Научная статья на тему 'Расчет энергопотребления для отопления и охлаждения зданий'

Расчет энергопотребления для отопления и охлаждения зданий Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
743
80
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
BUILDING ENVIRONMENT SYSTEMS / HEATING AND COOLING SEASONS / HEAT AND COLD CONSUMPTION / OUTDOOR AIR PARAMETERS / ENERGETIC CHARACTERISTICS AND INDICATORS / ENERGY USE OF BUILDING / СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ МИКРОКЛИМАТА / ОТОПИТЕЛЬНЫЙ И ОХЛАДИТЕЛЬНЫЙ ПЕРИОДЫ / РАСХОД ТЕПЛОТЫ И ХОЛОДА / ПАРАМЕТРЫ НАРУЖНОГО ВОЗДУХА / ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПОКАЗАТЕЛИ / ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕ ЗДАНИЯ

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Лысёв В.И., Коцюлим Н.Н., Кучанский В.А.

Расчет энергопотребления для отопления и охлаждение зданий проводится по методикам, предписанным государственными стандартами и другими нормативными документами. Значения годовых расходов тепловой и электрической энергии зависят от исходных условий, характеризующих объект (в данном случае здание общественного назначения), режим его функционирования и климатологических факторов, присущих географическому региону в котором расположено здание. Анализ нормативных документов позволил сформировать рабочий алгоритм проведения расчетных операций. Была разработана программа расчета, соответствующая разработанному алгоритму, и система управления базами данных. Это позволило определить потенциальную (ожидаемую) величину энергопотребления здания за отопительный и охладительный периоды. Приводится подробный расчет на примере типового здания поликлиники. Результаты расчета сопоставлены с нормируемыми энергетическими характеристиками данного типа зданий.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Calculation of energy use for space heating and cooling of buildings

The calculation of energy consumption for heating and cooling of buildings is carried out according to the methods prescribed by state standards and other normative documents. The values of the annual costs of thermal and electric energy depend on the initial conditions characterizing the object (in this case, the public building), the mode of its operation and the climatological factors inherent in the geographical region in which the building is located. Analysis of regulatory documents allowed to form a working algorithm for performing settlement operations. A calculation program has been developed that corresponds to the developed algorithm, and a database management system. This allowed us to determine the potential (expected) energy consumption of the building for the heating and cooling periods. A detailed calculation is given for the example of a typical polyclinic building. The results of the calculation are compared with the standardized energy characteristics of this type of buildings.

Текст научной работы на тему «Расчет энергопотребления для отопления и охлаждения зданий»

УДК 628.8

Расчет энергопотребления для отопления и охлаждения зданий

Канд. техн. наук Лысёв В.И. kafedra-kv@yandex.ru Коцюлим Н.Н. hbspn@mail.ru Кучанский В.А. anonymk91@mail.com Университет ИТМО 191002, Россия, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова,9

Расчет энергопотребления для отопления и охлаждение зданий проводится по методикам, предписанным государственными стандартами и другими нормативными документами. Значения годовых расходов тепловой и электрической энергии зависят от исходных условий, характеризующих объект (в данном случае здание общественного назначения), режим его функционирования и климатологических факторов, присущих географическому региону в котором расположено здание. Анализ нормативных документов позволил сформировать рабочий алгоритм проведения расчетных операций. Была разработана программа расчета, соответствующая разработанному алгоритму, и система управления базами данных. Это позволило определить потенциальную (ожидаемую) величину энергопотребления здания за отопительный и охладительный периоды. Приводится подробный расчет на примере типового здания поликлиники. Результаты расчета сопоставлены с нормируемыми энергетическими характеристиками данного типа зданий.

Ключевые слова: система обеспечения микроклимата, отопительный и охладительный периоды, расход теплоты и холода, параметры наружного воздуха, энергетические характеристики и показатели, энергопотребление здания.

