Некоммерческое
партнерство
инженеров
Инженеры по отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха, теплоснабжению и строительной теплофизике
(495) 984-99-72 НП "АВОК"

(495) 621-80-48 Секретарь (тел./факс) ООО ИИП "АВОК-ПРЕСС"
(495) 107-91-50

АВОК ассоциированный
член
Ключевые слова: энергоэффективность

Реальный путь повышения энергоэффективности за счет утепления зданий

 

Как было приведено в статье, опубликованной в предыдущем номере журнала «АВОК» [1], теплопотери жилых зданий нового строительства начиная с 2000 года и после комплексного капитального ремонта должны были бы снизиться более чем в 2 раза за счет их утепления, замены окон на энергоэффективные и установки термостатов на отопительных приборах. Однако снижение теплопотребления на отопление составило только 1/3 от потенциальной экономии, остальные 2/3 выбрасываются на улицу в прямом и переносном смысле из-за завышенной теплопроизводительности системы отопления по причинам, указанным в цитируемой статье, и из-за неправильной настройки термостатов.

Устранить перерасход тепла системой отопления, запроектированной с запасом, возможно путем регулирования подачи тепла на отопление по скорректированному температурному графику в сторону его уменьшения с учетом выявленного запаса системы отопления. Реализация такого графика возможна в контроллере автоматизированного узла управления системой отопления (АУУ), установка которого входит в состав работ комплексного капитального ремонта жилых домов, или ИТП в домах нового строительства. Это единственное малозатратное мероприятие, позволяющее получить экономию тепловой энергии уже в этом году.

Утверждение в [2], что «…для однотрубных систем отопления количество сэкономленного тепла в годовом разрезе настолько мало, что срок окупаемости установки АУУ будет более 20 лет», основывается на неправильном представлении о требуемом режиме подачи тепла в жилые здания и недооценке роли бытовых тепловыделений в тепловом балансе квартир. Те графики регулирования, которые приводятся в этой статье, правомерны при подаче тепла в здания, в которых отсутствуют внутренние теплопоступления (в жилых домах бытовые тепловыделения). Да, теплопотери через наружные ограждения и теплопотери, связанные с нагревом наружного инфильтрующегося через оконные проемы воздуха, характеризуются такой же зависимостью, как и графики температур воды в подающем и обратном трубопроводах системы отопления, – нулевые теплопотери будут при такой же температуре наружного воздуха, как и внутри помещения.

Однако в соответствии со СНиП 41-01-2003 расчетный расход тепла на отопление жилого дома находится путем вычитания из суммы теплопотерь бытовых тепловыделений. А бытовые тепловыделения не зависят от наружной температуры, при их наличии зависимость относительного расхода тепла на отопление в виде (1) для жилых зданий не правильна, и в этом типичная ошибка большинства исследователей:

(1)

где tн – текущая наружная температура;

tнр – расчетная.

На самом деле с повышением наружной температуры доля бытовых тепловыделений в тепловом балансе жилого дома возрастает, за счет чего можно сократить расход тепла на отопление, и нулевой расход тепла на отопление будет уже не при tн = +20 °С, а, как показывают расчеты, в домах без утепления при tн = +15 °С, а в утепленных домах при tн = +12 °С. Зависимость относительного расхода тепла на отопление от текущей наружной температуры при этом будет [3, 4]:

 

(2)

где Qор – расчетный расход тепла на отопление при tнр;

Qвн – бытовые тепловыделения, учитываемые при определении Qор.

Сказанное иллюстрирует рис. 1. Зависимость 1 показана линией 1, но в отличие от графика в [2] нулевой расход тепла соответствует не tн = +20 °С, а tн = +18 °С – температуре, на которую были рассчитаны все графики отпуска тепла, приведенные в литературе [5] и согласованные администрацией города для реализации в Москве (рис. 2). Линия 3 характеризует искомую зависимость (2), полученную путем вычитания из теплопотерь через наружные ограждения и с инфильтрующимся воздухом (линия 2, рис. 1) постоянной величины бытовых тепловыделений.

График изменения относительного расхода тепла на отопление в зависимости от температуры наружного воздуха

Рисунок 1.

График изменения относительного расхода тепла на отопление в зависимости от температуры наружного воздуха

При построении графика отпуска теплоты по этой формуле принимается, что при температуре наружного воздуха выше расчетной по параметрам А температура внутреннего воздуха поддерживается на комфортном уровне tв = +20…+21 °С, а при tнр (расчетной по параметрам Б), равной расчетному значению для жилых помещений, tвр = +18 °С. Исходя из этого, часть бытовых тепловыделений пойдет на нагрев воздуха в квартирах до комфортного уровня, и необходимый расход теплоты на отопление несколько повысится (линия 4, рис. 1). Заштрихованная область рис. 1 показывает экономию теплоты, получаемую при учете постоянства бытовых тепловыделений в построении графика отпуска теплоты и при условии поддержания комфортной температуры воздуха в квартирах в течение большей части отопительного периода.

