Системы теплогазоснабжения и вентиляции

Экономия теплоты, воды и электроэнергии в системах водоснабжения жилых микрорайонов.

Несмотря на то что при эксплуатации централизованных систем холодного и горячего водоснабжения от ЦТП нередко возникают жалобы населения на периодическое прекращение подачи воды на верхние этажи зданий или на низкую температуру горячей воды (вследствие нарушения гидравлического режима), в этих же системах наблюдается значительный перерасход воды, теплоты и электроэнергии. Основной причиной перебоев водоснабжения является недостаточный напор подкачивающей установки, а в системах горячего водоснабжения, кроме того, увеличенное сопротивление водонагревателей и перегрузка начальных (общих) участков сети из-за гидравлического разрегулировки системы.

Вследствие низкого сопротивления колец, состоящих из водоразборного и циркуляционного стояков, выполненных друг за другом (рис. а), интенсивная циркуляция осуществляется через ближайшие к ЦТП стояки, а в удаленных стояках она значительно ниже или отсутствует совсем, в результате чего в водоразборные краны вода поступает охлажденной. С целью доведения циркуляции до дальних стояков на практике часто циркуляционные насосы заменяют более мощными, при этом циркуляционный расход приближается к расчетному секундному расходу на водоразбор.

Однако помимо того, что это мероприятие приводит к перерасходу электроэнергии, оно ухудшает работу системы. Вследствие еще большей перегрузки подающего трубопровода и водонагревателя второй ступени резко увеличиваются потери давления и возникают перебои в подаче воды на верхние этажи.

Для устранения гидравлической разрегулировки централизованной системы горячего водоснабжения необходимо сокращать число циркуляционных колец и повышать их сопротивление, как это принято сейчас при проектировании секционных узлов.

Установка полотенцесушителей на водоразборные стояки и объединение последних кольцующей перемычкой (рис. б) позволили снизить диаметр стояков за счет возможности питания водоразборного крана с двух сторон (при загрузке стояка, где установлен кран, питание будет осуществляться снизу и через перемычку из соседних менее загруженных стояков). Переход на меньший диаметр стояка, помимо снижения металлоемкости, снизить теплопотери трубопровода (500 ГДж на 1000 квартир) и сократит расход циркуляционной воды.

При реконструкции существующих систем с полотенцесушителями на циркуляционном стояке для наладки теплового и гидравлического режимов следует отрезать циркуляционные стояки от магистрали, объединив их по подвалу в пределах одной секции дома кольцующей перемычкой, которую в одном месте трубопроводом повышенного сопротивления надо подключить к магистральной циркуляционной линии (рис.в). Это значительно повысит гидравлическую устойчивость системы и, как минимум, в 4 раза уменьшит число циркуляционных колец.

Существенным резервом экономии является также возможность периодического отключения полотенцесушителей от стояков горячего водоснабжения. В южных районах страны в жаркие летние месяцы сокращение теплопоступлений необходимо для улучшения микроклимата квартир. Экономически нелепой является установка полотенцесушителя в квартире, в которой имеется кондиционер для понижения температуры воздуха в летние месяцы, так как последний должен расходовать энергию на понижение температуры воздуха в квартире и на выброс теплоты, поставляемой в квартиру полотенцесушителем.

Эффективность изоляции стояков системы горячего водоснабжения.

Еще один резерв экономии в системах горячего водоснабжения – это изоляция стояков, проходящих в шахтах санитарно-технических кабин либо открыто в ванной комнате. При изоляции стояков сокращаются не только потери теплоты, но и расход электроэнергии на перекачку циркуляционной воды, так как из-за меньших теплопотерь снижается требуемый циркуляционный расход.

Теплота, выделяемая стояками системы горячего водоснабжения, используется для отопления квартир. Однако летом теплопоступления от стояков горячего водоснабжения являются бесполезными потерями теплоты. Так, каждый год летом с 1000 квартир такие потери теплоты составляют 1100 ГДж.

В целом годовой экономический эффект от изоляции стояков систем горячего водоснабжения очень велик. Эффективность применения изоляции стояков настолько велика, что целесообразно выполнить изоляцию стояков действующих систем. Для производства изоляционных работ не требуются исполнители высокой квалификации; это вполне может быть осуществлено в короткие сроки силами службы эксплуатации.

Использование вторичных энергоресурсов для нагрева теплоносителей в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Использование вторичных энергоресурсов (ВЭР) для теплоснабжения промышленных зданий приобретает все большие масштабы. Экономически это вполне оправдано – затраты на экономию 1 т у.т. за счет использования ВЭР в 3-4 раза меньше затрат на его добычу и транспортировку. Уже сейчас степень использования так называемых горючих ВЭР (конверторный газ, хвостовые газы, образующиеся при выработке многих продуктов, горючие газы легкой промышленности и др.), по данным ВНИПИэнергопрома, превышает 90%, в результате чего экономится более 70 млн. т у.т. в год.