Calculation of energy use for space heating and cooling of buildings

Ph.D. Lysyov V.I. kafedra-kv@yandex.ru

Kotsyulim N.N. hbspn@mail.ru Kuchansky V.A. anonymk91@mail.com ITMO University 191002, Russia, St. Petersburg, Lomonosov str., 9

The calculation of energy consumption for heating and cooling of buildings is carried out according to the methods prescribed by state standards and other normative documents. The values of the annual costs of thermal and electric energy depend on the initial conditions characterizing the object (in this case, the public building), the mode of its operation and the climatological factors inherent in the geographical region in which the building is located. Analysis of regulatory documents allowed to form a working algorithm for performing settlement operations. A calculation program has been developed that corresponds to the developed algorithm, and a database management system. This allowed us to determine the potential (expected) energy consumption of the building for the heating and cooling periods. A detailed calculation is given for the example of a typical polyclinic building. The results of the calculation are compared with the standardized energy characteristics of this type of buildings.

Keywords: building environment systems, heating and cooling seasons, heat and cold consumption, outdoor air parameters, energetic characteristics and indicators, energy use of building.

Расчет проводится по методике, изложенной в ГОСТ Р 55656-2013 [1]. В качестве исходных условий рассматривались следующие факторы.

1. Средние значения температуры воздуха по помещениям здания [2]:

- в отопительный период ¿в.от = 20 °С;

- в охладительный период ¿в.охл = 25 °С.

2. Объемно-планировочные и теплотехнические характеристики здания представлены в табл. 1.

Таблица 1

Объемно-планировочные и теплотехнические характеристики здания

Наименование расчетных величин Ед. изм. Величина

Отапливаемы объем здания, Узд 3 м 10000

Общая площадь наружных ограждений, 2 м 3100

Площадь наружных стен, 2 м 1300

Площадь остекления, ^ост 2 м 400

Площадь покрытий, ^покр 2 м 700

Площадь пола первого этажа, ^пола 2 м 700

Расчетная площадь помещений, ^расч. 2 м 1800

Термическое сопротивление наружных стен, Лнс (м2 • °С)/Вт 1,32

Термическое сопротивление остекления, Лост (м2 • °С)/Вт 0,50

Термическое сопротивление покрытий, Лпокр (м2 • °С)/Вт 1,76

Термическое сопротивление пола 1-го этажа, Лпола (м2 • °С)/Вт 2,64

Значения термических сопротивлений теплопередаче для светонепрозрачных ограждений определялись из условия недопустимости конденсации влаги на внутренних поверхностях наружных ограждающих конструкций при нормируемых значениях температурных перепадов по данным СНиП [3]:

- для наружных стен: 4,0 °С; = (20 - (-26))/(4,0-8,7) = 1,32 (м2 • °С)/Вт;

- для покрытий: 3,0 °С; Яшч, = (20 - (-26))/(3,0-8,7) = 1,76 (м2 • °С)/Вт;

- для перекрытий: 2,0 °С. ДЧола = (20 - (-26))/(2,0-8,7) = 2,64 (м2 • °С)/Вт.

3. Параметры функционирования (работы) объекта обобщены в табл. 2:

Таблица 2

Параметры функционирования объекта

Наименование расчетных величин Ед. изм. Величина

Тепловыделения от одного человека, дчел. Вт 90

Расчетное число персонала ппер. и посетителей ппос. чел. 50 и 150

Число часов тчел присутствия людей в помещенияхза неделю ч (5 • 12)

Заполняемость помещений людьми, рчел. 1,0

Удельная установленная мощность освещения, досв. Вт/м2 10

Среднее число часов работы освещения в неделю, тосв. ч 60

Среднее значение удельной установочной мощности (теплового потока) от оргтехники и других внутренних источников теплоты, дорг. Вт/м2 10/15

Число часов работы оргтехники и других внутренних источников теплоты в неделю, торг. ч 60

Доля одновременно работающих источников теплоты, рорг. 0,324/1,0

Число суток в неделе сут. 168

Расчетная площадь помещений, ^расч. 2 м 1800

Поликлиника работает пять дней в неделю с 8:00 до 20:00(60 часов в неделю).

4. Климатологическая информация о географическом регионе, в котором расположен объект, представлена в таблицах 3 и 4 [4, 5].

