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
Summary:

Исходные данные для расчета годового теплопотребления зданий в России

Source Data for Annual Heat Consumption Calculation in Buildings in Russia

V. I. Livchak, Candidate of Engineering

Keywords: heatconsumption, heatgain, specificinternalheatgain

The article offers a chart of specific internal heat gains during the business hours and duration of their use in residential and public buildings of various purpose. Heat gains include heat input from people, lighting, electrical equipment and appliances used (in residential buildings this includes heat input from district hot water supply system) for calculation of annual building heat consumption used for evaluation of energy efficiency of newly built, reconstructed and capitally renovated buildings.

Описание:

В статье предлагается таблица величин удельных среднечасовых за рабочее время внутренних теплопритоков и длительности их использования в жилых и общественных зданиях различного назначения. Теплопритоки включают теплопоступления от людей, освещения, используемых электроприборов и электрооборудования (в жилых домах и от централизованной системы горячего водоснабжения) для расчета годового теплопотребления зданий, по которому оценивается энергетическая эффективность строящихся, реконструируемых и капитально ремонтируемых зданий.

Исходные данные для расчета годового теплопотребления зданий в России

В статье предлагается таблица величин удельных среднечасовых за рабочее время внутренних теплопритоков и длительности их использования в жилых и общественных зданиях различного назначения, необходимые для расчета годового теплопотребления помещений здания или теплопотреблений помещений здания за некоторый период времени. Теплопритоки включают теплопоступления от людей, освещения, используемых электроприборов и электрооборудования (в жилых домах и от централизованной системы горячего водоснабжения) для расчета годового теплопотребления зданий, по которому в соответствии с [1] оценивается энергетическая эффективность строящихся, реконструируемых и капитально ремонтируемых зданий.

В нашей стране законодательно закреплены показатели удельных внутренних теплопоступлений только для многоквартирных домов: в СНиП 23-02–2003 «Тепловая защита зданий». Для общественных зданий эти показатели отсутствуют, из-за чего расчет систем отопления этих зданий ведется в России по-прежнему, без учета этих теплопоступлений, что приводит к значительному перерасходу тепловой энергии, как было показано в [2].

Вероятно, метод установления удельных внутренних теплопоступлений теоретическим расчетом по отдельным составляющим, как это принято в [3] и поддержано в [4] и [5], не может быть объективным, поскольку основная часть теплопритоков связана с субъективным фактором, зависящим от человека.

Объективным решением следует считать не теоретические абстрактные расчеты, а обобщенный опыт анализа фактического теплопотребления большого количества эксплуатируемых офисов и извлечение из него усредненной величины внутренних теплопритоков, отнесенных к 1 м2 полезной площади помещений (в многоквартирных домах – к площади жилых комнат). Такой путь принят в европейских странах, таким образом были определены нормативы бытовых тепловыделений в МКД России в 70-х годах прошлого столетия, скорректированные в начале этого века в [6].

В европейских странах, например в Германии, каждый год собираются данные об энергопотреблении всех эксплуатируемых общественных зданий, на базе этого рассчитываются общие показатели и вносятся в нормативные документы для использования в расчетах.

Примером может служить таблица G.12 ISO 13790:2008 [7], в которой приведены отдельно удельные показатели метаболических теплопоступлений от людей в Вт/м2 и годового потребления электроэнергии, включая освещение и пользование электрическими приборами и оборудованием в кВт·ч/м2. Мы дополнили эту таблицу объединением вышеприведенных данных в итоговую величину удельных внутренних теплопоступлений за отопительный период, с учетом того, что потребляемая электрическая энергия в процессе использования превращается в такое же количество тепловой энергии и что из-за короткого светового дня в этот период на освещение тратится энергии больше, чем в среднем за год.

Применительно к условиям России рассматриваемая таблица расширена, в связи с тем, что заселенность квартир в 40 м2 на жителя, принятая в таблице G.12, у нас больше исключение, чем правило, так же как 20 м2 на одного работающего в офисах. Таким жилым и офисным зданиям присваивается категория I и дополнительно вводится категория II с заселенностью в 20 м2 общей площади квартир на жителя и 8 м2 полезной площади помещений или примерно 6 м2 расчетной площади на одного работающего в офисах, что соответствует норме заполняемости существующих зданий в России. Параметры показателей при промежуточных значениях заселенности находятся линейной интерполяцией.

