Тепловой баланс здания и его составляющие

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тепловой баланс здания и его составляющие

В течение отопительного периода вследствие разницы между температурой внутреннего воздуха здания и наружного воздуха происходят потери тепла:

· трансмиссионные - через наружные ограждающие конструкции;

· связанные с воздухообменом - за счет подогрева до температуры внутреннего воздуха поступающего через неплотности или открытые окна и двери холодного наружного воздуха.

Часть этих потерь восполняется за счет:

· теплопоступления от внутренних источников (электрические, осветительные приборы, потребление горячей воды, люди и т.д.);

· воздействия солнечной радиации на здание, особенно через окна.

Остальные теплопотери должна восполнить система отопления. Тепловой баланс здания можно записать в следующем виде:

Q_от = Q_т + Q_в - (Q_быт -Q_сол)n,

где Q_от _ реальное использование тепловой энергии в здании;

Q_т _ общие теплопотери здания через наружные ограждающие конструкции;

Q_в _теплопотери, связанные с воздухообменом;

Q_быт _ теплопоступления от внутренних источников в здании;

Q_сол _ теплопоступления от солнечной радиации;

n _ коэффициент, учитывающий способность ограждающих конструкций здания аккумулировать или отдавать тепло.

Величина теплопотерь через наружные ограждения (стены, покрытия, цокольные перекрытия, окна) определяется сопротивлением теплопередаче конструкции. Нормативные требования по теплозащите ограждающих конструкций гражданских зданий в Сибири за последние 20 лет, а также фактические сопротивления теплопередаче, установленные по результатам обследований, приведены в табл. 10.3.

Исследования теплового режима зданий, проведенные в Томске, показали, что фактическая тепловая защита наружных ограждений на 15-20 % ниже нормативной. Причинами являются неучтенный фактор неоднородности конструкций в действующей методике теплотехнического расчета, часто низкое качество строительства и плохая эксплуатация зданий. Это приводит к неучтенным потерям тепла, неудовлетворительному микроклимату и снижению долговечности зданий. С 1996 года строительными нормами и правилами предусмотрено двухэтапное повышение уровня тепловой защиты ограждающих конструкций. Значения нормативных сопротивлений теплопередаче в гражданских зданиях с 2000 года приведены в табл. 10.3.

Таблица 10.3

Наибольшими из составляющих теплового баланса гражданских зданий являются теплопотери, связанные с воздухообменом в помещениях. Количество поступающего в помещения наружного воздуха определяется санитарными нормами и воздухопроницаемостью ограждающих конструкций, прежде всего окон.

В частности, для жилых зданий по санитарным нормам требуется поступление 3 м³ свежего воздуха на 1 м² жилого помещения в час, а воздухопроницаемость окон не должна превышать 6 кг/м² в час.

До 1986 года воздухопроницаемость окон допускалась до 10 кг/м²ч. Фактическая воздухопроницаемость окон в существующих зданиях из-за отсутствия уплотнителей на притворах окон и плохого качества столярных изделий достигает 18-20 кг/м³ .ч. В результате кратность воздухообмена в помещениях квартир достигает 21 1/ч вместо 0,8-1 1/ч по нормам. В таблице 10.4 приведен расход топлива на отопление односемейного дома в зависимости от его герметичности.

Таблица 10.4

Все составляющие теплового баланса за отопительный сезон (234 суток) на примере жилого кирпичного трехэтажного 23-квартирного дома 1960 г. постройки с общей площадью 1740 м²выглядят следующим образом (табл. 10.5-10.6).

Таблица 10.5 Фактическая теплоизоляция ограждающих конструкций (сопротивление теплопередаче)

Таблица 10.6 Теплопоступления и соответствующие им теплопотери

После реконструкции и утепления ограждающих конструкций рассматриваемого дома в соответствии с действующими в настоящее время нормами потери тепла сократятся на 40%, изменятся соотношения тепловых потерь в тепловом балансе и уменьшится количество вредных выбросов в атмосферу (табл.10.7-10.8).