В этом ошибочность утверждения в [2] о малой экономичности АУУ при рассмотрении его только для устранения «нижней» срезки центрального температурного графика отпуска тепла и при пренебрежении ролью бытовых тепловыделений в тепловом балансе жилого дома. Однако АУУ позволяют также устранить негативные последствия перегрева зданий из-за завышения теплопроизводительности систем отопления, запроектированных по СНиП 2.04.05-91* с изменениями 1997 г., перешедшими в СНиП 41-01-2003, путем корректировки графика регулирования подачи тепла на отопление, что может быть достигнуто и без термостатов.

С учетом этого завышения должны быть пересчитаны расчетные значения температур теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах системы отопления. Выразив отношение проектного расчетного расхода тепла на отопление к требуемому из энергетического паспорта в виде коэффициента запаса поверхности нагрева отопительных приборов Kзап = Qпрр / Qтрр, определяются требуемые значения температуры воды в подающем и обратном трубопроводах системы отопления [6]:

(3)

(4)

Здесь индекс 1 означает температуру в подающем трубопроводе; 2 – в обратном; tв – воздуха в помещении; – относительный расход тепловой энергии на отопление, представляющий отношение требуемых расходов тепловой энергии на отопление, определенных при текущей температуре наружного воздуха tн и расчетной для проектирования отопления tнр; m – показатель степени в формуле определения коэффициента теплопередачи отопительных приборов, как правило, принимают m = 0,25. Чтобы установить значение требуемых температур, при расчетной наружной температуре (tнр) необходимо подставить = 1. Выполненные расчеты показывают, что, например, при завышении поверхности нагрева отопительных приборов на 19 % параметры теплоносителя, циркулирующего в системе отопления, должны составлять в расчетных условиях +85…+64 °C вместо +95…+70 °C.

Подтверждением сказанного служат полученные обработкой замеров домовых теплосчетчиков и приведенные на рис. 2 и 3 результаты испытаний режима работы системы отопления на одном из типовых зданий серии II-18-01/12, где был реализован предлагаемый график при настройке контроллера АУУ в сравнении с другими аналогичными домами при изменении среднесуточной наружной температуры от +12,8 до –23,1 °С.

Рисунок 2 (подробнее)

 

Графики изменения расходов тепла на отопление жилых зданий серии II-18-01/12 для различных режимов работы

29.10.2009 г. были включены автоматизированные узлы управления системами отопления намеченных к испытаниям жилых домов – до этого системы отопления были подключены к тепловым сетям от ЦТП через элеваторы. Выставленные по заводским рекомендациям температурные графики для поддержания контроллером АУУ, как показало сопоставление фактических температур теплоносителя с заданным графиком, не соответствовали требуемым показателям. Прошло время, чтобы это выявить, связаться с фирмой, выпускающей контроллеры, и только 18.11.2009 г. контроллеры, установленные в АУУ домов 57, 59 и 53, были перенастроены на проектные температурные графики. В доме 57 уставки графика стали: наклон 1,6, смещение –8 °С, что реализовывалось зависимостью: Т1.о = 1,6(20 – Тн) + 24,6 – 8 + 4(19 – 20). В домах 59 и 53 уставки следующие: наклон 1,6, смещение –3 °С, реализуемая зависимость: Т1.о = 1,6(20 – Тн) + 24,6 – 3. Первоначально были установлены: наклон 1,6, смещение 0, что не соответствовало требуемому проектному графику и завышало отпускаемое количество теплоты.

Это видно из рис. 3, на котором представлены требуемые графики подачи тепла на отопление в АУУ жилых домов серии II-18-01/12: линией 1 на расчетный по проекту расход тепла на отопление 0,18 Гкал/ч, полученный сложением расчетных теплопотерь комнат квартир, – 0,15695 Гкал/ч, рассчитанный в соответствии со СНиП 41-01-2003 «Отопление и вентиляция», и помещений лестнично-лифтового узла (ЛЛУ) – 0,01115 Гкал/ч, и умножением суммы на коэффициент 1,07, означающий дополнительные теплопотери трубопроводов системы отопления: розливов, проложенных в неотапливаемых помещениях техподполья и чердака, и главного стояка, проложенного по лестничной клетке: Qот.пр = (0,15695 + 0,01115) • 1,07 = 0,18 Гкал/ч. Эта точка расчетного расхода тепла на отопление при Тн = –26 °С соединяется с точкой нулевого расхода при Тн = +18 °С – так, как строятся проектные графики температур теплоносителя в системах отопления теплоснабжающими организациями.