Таблица 3

Продолжительность температуры воздуха за год

Температура, °С Повторяемость, % Обеспеченность, % Продолжительность, ч Сумма (нарастающим итогом), ч

-38,0 ... -36,1 0,01 0,01 0,9 0,9

-36,0 ... -34,1 0,01 0,02 0,9 1,8

-34,0 ... -32,1 0,01 0,03 0,9 2,7

-32,0 ... -30,1 0,03 0,06 2,6 5,3

-30,0 ... -28,1 0,09 0,15 7,9 13,2

-28,0 ... -26,1 0,19 0,34 16,6 29,8

-26,0 ... -24,1 0,31 0,65 27,2 57,0

-24,0 ... -22,1 0,47 1,12 41,2 98,2

-22,0 ... -20,1 0,83 1,95 72,7 171

-20,0 ... -18,1 0,97 2,92 85 256

-18,0 ... -16,1 1,30 4,21 114 370

-16,0 ... -14,1 1,53 5,74 134 504

-14,0 ... -12,1 2,00 7,75 175 679

-12,0 ... -10,1 2,61 10,36 229 908

-10,0 ... -8,1 2,86 13,22 250 1158

-8,0 ... -6,1 3,61 16,83 316 1474

-6,0 ... -4,1 4,23 21,06 370 1844

-4,0 ... -2,1 5,37 26,42 470 2314

-2,0 ...0,1 6,53 32,96 572 2886

0,0 ... 1,9 8,97 41,93 786 3672

2,0 ... 3,9 6,08 48,01 533 4205

4,0 ... 5,9 5,04 53,05 441 4646

6,0 ... 7,9 4,82 57,87 422 5068

8,0 ... 9,9 5,24 63,10 459 5527

10,0 ... 11,9 5,84 68,94 512 6039

12,0 ... 13,9 6,37 75,31 558 6597

14,0 ... 15,9 6,12 81,43 536 7 133

16,0 ... 17,9 5,62 87,05 492 7 625

18,0 ... 19,9 4,28 91,32 375 8 000

20,0 ... 21,9 3,42 94,75 300 8300

22,0 ... 23,9 2,45 97,19 215 8 515

24,0 ...25,9 1,57 98,76 138 8 653

26,0 ... 27.9 0,80 99,56 70 8 723

28,0 ... 29,9 0,30 99,86 27 8 750

30,0 ... 31,9 0,10 99,96 8 8 758

32,0 ... 33,9 0,03 99,99 2 8 760

34,0 ... 35,9 0,01 100 1 8761

Таблица 4

Значения суммарной солнечной радиации (прямой и рассеянной) на вертикальную поверхность

при безоблачном небе (кВт ч /м2)

Месяц 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Север 30 51 62 60 35 51

Восток/Запад 29 52 91 133 147 150 150 129 102 66 39 26

Юг 118 147 187 177 150 130 139 153 169 166 139 111

Приведенный трансмиссионный коэффициент теплопередачи здания определяется по формуле:

кзд ■ ок) + (^покр/^покр) + (^пола/^пола

=[(1300/1,32) + (400/0,50) + (700/1,76) + (700/2,64)]/3 100 = 0,80 Вт/(м2 ^°С) Удельные внутренние теплопоступления определяются с учетом рабочих часов в неделю

^вн [(^чел пчел тчел рчел) + (^осв ^расч тосв) + (^орг ^расч торг рорг)]/(168 ^расч)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

^вн. от = [(90 • 200 • 60 • 1,0) + (10 • 1 800 • 60) + (10 • 1 800 • 60 • 0,324)]/(168 • 1 800) = 8,3 Вт/м2

<?вн.охл = [(90 • 200 • 60 • 1,0) + (10 • 1800 • 60) + (15 • 1 800 • 60 • 1,0)]/(168 • 1800) = 12,5 Вт/м2

Расход наружного приточного воздуха, необходимый для жизнедеятельности людей, определяется по санитарной норме (на человека)[2]: Ьсн = 60 м3/ч - для персонала и 20 м3/ч - для посетителей:

Ьв = [(£сн • ппер) + (Ьсн • ппос)] = [(60 • 50) + (20 • 150)] = 3000 + 3000 = 6000м3/ч

Для определения температуры наружного воздуха начала/окончания отопительного (охладительного) периода необходимо вычислить соотношение, которое определяет условие равенства поступлений теплоты от внутренних источников и потерь теплоты через наружные ограждения [1]:

[(<?вн • ^раСч)/(^зд • Е^огр)] = [(8,3 • 1 800)/(0,80- 3 100)] = 6,0 °С

[(?вн • ^раСч)/[(^зд (0,28(Св • Рв)Ьв)] = [(12,5- 1 800)/[(2,48)+ (2, 016)] = 5,0 °С

Тогда температура наружного воздуха начала/окончания отопительного периода составит:

¿гр.от = ¿в.от - [(<?вн • ^раСч)/(^зд • 1^огр)] = 20 - (6,0) = 14 °С

для охладительного периода:

¿н.охл = ¿в.охл - [(?вн • ^/[(¿зд^огр + (0,28(Св • Рв)Хв)]] = 25 - (5,0) = 20 °С

Средняя температура наружного воздуха заотопительный период вычисляется по данным, приведенным в табл. 3, как среднее значение с учетом продолжительности температур наружного воздуха и составляет:

^от.ср 0,11 С.

Общие трансмиссионные потери теплоты зданием за отопительный период:

Оогр = (£зд • ¿^огр)(^в.от - ^от.ср)^оп = (0,8 • 3100)(20 - 0,11)6597= 325400(кВт-час) = 1170гДж

где кзд - приведенный трансмиссионный коэффициент теплопередачи здания, Вт/(м2 • °С); ^огр - общая (суммарная) площадь внутренних поверхностей всех наружных ограждений теплозащитной оболочки (ТЗО) здания,м2; гоп - продолжительность отопительного периода, ч/год.

Внутренние поступления теплоты в здании заотопительный период:

бвн = (<?вн • ^расч)гоп = (8,3 • 1 800)6597 = 98560(кВт-час) = 355гДж

где двн - удельные (на 1 м2 расчетной площади) поступления теплоты, Вт/м2; ^расч - расчетная площадь здания, м2; гоп - продолжительность отопительного периода, ч/год.

Поступления теплоты солнечной радиации за отопительный период по четырем основным фасадам для рассматриваемого объекта составят [6]:

бс.рад Кр.в.(/обл ЫЦ^с. рад.-^остХ 6

где дс.рад - средняя за отопительный период величина солнечной радиации на вертикальные поверхности остекления при безоблачном небе, (кВт-ч/м2), (для отдельных фасадов здания) (см. данные в табл. 4); ^ост -площадь остекления отдельных фасадов здания, м2; Крв., /обл.,^с/з - коэффициенты, учитывающие рабочий период, облачность и солнцезащитные мероприятия;

Кр.в.(/обл £с/з) = 0,357-(0,6-0,5).

бс.рад = 0,357-(0,6-0,5)[(30-50) + (600 150) + (600-150) + (900-50)] = =(0,11)(226 500) = 24900(кВт • ч) = 90 гДж/(за отопительный период)

Расход теплоты (за отопительный период), необходимый на отопление, с учетом теплопоступлений от внутренних источников и солнечной радиации, составит:

бот = [богр - (бвн + бс.рад.)Л = [1170-(355 + 90)0,80] = 814гДж

где Г - коэффициент, учитывающий снижение теплопоступлений за счет тепловой инерции ограждающих конструкций, Г = 0,80.

Расход теплоты на нагрев наружного воздуха с учетом рабочего времени функционирования здания составит:

бвен = 0,28(Св • Рв)Ьв • (¿в .от ^от.ср)^оп/раб.

= 0,28(1,0 • 1,2)(6000)(20 - 0,11)[(6597/168)(5 • 12)] = 94470(кВт-час) = 340гДж

где св - удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кг-°С); рв - плотность воздуха, кг/м3; Ьв - расход воздуха (объемный часовой), м3/ч; гоп/раб - продолжительность работы системы вентиляции (и/или кондиционирования) за отопительный период, ч/(отопительный период).

Расход теплоты, необходимый на отопление и вентиляцию здания, с учетом теплопоступлений от внутренних источников и солнечной радиации, составит:

бт(ов) = [(богр + бвен)-(бвн + бс.рад.)^] =

= [(1170 + 340)-(355 + 90)0,80] = 1154гДж /(за отопительный период) Удельный расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания, [кДж / м3( сут)]:

д 0/№.оТ ^от.ср^оп^

где V - отапливаемый объем здания, м3

Потребление теплоты происходит круглосуточно (в течение 6597 часов) из-за необходимости компенсации трансмиссионных потерь теплоты.