Далее, учреждения здравоохранения разделены нами на больницы с меньшей площадью помещения, приходящейся на одного присутствующего: 20 и 10 вместо 30 м2 на человека, поскольку минимальная норма площади в палатах общей терапии согласно СНиП 2.08.02–89 – 3,5 м2/чел., и поликлиники (с 10 м2 полезной площади на человека), отличающиеся режимом эксплуатации. Измененная таблица G.12 (в тексте статьи – табл.), рекомендуемая для использования при расчете энергоэффективности в России, приведена ниже (красным шрифтом показаны изменения исходной таблицы G.12 из ISO 13790).

Следует отметить, что в статье [8] нами были проанализированы показатели для многоквартирных домов и было установлено совпадение удельных величин внутренних теплопоступлений в жилых домах, принимаемых в европейских и российских нормах, после приведения их к одному знаменателю по площади для получения удельных величин.

Для того чтобы установить, какова должна быть величина удельных внутренних теплопоступлений при вводимой нами новой колонке таблицы с нормой 8 м2 полезной площади помещений офиса на человека, обратимся к таблице С.2 «Годовое потребление электрической энергии для офисной аппаратуры» из европейских норм EN 15603:2008.

В таблице С.2 приводится указанное энергопотребление в расчете на рабочее место в зависимости от энергоэффективности этой аппаратуры и полезной площади помещений, приходящейся на одного работника. При 20 м2/чел. эта величина составляет от 6 (с энергоэффективной аппаратурой) до 12 кВт·ч/м2. Примем наполовину энергоэффективную аппаратуру с удельным годовым энергопотреблением 9 кВт·ч/м2 и сравним с показателем удельного годового потребления электрической энергии на освещение и пользование электрическими приборами и оборудованием из таблицы G.12 при тех же 20 м2/чел.: qE = 20 кВт·ч/м2 (все обозначения в табл.). Отсюда следует, что на освещение приходится 20 – 9 = 11 кВт·ч/м2 годового энергопотребления.

При уменьшении полезной площади помещений на работника из таблицы С.2 следует, что удельное энергопотребление офисной аппаратурой возрастает во столько же раз, во сколько происходит уменьшение площади. А удельные теплопоступления от источников света останутся практически неизменными, поскольку они определяются нормой освещенности, приходящейся на 1 м2 площади пола помещения, и не зависят от количества работников в этом помещении.

Тогда при заявленной ранее минимальной норме заполнения помещений офиса из расчета 8 м2 полезной площади на человека удельное годовое потребление электрической энергии на освещение и пользование электрическими приборами и оборудованием составит: qE = 9 · 20 / 8 + 11 = 33,5 кВт·ч/м2. Такое значение и включено в дополнительную колонку к гармонизируемой нами таблице G.12 для офисов категории II.

Для установления удельной величины внутренних теплопоступлений надо объединить теплопоступления от людей, от освещения и от пользования электроприборами и офисным оборудованием, причем удельное годовое потребление энергии необходимо преобразовать в часовое за рабочее время в отопительном периоде, поскольку внутренние теплопоступления неодинаковы в зимнее и летнее время из-за разной длительности светового дня.

Принимая увеличение теплопоступлений от освещения в отопительный период на 25 % по отношению к годовому, получаем повышающий коэффициент КqE на величину qE для офисов категорий I и II соответственно:

КqE.1 = (9 + 11 · 1,25) / 20 = 1,14

и КqE.2 = (9 · 20 / 8 + 11 · 1,25) / 33,5 = 1,08.

Сначала определим величину внутренних теплопоступлений за отопительный период Qвн.от.п, кВт·ч/м2, по формуле, выведенной в [8] (обозначения и вставляемые цифровые показатели из таблицы G.12 ISO 13790):

Qвн.от.п = (QP / Aпол) · tмет · zот · 10–3 + КqE. · (qE · fE) × zот / 365,
где QP – средняя величина метаболических теплопоступлений от человека, Вт/чел., принимаемая по табл.;
Aпол – полезная площадь помещений на человека, м2/чел.;
tмет – время использования метаболических притоков в день, ч;
zот – длительность отопительного периода в регионе, сут.;
qE – удельное годовое потребление электрической энергии на освещение, использование электрическими приборами и оборудованием, кВт·ч/м2;
fE – доля потребления электрической энергии в кондиционируемой части здания (в помещениях, относящихся к полезной площади здания).