Изображенные треугольником точки среднечасового за сутки фактического теплопотребления дома 57 за период, предшествовавший перенастройке контроллера, легли на этот график чуть превышая его, что свидетельствует о том, что если бы мы не вмешивались в режим настройки контроллера, подача тепла на отопление продолжалась бы по этому проектному графику и его можно было бы принять за базу для сравнения с рекомендованным нами режимом подачи тепла на отопление. Подтверждением того, что система отопления может потребить и большее количество тепла по сравнению с графиком, изображенным линией 1, служат точки с треугольниками с желтым полем внутри, отражающие среднечасовое теплопотребление домов 57 и 59 за октябрь, дома 51 за ноябрь и дома 49 за декабрь 2009 года.

Линиями 2 и 3 показаны требуемые графики теплопотребления системой отопления на расчетный расход тепла 0,158 Гкал/ч, полученный из энергетического паспорта раздела «Энергоэффективность проекта» и рассчитанный в соответствии с положениями СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» и МГСН 2.01-99 «Энергосбережение в зданиях» на нормативный воздухообмен 30 м3/ч наружного воздуха на жителя и удельную величину бытовых тепловыделений 17 Вт/м2 площади пола жилых комнат. Различие заключается в том, что по линии 2 подача тепла в систему отопления выполняется по проектному графику на нулевой расход при Тн = +18 °С, и такой график заложен для поддержания в контроллере домов 59 и 53. А по линии 3 подача тепла в систему отопления выполняется по графику на нулевой расход при Тн = +12 °С, предложенному нами и учитывающему возрастание доли бытовых тепловыделений в тепловом балансе здания с повышением температуры наружного воздуха. Такой график заложен для поддержания в контроллере дома 57 с 18.11.2009 г.

Рисунок 3 (подробнее)

 

Графики изменения температур теплоносителя в подающем трубопроводе тепловой сети (линия 1) и в обратном трубопроводе систем отопления дома 59 (линия 2) и 57 (линия 3) в сопоставлении со среднесуточными показателями в зависимости от tн

Как видно из рис. 3, точки фактического теплопотребления системой отопления жилого дома 59 практически легли на график (линия 2), заданный для поддержания контроллером, за исключением превышения графика в морозный период с 14.12.2009, связанного с увеличением расхода теплоносителя из тепловой сети с примерно 2 т/ч до 2,7–3,0 т/ч, а потом и до 4,5 т/ч (измерение расхода тепла не приведено из-за неисправности теплосчетчика).

Точки фактического теплопотребления жилого дома 57 легли близко к графику (линия 3), на который был настроен контроллер, но с некоторым превышением его, связанным с тем, что фактически установленная в результате капремонта системы отопления площадь поверхности радиаторов в 70 % квартир завышена на 20–150 % по сравнению с проектом, а терморегуляторы на отопительных приборах вопреки нашему возражению установлены с термостатической головкой на поддержание температуры воздуха в помещении +26 °С при полном открытии крана терморегулятора (о недостатках такого решения указано в [1]).

Снижение расхода тепла на отопление в доме 57 при регулировании по графику с расчетными параметрами теплоносителя +85…+64 °С в сравнении с домом 59, где подача тепла на отопление выполнялась по графику +95…+70 °С, сопровождалось и снижением температуры воды в обратном трубопроводе системы отопления, что видно из рис. 4. Температура в обратном трубопроводе дома 57 была ниже, чем в доме 59 на +6…+8 °С и в теплый, и в холодный периоды отопительного периода.

Жалоб со стороны жителей на недостаточную температуру воздуха в квартирах в управляющую компанию не поступало. Это позволяет сделать вывод, что режим подачи тепла на отопление в доме 57 отвечает требуемому исходя из обеспечения комфортных условий пребывания в доме и соблюдения энергосбережения. Причем реализация такого режима возможна при любых подключениях систем отопления, поскольку предлагаемый режим предусматривает снижение подачи тепла по сравнению с проектным.