В рабочий период (в течение 0,357 • 6597 = 2355 часов) часть потерь теплоты через наружные ограждения восполняется поступлениями теплоты от внутренних источников и солнечной радиации.

Определим отдельно трансмиссионные потери теплоты в рабочее и не рабочее время.

богр (^зд -^-^огрХ^в.от ¿от.ср)г°п/р.в.

= (0,8-3100)(20 - 0,11)(2355) = 116165(кВт-час) = 418гДж

В нерабочий период:

богр = (0,8-3100)(20 - 0,11)^(6597 - 2355) = 209245 (кВт^час) = 753гДж

С учетом ранее вычисленных поступлений теплоты, расход теплоты в рабочий период составит:

бт(ов) = [(богр + б вен) - (бвн + бс.рад.)Г] = [(418 + 340) - (355 + 90) • 0,80] = 402гДж

д = [0г(ов/№.оТ - ¿от.срКп/р.п.] = [402/(10000(20-0,3)(2355/24)] = 20 [кДж/(°С-сут.)]

7

В нерабочий период:

Я = [753/(10000(20 - 0,3) • (6 597 - 2 355)/24] = 21[кДж/(°Осут.)]

Нормируемое (требуемое) значение удельного расхода тепловой энергии для данного типа зданий (поликлиника) составляет, согласно данных СНиП [7]: дтр = 31,0 [кДж/м3(°Осут.)].

Величина отклонения от нормируемой величины:

АЯ = [(я - яТр)/яТр]100 = [(20 + 21) - 31,0)/31,0] 100 = 32%

Данной величине отклонения соответствует для существующих (эксплуатируемых) зданий класс энергетической эффективности здания Д(пониженный) [7].

Расчет теплового потока солнечной радиации за охладительный период

Последовательность (алгоритм) расчета состоит из следующих этапов (операций).

1. По данным табл. 3.2 [8] (при известном значении географической широты района расположения объекта и ориентации светопрозрачной вертикальной поверхности) вычисляется путем суммирования суточное значение величины плотности теплового потока прямой и рассеянной солнечной радиации (Вт/м2) за часы работы объекта (см. табл. 5).

2. Среднесуточное часовое значение плотности теплового потока (Вт/час) определяется путем деления суммарной за сутки величины (см. п.1) на продолжительность работы объекта (например, с 8:00 до 20:00 - 12 час/сут) в течение календарных суток.

3. При известном значении числа рабочих дней в неделю (например, 5 дней), вычисляется число часов поступления солнечной радиации за рабочий период в течение календарного месяца: (30/7 • 5)12 = 257 час / мес.

4. Суммарное (итоговое) значение плотности теплового потока прямой и рассеянной солнечной радиации за календарный месяц, поступающее на светопрозрачную конструкцию (остекление), вычисляется умножением величин, ранее определенных в п.п. 2 и 3.

Поясним использование данного алгоритма на конкретном примере.

Объект (здание поликлиники) находится г. Москва (56 град. с.ш.). Наружные ограждения (имеющие оконные проемы) ориентированы на: Север, Восток, Запад, Юг. Часовые значения плотности теплового потока прямой и рассеянной солнечной радиации (Вт/м2) по часам «светового дня» (с 4:00 до 20:00 - 16 часов), поступающей на вертикальную поверхность световых проемов с разной ориентацией по странам света представлены в табл. 5. Там же приводятся результаты расчетов. Для каждого из четырех основных фасадов приводятся суммарные значения плотности теплового потока за 12 часов работы объекта в течение (световых) суток (см. п. 1):

1,262(кВт-ч)/м2 - для Севера

2,402(кВт-ч)/м2 - для Востока

4,632(кВт-ч)/м2 - для Запада

4,16б(кВт-ч)/м2 - для Юга

Среднесуточные значения плотности теплового потока за 1 час работы объекта (см. п. 2):