Поделив оба слагаемых на длительность отопительного периода zот и время использования помещения в день (среднемесячное) при односменной работе в течение 5 дней в неделю t = 6 ч, а также пересчитав кВт в Вт, получим удельные внутренние теплопоступления в течение отопительного периода qвн.от, Вт/м², которые при заданной в таблице полезной площади помещений офиса 20 м2/чел. и включенной нами 8 м2/чел. будут:

qвн.от. 20 = (QP / Aпол) · tмет / t + КqE.1 · (qE · fE) · 103 / (t · 365) =
= (80 / 20) · 6 / 6 + 1,14 · (20 · 0,9) · 103 / (6 · 365) = 13,4 Вт/м2;

qвн.от. 8 = (80 / 8) · 6 / 6 + 1,08 · (33,5 · 0,9) · 103 / (6 · 365) = 23,8 Вт/м2.

В табл. 2 из [3] приводятся величины от 40 до 60 Вт/м2 – в 2,5–3,0 раза больше, чем по европейским нормам! Соответственно, в летний период с учетом понижения теплопоступлений от освещения на 35 % по отношению к годовому из-за увеличения длительности светового дня понижающие коэффициенты на величину qE будут:

КqE.1.л = (9 + 11 · 0,65) / 20 = 0,81 и КqE.2.л = (9 · 20 / 8 + 11 · 0,65) / 33,5 = 0,89, а удельные внутренние теплопоступления qвн.ох, Вт/м², составят:

qвн.ох.20 = (80 / 20) · 6 / 6 + 0,81 · (20 · 0,9) · 103 / (6 · 365) = 10,7 Вт/м2;

qвн.ох.8 = (80 / 8) · 6 / 6 + 0,89 · (33,5 · 0,9) · 103 / (6 · 365) = 22,3 Вт/м2.

Показатели удельных внутренних теплопоступлений за отопительный период включены нами дополнительной строкой в гармонизируемую таблицу G.12 ISO 13790. Там же приводятся такие же показатели для образовательных учреждений, больниц, поликлиник, предприятий общественного питания, складов, торговых, досуговых и спортивных сооружений. В отношении учреждений, работающих без выходных, часы их работы, в течение которых включено освещение и используются электрические приборы, значительно больше, чем 3–4 ч, указанные в таблице. Не работает же ресторан только 3 ч в день, а магазин 4 ч! Эти здания имеют нестабильную заполняемость; указанное количество часов соответствует длительности максимального заполнения зданий людьми в часах за целые сутки и относится к длительности теплопритоков от метаболических тепловыделений находящихся в помещениях людей.

В связи с изложенным в табл. добавлена строка «Время использования метаболических теплопритоков при 100 %-ной заполняемости в средний день месяца, tмет, ч.», значения которых перекочевали из строки «Время использования в день», а последняя строка совпадает по значениям с добавленной для зданий, которые имеют практически постоянную заполняемость в течение рабочего дня, с увеличением до фактического времени открытия с нестабильной заполняемостью. Применительно к нашим российским условиям увеличено число часов использования общеобразовательных школ с 4 до 5 ч в средний день за месяц.

Эти уточнения позволяют грамотно подойти к определению теплопотребления на отопление и охлаждение зданий и выполнять сравнение наших зданий с европейскими по показателю энергоэффективности, пока без учета климатических различий. В таком виде эта таблица вошла в стандарт СТО НОП 2.1–2014 «Требования к содержанию и расчету показателей энергетического паспорта проекта жилого и общественного здания», разработанный НП «АВОК» по заданию НОП, информация о котором приведена в [9].

Рассмотрим рекомендуемый воздухообмен для вентиляции помещений, приведенные в таблице G.12 ISO 13790. По многоквартирным домам величины минимального расхода наружного воздуха на человека практически совпадают с российскими нормами: в таблице G.12 qвент = 28 м3/(ч·чел.), по СП 60.13330 – 30 м3/(ч·чел.). В офисах по таблице G.12 qвент = 14 м3/(ч·чел.), что ниже не только наших норм: 40–60 м3/(ч·чел.) в зависимости от наличия естественного проветривания, – но и рекомендаций таблицы В.2 ЕН 15251:2007, где при средней величине загрязнения от самого здания и для категории требований II (новые здания) воздухообмен должен составлять 50 м3/(ч·чел.); правда, для категории требований III (существующие здания) минимальный воздухообмен определен в 28 м3/(ч·чел.).

В то же время, как уже было указано в [10], европейские показатели выше американского стандарта ASHRAE 62-1–2004 «Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality», по которому в офисах расход наружного воздуха принимается 20 м3/(ч·чел.), включающий 9 м3/ч (2,5 л/с) непосредственно на человека плюс 1,08 м3/ч (0,3 л/с) на 1 м2 площади пола помещений, или при той же норме 10 м2/чел.