Во всех случаях экономическая задача заключается в том, что бы в первую очередь использовать те источники ВЭР, при которых эффект будет наибольшим. С этой целью предварительно должна быть проведена паспортизация всех источников ВЭР с указанием их количеств, температур, степени загрязнения, продолжительности и режима поступления. К числу этих источников относятся различные технологические ресурсы (отходящие газы, пар и нагретая вода, являющиеся результатом работы технологического оборудования, котельных, компрессорных и др.), а также вентиляционные выбросы. Одновременно определяют возможных потребителей ВЭР – технологические процессы, отопление, горячее водоснабжение, вентиляция и др. Следующим этапом является составление баланса количества ВР и потребности в них с подразделением последней на группы по температурам ВЭР (высокопотенциальная и низкопотенциальная теплота).

Если количество ВЭР больше потребности в них, то в первую очередь используют те источники, утилизация теплоты которых дает наибольший экономический эффект. Таким образом производят ранжирование всех источников ВЭР, а затем составляют баланс потребности в теплоте и количестве ее, получаемой при использовании этих источников.

Сокращение энергопотребления.

Для общественных зданий характерен периодический режим работы, связанный с временным пребыванием в них людей. Суточная периодичность режима работы помещений приводит к нестационарности протекающих в них тепловых потоков. Анализ динамики тепловых процессов позволяет вскрыть резервы сокращения энергопотребления на обеспечение внутренних тепловых ресурсов.

Сокращение энергопотребления системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха особенно важно в холодное время года. Для этих целей необходимо:

1). использование прерывистого отопления, совмещенного с приточной вентиляцией;

2). снижение температуры внутреннего воздуха в нерабочее время в помещениях, оборудованных водяными системами отопления, за счет уменьшения теплоотдачи этих систем;

3) использование переменного расхода воздуха в прямоточных системах вентиляции и кондиционирования воздуха в рабочее время;

4). использование прерывистой вентиляции помещений.

Возможности сокращения энергопотребления с помощью перечисленных мер, относящихся к области режима регулирования систем.

Концепция энергосбережения при реставрации и капитальном ремонте зданий на примере жилого дома

Требования обновленных СНиП 11-3-79* (95) Строительная теплотехника, а также МГСН 2.01-99, «…исходя из условий энергосбережения», сводятся в основном к утеплению оболочки зданий и не имеют технико-экономических обоснований. Это привело к нерациональному расходованию материальных ресурсов и малорентабельным капиталовложениям при строительстве новых и утеплении реконструируемых зданий.

Фонд эксплуатируемых зданий в России составляет около 2,6 млрд м2 общей площади. Все они были построены по ранее действовавшим нормативам при минимально допустимом уровне теплозащиты наружных стен (не менее требуемого сопротивления теплопередаче, определяемого по формуле 1), но вполне достаточным для обеспечения выполнения санитарно-гигиенических требований по предупреждению выпадения конденсата и условиям комфортности микроклимата помещений. Окна в жилых зданиях были в деревянных переплетах преимущественно с двухслойным остеклением. На отопление существующих зданий ежегодно должно расходоваться по нормативам не менее 200 тонн условного топлива. Ввод новых зданий в современных условиях не превышает 30 млн м2 в год, при дополнительной потребности в топливе не более 3 млн т. Отсюда следует, что основной резерв энергосбережения скрыт в существующем фонде зданий. Однако почти все инвестиции направляются на новое строительство, и указанный главный резерв энергосбережения остается нетронутым. Без его вовлечения в оборот все разговоры о решении проблемы энергосбережения в градостроительном комплексе оказываются беспочвенными. Не подготовлена научно обоснованная концепция и нормативная база для решения этой крупномасштабной государственной проблемы, о чем свидетельствуют первые робкие попытки разработки эталонных проектов капитального ремонта жилых зданий в целях снижения их энергопотребления при эксплуатации. Неверно принятая концепция энергосбережения может привести при ее реализации к значительным неоправданным расходам материальных ресурсов и малорентабельным капиталовложениям. Покажем на конкретном примере, какие нюансы возникли при разработке проекта капитального ремонта жилого дома по ныне действующим нормативам.