1,262/12 = 1,05(Вт-час)/м2 - для Севера

2,402/12 = 2,00(Вт-час)/м2 - для Востока

4,632/12 = 3,86(Вт-час)/м2 - для Запада

4,166/12 = 3,47(Вт-час)/м2 - для Юга

Таблица 5

Удельный поток прямой и рассеянной теплоты солнечной радиации, (Вт/м2)

Истинное солнечное Ориентация ограждений по странам света Горизонтальная

время, ч Север Восток Запад Юг поверх-

Пр./Расс. Сумма Пр./Расс. Сумма Пр./Расс. Сумма Пр./Расс. Сумма ность

Начало светового дня Начало светового дня

4-5 136/26 258/36 -/13 -/16

5-6 159/76 482/101 -/39 -/46

6-7 64/90 594/156 -/59 -/78

7-8 -/87 621/165 -/72 83/101

Начало рабочего дня Начало рабочего дня

8-9 -/83 83 579/155 734 -/77 77 207/114 321

9-10 -/78 78 461/121 582 -/77 77 327/120 447

10-11 -/77 77 283/102 385 -/81 81 428/122 550

11-12 -/74 74 105/91 195 -/87 87 479/124 603

После полудня После полудня

12-13 -/74 74 -/87 87 105/91 196 479/124 603

13-14 -/77 77 -/81 81 283/102 385 428/122 550

14-15 -/78 78 -/77 77 461/121 582 327/120 447

15-16 -/83 83 -/77 77 579/155 734 207/114 321

16-17 -/87 87 -/72 72 621/165 786 83/101 184

17-18 64/90 134 -/59 59 594/156 750 -/78 78

18-19 159/76 235 -/39 39 482/101 583 -/46 46

19-20 136/26 162 -/13 13 258/36 294 -/16 16

Конец светового Конец светового

и рабочего дня и рабочего дня

Сумма: 1262 Сумма: 2402 Сумма: 4632 Сумма: 4166

Примечание: до черты (числитель) - прямая радиация, после черты (знаменатель) - рассеянная.

Общее (суммарное) число часов за календарный месяц (30 суток) при 5-дневной рабочей неделе и 12-часовом рабочем дне составят: (30/7 • 5)12 = 257 час/мес.

Суммарное (итоговое) значение плотности теплового потока прямой и рассеянной солнечной радиации за календарный месяц (с учетом рабочего периода), поступающее на светопрозрачную конструкцию (остекление):

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

105-257 = 27(кВт-ч)/м2 - для Севера 200-257 = 51(кВт-ч)/м2 - для Востока 386-257 = 99 (кВт-ч)/м2 - для Запада 347-257 = 90 (кВт-ч)/м2 - для Юга

По данным [9, 10] наличие облачности снижает плотность теплового потока более чем в два раза, а затенение объекта может происходить в летние месяцы порядка 2-х часов за световой день.

Если принять значение коэффициента солнцезащиты оконного проема, равным 0,5, то общий коэффициент, снижающий поступление солнечной радиации, возможно оценить как: (/обл^^с/з) = (0,6-0,5).

Поступление теплоты солнечной радиации по четырем основным фасадам для рассматриваемого объекта составит[11]:

бс.рад = ^облкс/з>Цд,рад^осТ) = (0,6Ю,5>[(27^50) + (51 150) + (99-150) + (90-50)] = = 0,30(28350) = 8500 (кВт-ч)/мес.)(3 мес.) = 25500 (кВт-час) = 92 мДж/(за охладительный период)

где дсрад - средняя за охладительный период величина солнечной радиации на вертикальные поверхности остекления при безоблачном небе, (кВт-ч/м2/мес.), (для отдельных фасадов здания) (см. данные в табл. 5); ^ост -площадь остекления отдельных фасадов здания, м2; (/облкс/з) - коэффициенты, учитывающие облачность и солнцезащитные мероприятия; (/облкс/з) = (0,6-0,5).

Внутренние поступления теплоты в здании за охладительный период:

бвн = (двн • ^расчКхл = (12,5 • 1800)760 = 17100(кВт-час) = 62 гДж

где двн - удельные (на 1м2 расчетной площади) поступления теплоты, Вт/м2; ^расч - расчетная площадь здания, м2; ^охл - продолжительность охладительного периода, ч/(за охладительный период).