Таблица 10.7 Теплоизоляция ограждающих конструкций (сопротивление теплопередаче) после реконструкции

потеря тепло температура здание

Таблица 10.8 Теплопоступления и соответствующие им теплопотери

Пути снижения потребления энергии зданиями

Энергоэффективным является здание, в котором при проектировании, строительстве и эксплуатации осуществлено максимальное количество мероприятий, направленных на экономию топливно-энергетических ресурсов.

Основными путями экономии энергии в гражданских зданиях являются повышение тепловой эффективности строительных конструкций, архитектурно - планировочных решений, инженерных систем, использование нетрадиционных видов энергии. Повышение теплозащиты здания возможно осуществить за счет использования эффективных теплоизоляционных материалов и применения новых конструктивных решений стен, окон.

Наиболее перспективными являются двухслойные ограждающие конструкции с несущим и теплоизоляционным слоями (рис.10.1).

1 Кирпичная кладка   d=380 мм

2 Внутренняя штукатурка   d=15 мм

3 Крепление термоизоляции Клей "ОК-1000 WDVS-Specialkleber, Superkleber-Armierungsmortel, шпильки 75-175 мм. Закрепляется шпильками и полимерными планками

4 Теплоизоляция КАМЕННАЯ ВАТА «ROCKWOOL» d=100 мм, р=140 кг/м³

5 Выравнивающий (армирующий) слой Клей "ОК" 1000 WDVS-Specialkleber, Superkleber-Armierungsmortel Толщина слоя 3-5 мм

6 Армирующая сетка Покрытая пластиком сетка из стекловолокна Ячейки 4 мм

7 Грунтовка Кварцевая (отделка декоративной штукатурки). Глубинная (для окраски)

8 Отделка Минеральная декоративная штукатурка Полимерная декоративная штукатурка Краска фасадная 2; 3; 6 мм. 1,5; 2; 3 мм.

Такое решение возможно как в строящихся, так и в существующих зданиях. В качестве эффективного утеплителя применяются минераловатные жесткие плиты с перпендикулярным расположением волокон и коэффициентом теплопроводности 0,043-0,06 Вт/м ^оС. Такой утеплитель не расслаивается, обеспечивает прочность фасадному покрытию и негорючий.

Для уменьшения теплопотерь в здании и поддержания в помещении благоприятного микроклимата необходимо особое внимание обратить на окна. Значение сопротивления теплопередаче российских окон массового производство составляет 0,42 м^2оС/Вт. Помимо более низкой теплозащиты по сравнению со стенами, оконные заполнения имеют большую воздухопроницаемость. Установлено, что проникновение холодного воздуха через неплотности оконных проемов снижает их теплозащиту в среднем в два раза.

В большинстве развитых стран сопротивление теплопередаче наиболее популярных окон составляет не менее 0,65 м^2оС/Вт. В последние годы в США и странах Западной Европы появились окна с сопротивлением теплопередаче 1,6- 2,0 м^{2 о}С/Вт. В 1995 г. более 60 % жилых зданий оборудовались подобными энергоэффективными окнами. Еще в 1991 г. в США было продано 26,5 млн. м² окон с теплоотражающими покрытиями.

В 1998 г. в России были изменены нормы на теплоизоляцию и воздухопроницаемость окон. Для условий Сибири сопротивление теплопередаче окон должно быть не меньше 0,64 м^2оС/Вт, а воздухопроницаемость - 6 кг/м² ч.

Основным элементом энергоэффективных окон является двухкамерный стеклопакет с нанесенным на стекло теплоотражающим покрытием из оксидов серебра, олова и других металлов. Дополнительное повышение сопротивления теплопередаче на 7-15 % возможно при заполнении межстекольного пространства инертными газами. Тепловая эффективность окон во многом зависит от конфигурации оконных профилей, в которых предусмотрены места для установки современных уплотнителей, и от качества фурнитуры.