9 + 1,08 · 10 = 20 м3/(ч·чел.). Обоснование такого разительного расхождения в [11] представляется недостаточно убедительным.

На наш взгляд, противоречия заключаются в том, что определяющим вредным веществом в помещении является выдыхаемый людьми углекислый газ, СО2, и он же принимается эквивалентом вредных веществ, генерируемых помещением (ограждения, мебель, ковры и т. п.). Но, в отличие от тепловыделений, которые мы суммируем, нельзя так же суммировать показатели выдыхаемого людьми углекислого газа с его эквивалентом, равным по вредности для здоровья человека, но представляющим собой различные газы, пары, микроорганизмы, табачный дым или некоторые аэрозоли, возникающие от продуктов жизнедеятельности людей, технологических процессов, мебели, ковров, строительных и декоративных материалов, поскольку нарушением является превышение заданной концентрации каждого вредоносного вещества. И количество наружного приточного воздуха, направляемого в помещение для разбавления до нужной концентрации углекислого газа, выдыхаемого людьми, может оказаться достаточным для разбавления других вредных веществ, например выделяемых от ограждений и мебели.

В подтверждение сказанного и в [11] указывается, что «весомость углекислого газа в суммарном показателе токсичности не превышает 20–40 %. Помимо традиционного изучения содержания углекислоты целесообразно исследование: а) продуктов метаболизма организма человека; б) токсичных выделений из строительных материалов; в) запыленности; г) бактериальной обсемененности; д) ионного режима помещений».

По изложенному выше принципу построена методика определения нормы воздухообмена для жилых зданий, приведенная в [12] и перешедшая в СП 60.13330.2012 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» – при заселенности здания в 20 м2 и более общей площади квартир на жителя принимается норма воздухообмена в 30 м3/ч на человека, но не менее 0,35 об./ч от объема квартиры. До заселенности чуть больше 30 м2/чел. превалирующими являются выделения вредностей от людей, а при меньшей плотности заселения – от строительных материалов, мебели, ковров.

В табл. сохраняются нормы воздухообмена для вентиляции из таблицы G.12, дополненные увеличенными значениями на 1 м2 общей площади при более плотном размещении сотрудников в офисах и пациентов в больницах, что позволяет методом интерполяции находить искомые значения с большей точностью.

Литература

  1. Постановление Правительства РФ от 25 января 2011 года № 18 «Об утверждении Правил установления требований энергетической эффективности для зданий, строений, сооружений и требований к правилам определения класса энергетической эффективности многоквартирных домов».
  2. Ливчак В. И. Почему перегреваются офисные здания и что делать? // АВОК. 2014. № 7.
  3. Наумов А. Л. Оценка и роль теплозащиты общественных зданий // АВОК. 2009. № 7.
  4. Малявина Е. Г. и др. Теплозащита офисного здания // АВОК. 2010. № 8.
  5. Табунщиков Ю. А., Миллер Ю. В. Оценка годового расхода энергии на отопление и охлаждение // АВОК. 2013. № 3.
  6. Ливчак В. И. Учет внутренних теплопоступлений в жилых домах // АВОК. 2013. № 6.
  7. ISO 13790:2008 «Energy performance of buildings – Calculation of energy use for space heating and cooling» («Энергетическая эффективность зданий. Расчет потребления энергии для отопления и охлаждения»).
  8. Ливчак В. И. Гармонизация исходных данных российских норм, определяющих величину внутренних теплопоступлений, с европейскими нормами // АВОК. 2014. № 1.
  9. Ливчак В. И. Стандарт СТО НОП 2.1–2014 как практическая реализация повышения энергоэффективности зданий // Энергосбережение. 2015. № 2.
  10. Ливчак В. И. О нормах воздухообмена общественных зданий и последствиях их завышения // АВОК. 2007. № 6.
  11. Шилькрот Е. О., Губернский Ю. Д. Сколько воздуха нужно человеку для комфорта? // АВОК. 2008. № 4.
  12. Стандарт АВОК-1–2004 «Здания жилые и общественные. Нормы воздухообмена».
купить online журнал подписаться на журнал
Поделиться статьей в социальных сетях:

Статья опубликована в журнале “АВОК” за №5'2015

распечатать статью распечатать статью PDF pdf версия


Статьи по теме

Реклама
Реклама на нашем сайте
Яндекс цитирования

Подписка на журналы

АВОК
АВОК
Энергосбережение
Энергосбережение
Сантехника
Сантехника
Онлайн-словарь АВОК!


Реклама на нашем сайте