В нынешнее время на разных площадках ведутся ожесточённые споры по поводу полного и корректного отображения в отечественной нормативной базе данных энергопотребляющих характеристик зданий, включающих как тепловую, так и электрическую энергии.
К сожалению, в данный момент нет единого подхода к определению энергопотребления зданий и сооружений различного назначения. Несмотря на некоторые положительные продвижения в совершенствовании нормативных документов, основные проблемы остаются. Иногда возникают новые из-за неправильной интерпретации и актуализации, вследствие непрофессиональной проработки материалов.
Также, на наш взгляд, недостаёт и различных количественных сведений для зданий различного назначения.
В настоящей статье приведены данные, полученные по методу, основанному на развитии классического определения В. М. Чаплина об удельной тепловой характеристике здания, отнесённому к наружному обмеру здания [1–4]. Его дальнейшее развитие отражено в разработке методики расчёта четырёх инженерных систем обеспечения микроклимата зданий В. И. Прохорова [3–5] и методу, предписываемому СП 50.13330.2012*.
Главными отличиями данных методов являются следующие — в первом методе используются наружный объём здания и четыре теплопотребляющие системы жизнеобеспечения здания [6, 7], сохраняющие аддитивность результатов, а во втором — внутренний объём здания и только две теплопотребляющие системы отопления и механической вентиляции, согласно СП 50.13330.2012.
Исходные данные
1. Канализационная насосная станция (город Дмитров): наружный объём здания Vн = 37 040 м³; внутренний объём здания Vвн = 33 640 м³; температура наружного воздуха tн0,92 = –28 °C.
2. Трёхэтажный 18-квартирный жилой дом был построен после 2000 года (город Елабуга): в аналогичных обозначениях: Vн = 6200 м³; Vвн = 4900 м³; tн0,92 = –32 °C.
Порядок расчёта удельных показателей тепловой и электрической энергии
Для определения приведённого сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций (в соответствии с Приложением 2 Свода Правил 50.13330.2012) находим количество градусо-суток отопительного периода:
где tв — средняя температура воздуха в здании, °C; tсрн.о — средняя температура отопительного периода, °C; Zот — продолжительность отопительного периода, сут.
Расчётная балансовая мощность системы отопления:
где Qт.пот — теплопотери через ограждающие конструкции, Вт; Qт.пост — теплопоступления от технологического оборудования и других источников, Вт.
Удельные тепловые характеристики для системы отопления здания в расчётном режиме:
где tн — расчётная температура для зимнего периода, °C (по СП 131.13330.2012).
Годовые удельные расходы тепловой энергии:
где qop — удельная тепловая характеристика здания в расчётном режиме для отопления; no — число часов использования системы за сутки, ч.
Годовые удельные расходы электрической энергии на систему отопления:
где No — средне-суммарная мощность двигателей насосов и др. для системы отопления. Расчётная тепловая мощность системы горячего водоснабжения (ГВС) для зимнего режима:
m — количество потребителей, чел.; gсрсут — расход горячей воды одним потребителем в сутки отопительного сезона, л/сут.; cв — удельная теплоёмкость воды, кДж/(кг·°C); tг — средняя температура воды в водоразборных стояках системы горячего водоснабжения, °C (принято по СП 30.13330.2012 «Внутренний водопровод и канализация зданий»); tх.з — расчётная температура холодной воды зимой, °C; βг — коэффициент, зависящий от протяжённости и мощности системы горячего водоснабжения (при изолированных водоразборных стояках принимается равным 0,30–0,35, при наличии сетей после ЦТП и изолированных водоразборных стояках — 0,15–0,25).
Расчётная тепловая мощность системы ГВС для летнего режима:
где tх.з и tх.л — соответственно, зимняя и летняя температуры воды в водопроводе, °C; βл — коэффициент, учитывающий снижение летнего расхода тепла на систему горячего водоснабжения по отношению к зимнему (для курортных и южных городов — 1,2, при отсутствии данных — 0,8). Удельные тепловые характеристики зданий в расчётных режимах для системы ГВС:
где tгвp.з — температура водопроводной воды в зимний период года, принимается 5–8 °C; tгвp.л — температура водопроводной воды в летний период года, принимается 12–15 °C.
Годовые удельные расходы тепловой энергии на систему ГВС:
где qгвр.з и qгвр.л — удельная тепловая характеристика здания в расчётном периоде года для системы ГВС зимой и летом, соответственно; Zо.п — количество дней отопительного периода; Zт.п — количество дней тёплого периода года:
Суммарные годовые удельные расходы тепловой энергии на систему ГВС:
где qуртгв.з и qуртгв.л — годовой удельный расход тепловой энергии в расчётном режиме для системы ГВС.
Годовые удельные расходы электроэнергии на систему ГВС
Принято, что нагрев воды осуществляется от системы теплоснабжения. Электрическая энергия затрачивается только на привод насосов и автоматику:
где Nгв — средне-суммарная мощность двигателей насосов и др. в системе горячего водоснабжения, Вт. Расчётная тепловая мощность механической системы вентиляции (для зимнего периода):
где Gп — расход воздуха для приточной вентиляции, кг/ч; tп — температура приточного воздуха, °C; tн — температура наружного воздуха, °C.
Удельные тепловые характеристики зданий в расчётных режимах для механической вентиляции:
где Qвр — теплота, необходимая для подогрева вентиляционного воздуха зимой.
Годовой удельный расход тепловой энергии на вентиляцию:
где qвр — удельная тепловая характеристика здания в расчётном режиме для вентиляции, рассчитывается для вариантов I и II, соответственно.
Годовые удельные расходы электрической энергии на вентиляцию
Принято, что воздух нагревается в водяных воздухонагревателях и электрическая энергия используется на привод вентиляторов:
где Nв — средне-суммарная мощность двигателей вентиляторов и др. в системах механической вентиляции.
Относительная величина условных энергозатрат по инженерным системам:
где 0,3 — нормирующий коэффициент, представляющий среднюю величину отношения стоимостей тепловой и электрической энергии для данного объекта [3]; Σqуртсист — годовые удельные расходы тепловой энергии по каждой конкретной системе; ΣNупэ сист — годовые удельные расходы электроэнергии системами.
Процент расхождения по вариантам I и II:
Авторами работы рассчитаны величины расхода энергии канализационной насосной станции и жилого дома в двух вариантах каждое: I — наружный обмер; II — внутренний обмер (табл. 1). В здании насосной используется механическая приточно-вытяжная система вентиляции, в жилом здании используется естественная вентиляция. Инфильтрационные тепловые потери в нём учитываются в нагрузке системы отопления.
Уникальностью КНС является различный тепловой режим помещений. Например, машинный зал с подвальной частью, в котором 43 % объёма занимает технологический процесс (перекачка сточных вод), имеет температуру 5 °C [8]. Административный блок имеет свой тепловой режим — средняя температура помещений 18 °C. В жилом же доме в каждой квартире установлены котлы, работающие на газовом топливе. Результаты по расчёту расходов тепловой и электрической энергии представлены в табл. 2.
Выводы
1. Различие в подсчётах условно-суммарных энергозатрат по различным методам обмера здания составляет от 5 до 21 %.
2. Самое большее количество тепловой энергии в здании канализационной насосной станции расходуется на вентиляционную систему — 97 %, на систему отопление — 2,9 %, на систему горячего водоснабжения — 0,1 %.
3. В жилом здании на отопление расходуется 57 % тепловой энергии, на горячее водоснабжение — 43 %.