Жилой 9-ти этажный, четырех секционный дом имеет стены из однослойных керамзитобетонных панелей толщиной 400 мм, чердачное перекрытие из пустотных железобетонных плит – 220 мм с утеплителем из минераловатных плит – 50 мм, уложенных на цементно-фибролитовые плиты – 75 мм. Перекрытие над техническим подпольем выполнено из ребристых железобетонных плит толщиной 60 мм, слоя песка – 40 мм, цементной стяжки – 40 мм, ДВП – 10 мм, пол из линолеума – 5 мм, окна с двойным остеклением в раздельно-спаренных деревянных переплетах.

СНиП 11-3-79* требуют для реставрируемых и капитально ремонтируемых зданий независимо от этажности устанавливать повышенный уровень теплозащиты ограждающих конструкций.

Руководствуясь этими требованиями, Мосжилниипроект при разработке проекта капитального ремонта этого здания [4] установил следующие значения сопротивления теплопередаче, м2.К/Вт, ограждающих конструкций:

·        наружных стен – 3,16

·        чердачных перекрытий – 4,1

·        окон и балконных дверей – 0,54

·        перекрытий над холодными техподпольями – 4,71.

Детальный анализ представленного проекта выполнен международной организацией в рамках проекта программы ТАСИС ERUS-9705 [4] с дополнениями собственными предложениями. В результате к сопоставлению были приняты пять вариантов, включая базисный, для которых определены следующие значения эксплуатационной характеристики здания (табл. 1).

ТАСИС рекомендовал принять к реализации проектный вариант № 3, позволяющий снизить теплопотери на 48 %, но дополнить его следующими мероприятиями по варианту № 4 и снизить энергопотребления здания в целом на 56%:

·        увеличить толщину слоя утеплителя наружных стен с 12 до 16 см;

·        утеплить перекрытие подвала дополнительным 8-сантиметровым слоем теплоизоляции;

·        заменить теплоизоляцию трубопроводов в подвале и увеличить ее толщину до диаметра трубы;

·        заглушить 2/3 вентиляционных окон в стенах подвала.

Отметим, что расчеты и предложения ТАСИС отличаются детальным рассмотрением различных вариантов теплозащиты наружных стен, перекрытий, окон при определении удельных энергозатрат здания в зависимости от кратности воздухообмена (n = 0.3, 0.67-1.0; 1/ч) и сопоставлении результатов расчета при использовании европейских (DIN) и русских (СНиП) нормативов. Предложенный набор энергосберегающих технический решений при отсутствии общей концепции энергосбережения оказался исчерпывающе полон и не нуждается в дополнениях. Однако ряд методических положений, влияющих на достоверность полученных результатов расчета удельных энергозатрат и корректность выбора окончательного варианта реставрации здания, должны быть уточнены при учете следующих специфических особенностей градостроительного комплекса России:

1. Приводимые в табл. 1 значения удельных энерго затрат для базисного варианта № 1 при принятой в расчетах кратности воздухообмена n = 0,67 1/ч, исходя из осредненного норматива 35 м3/чел., не соответствует истинному притоку инфильтрующегося воздуха в российских зданиях старой постройки. Об этом свидетельствуют (см. с. 17 [4]) и откровенные признания самих разработчиков в части правильности «допущений кратности воздухообмена до реконструкции и после нее. Связанная с этим неопределенность не допускает никаких точных прогнозов относительно реально ожидаемой экономии энергии».

2. По результатам натурных измерений многих исследователей в ранее построенных в России по типовым проектам жилых зданиях при приточно-вытяжной естественной вентиляции, фактическая кратность воздухообмена в квартирах может достигать более двух объемов в час (n = > 2,1/ч), из-за большого притока инфильтрующегося воздуха через окна, притворы дверей и вертикальные стыки наружных стен при естественном ветровом и температурном напорах. Поэтому фактические удельные энергозатраты оказались значительно больше значений, принятых в базисном варианте № 1, что должно снизить долю ожидаемой экономии тепловой энергии и эффект от утепления ограждающих конструкций.

3. Отсутствует анализ структуры энергобаланса существующего здания до и после его реконструкции, что не позволяет определить вклад каждого из предложенных технических решений в снижении энергопотребления здания и обосновать правильность генерального направления решения проблемы энергосбережения при реставрации зданий.

4. Исполнители принимают на веру правильность, заметим, не имеющих технико-экономических обоснований, требований СНиП по увеличению до уровня этапа 2 теплозащиты ограждающих конструкций при реставрации зданий. По этой причине предложенные варианты снижения энергопотребления здания оказались безальтернативными, что заранее и предопределило выбор в пользу проектного варианта № 2 с дополнениями по варианту №3. Это привело к механическому выполнению требований СНиП по повышению уровня теплозащиты ограждающих конструкций, не считаясь с затратами и рентабельностью капиталовложений, несмотря на то, что по принятому варианту стоимость утепления 1 м2 наружной стены должна составить не менее 50 $ США. Наш расчет показал, что в климатических условиях г. Москвы при повышении сопротивления теплопередаче наружных стен с существующих 1,8 до 3,16 м2.Втстоимость сбереженной тепловой энергии при ее цене 0,03 $/кВт.ч должна составить 2,19 $ /(м2.год), а срок окупаемости около 23 лет, что указывает на экономическую нецелесообразность капиталовложений на утепление наружных стен здания (показатель рентабельности менее 5%).