В отношении достигнутой экономии тепловой энергии от реализации предложений по оптимизации авторегулирования системой отопления, по испытаниям в доме 57 за период с 19.11 по 22.12.2009 г., захватившим диапазон наружных температур от +8 до –23 °С, удельный расход тепловой энергии на м2 площади квартир, отнесенный к нормируемому отопительному периоду, составил 114 кВт·ч/м2. В то же время по данным прямых измерений удельное теплопотребление на отопление этого дома до капитального ремонта в 2007 году составило 217 кВт·ч/м2, а в 2008 году – 197 кВт·ч/м2 (среднее значение по семи обследованным домам, соответственно, 217 и 209 кВт·ч/м2). Следовательно, экономия от комплексного капитального ремонта и проведения мероприятий по настройке системы авторегулирования отопления составила [(217 + 197) / 2 – 114] • 100 / 207 = 45 %.

Возвращаясь к роли термостатов в системе отопления, следует отметить, что тепловой и воздушный режимы в квартире являются отличной саморегулируемой системой при обеспечении постоянного поступления количества теплоты в эту квартиру, компенсирующего теплопотери через ограждения и на нагрев вентиляционной нормы наружного воздуха за вычетом бытовых тепловыделений.

При современных герметичных окнах и естественной вытяжной вентиляции в жилых домах окна в закрытом положении не обеспечивают поступления свежего наружного воздуха в объеме нормативного воздухообмена. Поэтому если в систему отопления поступает количество теплоты из расчета нагрева нормативного воздухообмена, а окна закрыты, то повышается температура воздуха в отапливаемых помещениях, она выходит за пределы, воспринимаемые человеком как комфортная, и он вынужден приоткрывать окна, чтобы увеличенным воздухообменом вернуть температуру воздуха в помещении в комфортные пределы.

Но особенности воздействия микроклимата на человека таковы, что он быстро реагирует на изменение окружающей температуры, а незначительные изменения качества воздуха не так ощутимы для него. Поэтому если в предыдущем примере будет добавлено регулирующее воздействие в виде термостатов на отопительных приборах, которые по определению должны закрываться при повышении температуры воздуха в отапливаемом помещении, то у жителя не возникает потребности в открывании окон. Воздухообмен в квартире будет ниже нормативного – отсюда синдром «больных зданий», которых в европейских странах значительно больше, чем у нас.

В связи с этим внедрение термостатов должно быть обусловлено наличием постоянно действующей вентиляции в квартирах в объеме нормативного воздухообмена. А это значит, что квартиры должны быть обеспечены саморегулируемыми приточными клапанами в наружных стенах или оконных переплетах и механической или гибридной вытяжной вентиляцией (интенсифицирующей вытяжку из квартир верхних этажей до нормируемой [7]). Только при этих условиях термостаты могут принести пользу, удовлетворяя индивидуальные потребности жителей в обеспечении желаемой температуры и сберегая тепловую энергию на отопление при теплопоступлениях с солнечной радиацией. Однако пока это не реализовано, в существующих и проектируемых с естественной вентиляцией зданиях на отопительных приборах надо устанавливать клапаны с ручным управлением без термостатических головок, и обязательно в каждом доме следует предусматривать автоматизированный узел управления системой отопления, позволяющий оптимизировать подачу тепла на отопление для достижения максимальной экономии тепловой энергии при обеспечении комфортных условий в жилище.

Литература

1. Ливчак В. И. Энергосбережение и энергоэффективность – это борьба с расточительностью, а не снижение комфортных условий // АВОК. – 2010. – № 2.

2. Карпов В. Н. Еще раз о повышении энергоэффективности жилых зданий // АВОК. –2009. – № 8.

3. Ливчак В. И. О температурном графике отпуска тепла для систем отопления жилых зданий // Водоснабжение и санитарная техника. – 1973. – № 12.

4. Ливчак В. И., Табунщиков Ю. А. Экспресс-энергоаудит теплопотребления жилых зданий: особенности проведения // Энергосбережение. – 2009. – № 2.

5. Соколов Е. Я. Теплофикация и тепловые сети. – М. : Энергия, 1975.

6. Ливчак В. И. Тепловизионное обследование не может заменить тепловые испытания здани // Энергосбережение. – 2006. – № 5.

7. Малахов М. А., Савенков А. Е. Опыт проектирования естественно-механической вентиляции в жилых зданиях с теплыми чердакам // АВОК. – 2008. – № 6.

Поделиться статьей в социальных сетях:

Статья опубликована в журнале “АВОК” за №3'2010

распечатать статью распечатать статью


Статьи по теме

Реклама
Реклама на нашем сайте
Rambler's Top100 Rambler's Top100 Яндекс цитирования



Кондиционирование, отопление, вентиляция

Подписка на журналы

АВОК
АВОК
Энергосбережение
Энергосбережение
Сантехника
Сантехника
Онлайн-словарь АВОК!


Реклама на нашем сайте