Когда температура наружного воздуха выше, чем в помещениях, необходимо учитывать поступления теплоты через наружные ограждения и с наружным вентиляционным воздухом. Эти расходы теплоты определяются по известным уравнениям, соответственно, теплопередачи и теплового баланса:

богр = (кзд • ^огрУЩ^ср - ¿в.охл)%]крв = (0,8 -3 100){[(27 - 25)^70] + [(29 - 25>27]+[(31-25)8] +

+ [(33 - 25)3]}0,357 = 280 (кВт^час)

бвен = 0,28(Св • Рв^вЩ^ср - ¿в.охл)з]крв = 0,28 (1,0 • 1,2)(6 000){[(27 - 25)70] + [(29 - 25)27]+ + [(31 - 25)8] + [(33 - 25)3]}0,357 = 230 (кВт-час)

где ¿н.ср/ - среднее значение в интервале температур наружного воздуха (см. табл. 3); - продолжительность температуры наружного воздуха в этом интервале.

Общий (суммарный) расход холода составит:

^бх = бс.рад + бвн + богр + б вен = (25500 + 17100+ 280 + 230) = 43110 (кВт-час)

Годовые затраты на тепловую и электрическую энергию

При значении холодильного коэффициента, равным кх = 3,00,расход электроэнергии на «производство» холода составит:

Эх = (25500 +17100 + 280 + 230)/3,0 = (43110/3,0) = 14370 (кВт-час) При мощности приточного и вытяжного вентиляторов, равной 3,0 кВт, и времени их работы:

[(8766/168)(5 • 12)] = 3130 часов, годовой расход электроэнергии составит:

Эв = (3,0 • 3130) = 9390 (кВт-час) При тарифе на электроэнергию, равном Цэ = 4,0 руб/(кВт-час), получим величину затрат:

Зэ = Цэ (Эх + Эв) = 4,0(14370 + 9390) = 4,0(23760) = 95040 руб.

При потреблении тепловой энергии, равной 'LQТ = 1154 (гДж) = (1154/4,2) = 274,8Гкал, и при тарифе за тепловую энергию Цт = 1600(руб/Гкал) получим:

Зт = Цт^т = 1600(1154/4,2) = 439600(руб/год)

Таким образом, итоговые (ожидаемые) годовые расходы на тепловую и электрическую энергию для системы обеспечения микроклимата здания составят [12]:

Зт + Зэ = (439600 + 95040) = 534640 руб

т.е. более 0,500 (млн. руб/год)

Заключение

Расход энергии на отопление и охлаждение зданий зависит, прежде всего, от исходных условий, характерных для конкретного здания, и климатических параметров региона в котором расположен данный объект. Существующая тенденция герметизации воздухопроницаемых фрагментов (окон, дверей и т.п.) зданий приводит к весьма незначительной величине инфильтрации наружного воздуха, что приводит к расходу теплоты на его нагрев в пределах точности проводимых расчетов.

Теплота солнечной радиации существенно зависит от интенсивности ее изменения в течение суток, продолжительности светового дня, рабочего времени и ориентации светопрозрачных ограждений.

Для анализа энергопотребления при отоплении и охлаждении зданий необходимо иметь данные о расходах теплоты, холода и электроэнергии различных типов зданий[13, 14, 15]. Именно в этом направлении нами будет продолжена работа по рассматриваемой проблеме.

Литература

1. Сотников А.Г. Проектирование и расчет систем вентиляции и кондиционирования воздуха // Полный комплекс требований, исходных данных и расчетной информации для СО, СПВ, СКВ, СГВС и СХС (в 2-х томах с продолжением). Т. 1. СПб., 2013. 423 с.: ил.

2. Рымкевич А.А. Системный анализ оптимизации общеобменной вентиляции и кондиционирования воздуха. -М.: Стройиздат, 1990. - 300 с.

3. Белова Е.М. Центральные системы кондиционирования воздуха в зданиях.- М.: Евроклимат, 2006.- 640 с.

4. EN15255 Энергоэффективность зданий. - Расчет потребления энергии на цели охлаждения - Общие критерии и процедуры.

5. Лысёв В.И., Чурюмов М.С., Шилин A.C. Энергетические показатели зданий учебных корпусов // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия: Холодильная техника и кондиционирование. 2015. № 1. С. 33-37.