5. Заслуживает большего внимания нереализованное предложение по варианту № 5 в части применения энергоэффективных окон с повышенным до 0,71 м2.К/Вт сопротивлением теплопередаче. Однако следует указать, что главное преимущество новых конструкций энергоэффективных окон обусловлено не столько их повышенным уровнем теплозащиты, а в большей мере (примерно на порядок выше) – снижением воздухопроницаемости, что необходимо учитывать в технико-экономических расчетах по методике. По нашим расчетам срок окупаемости таких окон в климатических условиях г. Москвы не должен превышать 5 лет. Поэтому целесообразно дополнительно рассмотреть альтернативный вариант с использованием энергоэффективных окон, но без утепления наружных стен.

6. Уместно напомнить, что с увеличением толщины дополнительного слоя утеплителя стен, эффективность энергосбережения быстро снижается, поскольку указанная зависимость не линейна. При этом дополнительные расходы на каждый сантиметр толщины дополнительного слоя утеплителя остаются постоянными. Но снижается значение коэффициента теплотехнической однородности, что приводит в целом к снижению эффективности от утепления ограждающих конструкций.

С учетом изложенных замечаний произведем пересчет показателей альтернативных вариантов теплозащиты здания, характеристики которых приведены в табл. 2. Принципиальные различия альтернативных вариантов состоят в следующем:

В варианте № 2 по сравнению с вариантом № 1 предусмотрено: утепление перекрытия подвала δут = 8 см при λ = 0,05 Вт/(м.К); применение энергоэффективных окон и балконных дверей с однокамерными стеклопакетами и дополнительным третьим одинарным стеклом с селективным теплоотражающим покрытием, а также расшивка и герметизация вертикальных стыков между панелями, за счет чего должна быть снижена до минимума (n = 0,67 1/ч) кратность воздухообмена.

В варианте № 3 приняты решения проектной организации, обеспечивающие выполнение требований СНиП 11-3-79 по утеплению ограждающих конструкций до уровня этапа 2 (табл. 1, б) предусмотрено применение менее дорогих, чем в варианте № 2, окон и балконных дверей, но позволяющих снизить кратность воздухообмена до n = 1,0 1/ч.

Структура теплового баланса здания по вариантам теплозащиты раскрыта в таблице 3. Как и следовало ожидать, наибольшая доля энерго затрат (38-58%) приходится во всех трех вариантах на подогрев холодного инфильтрующегося воздуха. Доли трансмиссионных теплопотерь через наружные стены и окна оказались практически соизмеримы, кроме варианта №2, в котором повышенные трансмиссионные теплопотери через стены обусловлены снижением доли энерго затрат на подогрев инфильтрующегося воздуха при уменьшении кратности воздухообмена до n = 0,67 1/ч.

Особое внимание следует обратить на то, что снижение кратности воздухообмена с n = 1,0 до 0,67 1/ч оказалось равноценно повышению уровня теплозащиты наружных стен с 1,08 (вар. № 1) до 3,16 (вар. № 3) м2 К/Вт. Этот наглядный эквивалент указывает на необоснованность требований СНиП по обязательному повышению до требований этапа 2 уровня теплозащиты наружных стен реставрируемых капитально ремонтируемых зданий.

В нижней строке таблицы 3 приведены удельные энерго затраты здания для сопоставляемых вариантов без учета дополнительных энерго затрат на круглогодичное горячее водоснабжение, доля которых в расходной части энергобаланса здания соизмерима с затратами на отопление (844 МВт ч/год или 116 кВт.ч/м2.год). Даже без учета ГВС получена более контрастная картина, чем представленная выше в табл. 1. По удельным энерго затратам варианты № 2 и № 3 при принятых данных оказались практически равноценны, но стоимость варианта без утепления наружных стен должна быть в несколько раз ниже. Кроме того, сомнительно в климатических условиях средней полосы России обеспечить эксплуатационную надежность наружного 16 см слоя дополнительной теплоизоляции с 2 см слоем цементно-песчаной штукатурки.

Результаты проведенного анализа структуры теплового баланса здания позволяют сделать следующие выводы и рекомендации:

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12