопэнерго РФ, 1995.
3. МДС 41-5.2000. Рекомендации по организации учета тепловой энергии и теплоносителя на предприятиях, в учреждениях и организациях жилищно-коммунального хозяйства и бюджетной сферы. - М.: ГУП ЦПП, 2000.
4. ГОСТ Р 51649-2000. Теплосчетчики для водяных систем теплоснабжения. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2001.
5. МДС 41-4.2000. Методика определения количеств тепловой энергии и теплоносителя в водяных системах коммунального теплоснабжения. -М, 2000.
6. СНиП 23-01-99*. Строительная климатология. -М.: Госстрой России, ГУП ЦПП, 2003.
7. Исаев А.А., Шерстюков Б.Г. Колебания климатических характеристик отопительного периода и оценка возможностей их сверхдолгосрочного прогноза (на примере Москвы) // Вестник Моск. ун-та. Сер.5. География. 1996. №5. с. 68-75.
8. Современные глобальные и региональные изменения окружающей среды и климата / Под ред. Ю.П. Переведенцева. Казань: «Унипресс», 1999.
9. Шерстюков Б.Г., Исаев А.А. Метод кратной цикличности для анализа временных рядов и сверхдолгосрочных прогнозов на примере характеристик отопительного периода в Москве // Метеорология и гидрология. 1999. №8. с.46-54.
10. Национальный доклад по проблемам изменения климата. М.: Минэкономразвития России. 2002.
11. Башмаков И.А. Энергоэффективность, издержки и реформа ЖКХ [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.energosber.74.ru/, свободный. -Вестник энергосбережения Южного Урала. №1, №2. 2003.
12. Губин В.Е., Косяков С.А. Определение фактического спроса на тепловую энергию при выборе направлений реконструкции ТЭС // Региональный центр управления энергосбережением. Томский политехнический университет.
13. Соловов А.В. Оборудование Разработки Технологии [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.obo-rt.ru/, свободный.
14. ThermoNews [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www. thermonews.ru/, свободный. Некоторые аспекты учета тепловой энергии и теплоносителя.
15. New Энергетика [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://newenergetika.narod.ru/, свободный. Основные проблемы в теплоснабжении, требующие рассмотрения на федеральном уровне.
16. Сторожков А.П., Жигулев Г.В., Иванов Л.Л. Энергомониторинг бюджетных организаций г. Ульяновска [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://tgv.ulstu.ru/, свободный.
17. Степаненко В. А. Еще раз об учете [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.ecosys.com.ua/, свободный.
18. Ливчак В.И. Стратегия энергосбережения в жилищно-коммунальном хозяйстве и социальной сфере [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://tgv.khstu. ru/, свобод ный.
19. Виртуальная Выставка энергоэффективных технологий, материалов и услуг [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.energy-exhibition.com/, свободный. Предложения по совершенствованию структуры управления теплоснабжением и по внедрению финансово-экономических механизмов повышения эффективности .
20. ТСН 23-325-2001 Алтайского края. Энергетическая эффективность жилых и общественных зданий. Энергосберегающая теплозащита зданий. Нормы проектирования. - Барнаул, 2001.
21. Ветров В.И. Результаты энергетического обследования муниципальных образований Челябинской области [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.energosber.74.ru/, свободный. -Вестник энергосбережения Южного Урала. №2(6). 2002.
22. Ливчак В. И. Обоснование расчета удельных показателей расхода тепла на отопление разноэтажных жилых зданий [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://www.abok.ru/, свободный.
23. Богословский В.Н., Сканави А.Н. Отопление: Учеб. для вузов. М.: Стройиздат, 1991. - 735 с., ил.
24. Ионин А.А., Хлыбов Б.М., Братенков В.Н., Тер-лецкая Е.Н. Теплоснабжение: Учебник для вузов. М.: Стройиздат, 1982. - 336 с., ил.
25. Козин В.Е., Левина Т.А., Марков А. П., Пронина И. Б., Слемзин В.А. Теплоснабжение: Учебное пособие для студентов вузов. - М.: Высш. школа, 1980. - 408 с., ил.
26. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети: Учебник для вузов. - 7-е изд., стереот. - М.; Издательство МЭИ, 2001. - 472 с., ил.
27. Группа компаний СТКС [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.stks.ru/, свободный. Автоматизированные теплопункты.
28. Дальневосточный энергопотребитель [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http:// www.dalenergy.ru/, свободный. Индивидуальное регулирование теплопотребления.
29. Зингер Н.М. Гидравлические и тепловые режимы теплофикационных систем. - 2-е изд., перераб. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 320 с., ил.
30. Лачков В. И., Недзвецкий В. К. Учет и регулирование теплопотребления [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://www.esco-ecosys.narod.ru/, свободный.
31. Пырков В.В. Современные тепловые пункты. Автоматика и регулирование. - К.: II ДП «Таю спра-ви», 2007. - 252 с.: ил.
32. Применение средств автоматизации «Дан-фосс» в системах водяного отопления зданий. Пособие. - М.: ЗАО «Данфосс», 2004.
33. ОВЕН. Каталог'07. - М.: ООО «Техстрой-ОВЕН», 2007. с.210-213.
34. Савченко А.В., Крылов А.В. Автоматический регулятор серии «НОРМА» - поставленные задачи и полученные результаты [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://www.teplopunkt.ru/, свободный.
35. Туркин В.П. Управление тепловым режимом жилых зданий: Дис. ... д-ра техн. наук: 05.23.03 Челябинск, 1983 43 с. РГБ ОД 71:85-5/61.
36. ГОСТ 30494-96. Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещении.- М.: Изд-во ГУП ЦПП, 1996г.
37. Жилище для человека [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://www.bibliotekar.ru/, свободный.
38. Шевченко А.А. Обоснование комплексных мероприятий по обеспечению теплового режима зданий массовой застройки: Дис. ... канд. техн. наук: 05.23.03 Н. Новгород, 2004. - 201 с. РГБ ОД, 61:04-5/2494.
39. Методика расчета теплового баланса энергоактивных зданий и их систем энергоснабжения [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://esco-ecosys.narod.ru/, свободный.
40. Воробьева Ю.А. Влияние процесса старения ограждающих конструкций и инженерных систем жилых зданий на микроклимат помещений: Дис. ... канд. техн. наук: 05.23.03 Воронеж, 2006. -181 с. РГБ ОД, 61:06-5/2637.
41. Влияние погоды и климата па экономическую безопасность России / Альшанский Я.Ю., Бедриц-кий А.И., Вимберг Г.П. и др.// Метеорология и гидрология. 1999. №6. с.5-9.
42. Анапольская Л.Е., Гандин Л.С. Метеорологические факторы теплового режима зданий. Л.: Гид-рометеоиздат. 1973. 275 с.
43. Зоркальцев В.И., Иванова Е.Н. Анализ интенсивности и синхронности колебаний потребности в топливе па отопление // Сер. препринтов сообщений «Автоматизация научных исследований». Сыктывкар: Коми, научный центр УрОАН СССР, 1989. Вып. 16. 24 с.
44. Бурцев В.В. Оптимизация теплопотребления зданий с помощью систем автоматического регулирования: Автореф. дис. на соиск. учен. степ. к.т.н.: Спец. 05.23.03 Новосибирск, 2007. 20 с.