Обеспечивая герметичность окон, следует не забывать о требуемом воздухообмене. Зарубежный опыт показывает, что возможно снижение воздухообмена с целью энергосбережения без риска ухудшения качества внутреннего воздуха, увеличения его влажности до кратности 0,5-0,6 1/ч. Для обеспечения этого требования с помощью вентиляции с естественным побуждением необходимо устраивать вентиляционные клапаны в конструкции окон. Вне времени эксплуатации помещения все вентиляционные отверстия должны быть закрыты. Во время пользования помещением оно должно по потребности проветриваться, причем при современном исполнении окон частое, короткое, интенсивное проветривание благоприятнее, чем слабая постоянная вентиляция через окна. При открытом окне уже за 4 минуты привносится столько свежего воздуха, сколько требуется одному человеку на 1 час.

Объемно-планировочные решения зданий оказывают существенное влияние на энергопотребление. Например, здания с широким корпусом потребляют на 15-18 % меньше энергии, чем здания с обычным корпусом. Поэтому необходимо разрабатывать объемно-планировочные решения с наименьшей площадью наружных конструкций для зданий одинакового объема. Критерием качества объемно-планировочного решения может служить расчетный показатель компактности здания. Впервые этот показатель был введен в нормирование в ФРГ в 1984 году. Показатель компактности здания определяется как отношение общей площади наружных ограждающих конструкций S^нар и величины отапливаемого объема V^от: k = S^нар / V^от. Расчетный показатель компактности здания k для жилых зданий не должен превышать следующих значений:

· 0,32 для зданий от 6 до 9 этажей;

· 0,36 для 5-этажных зданий;

· 0,54 для 3-этажных зданий;

· 1,1 для одноэтажных домов.

Одним из средств снижения энергопотребления эксплуатируемых зданий является автоматическое регулирование отпуска тепла. Особенно эффективны двухступенчатые системы регулирования. Первая ступень регулирования - автоматизация узлов тепловых вводов с использованием электронных регуляторов для систем отопления - учитывает состояние теплового режима здания в целом. Вторая ступень - индивидуальное регулирование отопительных приборов с помощью установки термостатов. Применение двухступенчатой системы регулирования позволит снизить теплопотери здания на 20-25%.

Количество тепла, поступающего от солнечной радиации на вертикальную поверхность в течение отопительного периода на широте г. Томска достигает 200 Вт/м² ч. Использование этой энергии позволит снизить затраты на отопление зданий. Например, прохождение солнечной радиации через трехслойные окна, ориентированные на юг, компенсирует теплопотери за отопительный период через эти окна таким образом, что превращает их в высокоэффективные ограждающие конструкции.

Эффективным средством снижения теплопотерь здания является остекление лоджий, устройство на фасадах здания стекол на относе, размещение пассивных солнечных коллекторов на крышах зданий для подогрева наружного воздуха, поступающего в здание.

Большое влияние на энергосбережение в жилищно-коммунальном хозяйстве оказывает поведение жильцов и качество эксплуатации зданий. Отсутствие квартирного учета тепла, счетчиков потребления горячей воды делает необязательным для многих граждан выполнение элементарных требований по сбережению энергии. По данным зарубежных исследований, потребление тепловой энергии может отличаться на 50 % в одном и том же здании в зависимости от поведения жильцов. Установка приборов учета тепла как основных источников мотивации энергосбережения является первостепенной задачей в жилищно-коммунальном хозяйстве.

Вопросы для самопроверки

1. Каковы объемы потребления тепловой энергии на отопление зданий в России и в развитых странах мира?

2. От каких факторов зависит расход теплоты в зданиях?

3. Назовите составляющие теплового баланса здания и их долю от общих тепловых потерь здания?

4. Какое здание можно считать энергоэффективным?

5. Назовите пути снижения тепловых потерь зданий?

Размещено на Allbest.ru