6. Лысёв В.И., Чурюмов М.С., Шилин A.C. Оценка потенциала теплопотребления для зданий общежитий. В сборнике: У11 Международная научно-техническая конференция «Низкотемпературные и пищевые технологии в ХХ1 веке». Материалы конференции. Санкт-Петербург, Россия, 2015, С. 394-397.

7. Лысёв В.И., Шилин A.C. Результаты энергетического обследования здания общежития. В сборнике: У11 Международная научно-техническая конференция «Низкотемпературные и пищевые технологии в ХХ1 веке». Материалы конференции. Санкт-Петербург, Россия, 2015, С. 398 - 401.

8. Усков А.Е., Гиркин A.C., Дауров А.В. Солнечная энергетика: состояние и перспективы // Научный журнал КубГАУ. 2014. № 98(04).

9. Алехина Е.В. Перспективы ветроэнергетики // Известия ТулГУ. Технические науки. 2013.

10. Ховалыг Д.М., Бараненко А.В. Методы расчета градиента давления двухфазного потока при течении в малых каналах // Вестник Международной академии холода. 2012. № 1. С. 3-10.

References

1. Sotnikov A.G. Proektirovanie i raschet sistem ventilyatsii i konditsionirovaniya vozdukha // Polnyi kompleks trebovanii, iskhodnykh dannykh i raschetnoi informatsii dlya SO, SPV, SKV, SGVS i SKhS (v 2-kh tomakh s prodolzheniem). T. 1. SPb., 2013. 423 р.: il.

2. Яушкеу1еЬ А.А. 8181ешиу1 апа^ оЬ8ЬсЬеоЬшеппо1 уеи111уа18И i коМ^юшгоуашуа vozdukha. -М.:

1990. - 300 р.

3. Ве^а Е.М. Т8еп1га1'пуе 8181ешу konditsionirovaniya vozdukha V zdaniyakh. -М.: Evrok1iшat, 2006. -640 р.

4. ЕШ5255 Energoeffektivnost' zdanii. - Raschet potreЫeniya епе^п па tse1i okh1azhdeniya - OЬshchie kriterii i protsedury.

5. Lysev У.1., Churyuшov М.8., Shi1in А.С. Energeticheskie pokazate1i zdanii ucheЬnykh korpusov // Nauchnyi zhumalNIUITMO. Seriya: Kholodil'naya tekhnika i konditsionirovanie. 2015. № 1. Р. 33-37.

6. Lysev У.1., Churyuшov М^., Shi1in А.С. Otsenka potentsia1a tep1opotreЫeniya d1ya zdanii oЬshchezhitii. У sЬornike: и11 Mezhdunarodnaya nauchno-tekhnicheskaya konferentsiya «Nizkotemperaturnye i pishchevye tekhnologii V ^КЫ veke». Materialy konferentsii. Sankt-PeterЬurg, Rossiya, 2015, Р. 394-397.

7. Lysev У.1., Shi1in А.С. Rezu1'taty energeticheskogo oЬs1edovaniya zdaniya oЬshchezhitiya. У sЬornike: и11 Mezhdunarodnaya nauchno-tekhnicheskaya konferentsiya «Nizkotemperaturnye i pishchevye tekhnologii V КЖЫ veke». Materialy konferentsii. Sankt-PeterЬurg, Rossiya, 2015, Р. 398 - 401.

8. Uskov А.Е., Girkin А^., Daurov А.У. So1nechnaya energetika: sostoyanie i perspektivy // Nauchnyi zhumal KubGAU. 2014. № 98(04).

9. А^Ыпа Е.У. Ре^еЙ^у vetroenergetiki // Izvestiya TulGU. Tekhnicheskie nauki. 2013.

10. Khova1yg D.M., Baranenko А.У. Metody rascheta gradienta dav1eniya dvukhfaznogo potoka pri techenii v ша1у№ kana1akh // VestnikMezhdunarodnoi akademii kholoda. 2012. № 1. Р. 3-10.

Статья поступила в редакцию 13.03.2018 г.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.