ВОЗМОЖНОСТИ СНИЖЕНИЯ ОТОПИТЕЛЬНОЙ НАГРУЗКИ ЗДАНИЯ ПУТЕМ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОПОСТУПЛЕНИЙ

В настоящее время теплофизические свойства таких элементов ограждающих конструкций, как стены и окна, существенно различаются. Теплопотери через светопрозрачные элементы более чем в 5 раз превышают теплопотери через стены [1]. С другой стороны, основное назначение светопрозрачных конструкций – пропускание естественного света в помещения, – в настоящее время теряет свое приоритетное значение. Появление нового поколения светильников и расширение их спектрального диапазона позволяет снизить потребность в естественном освещении. Сейчас при проектировании энергоэффективных зданий основной акцент делается на максимальное сбережение тепла. Норма остекления фасадов при этом составляет 1 м² окна на 8–10 м² пола. Однако при правильной ориентации светопрозрачные элементы обеспечивают поступления тепловой энергии от инсоляции. Цель настоящего исследования – определить, в каких случаях возможно снижение потребления тепловой энергии на отопление здания путем утилизации теплопоступлений от инсоляции. Исходными данными для расчёта являются среднемесячные теплопоступления от инсоляции на вертикальные поверхности различной ориентации при средних условиях облачности в течение отопительного сезона (таблица 1) [4].

Возможную экономию органического топлива на отопление здания можно показать на примере учебного корпуса №2 УО БелГУТ.

Таблица 1.

Месячные и годовые поступления суммарной солнечной радиации на вертикальные поверхности различной ориентации при средних условиях облачности, МДж/м²

Согласно требованиям ТКП 45-2.04-196-2010 (02250) «Тепловая защита зданий. Теплоэнергетические характеристики», термическое сопротивление вертикальных ограждающих конструкций при новом строительстве должно составлять не менее 3,2 м²·ºС/Вт, для светопрозрачных конструкций – не менее 1 м²·ºС/Вт. Однако промышленное производство двухкамерных стеклопакетов на сегодняшний день обеспечивает эту характеристику в пределах 0,6 м²·ºС/Вт. Рассчитанные с учетом указанной разницы в теплофизических свойствах элементов конструкций среднемесячные значения избыточных теплопотерь через окна сведены в таблицу 2.

Таблица 2.

Избыточные теплопотери через светопрозрачные конструкции, МДж/м²

Рассчитаем тепловую защиту корпуса по условию обеспечения нормативного годового удельного расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию. Исходные данные:

– расчетная температура внутреннего воздуха

– средняя температура наружного воздуха за отопительный период

– продолжительность отопительного периода  

– градусо-сутки отопительного периода

 град.×сут.

Принята 5-дневная рабочая неделя, 12-часовой рабочий день.

Площади и приведенные сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций:

– наружные стены A_w = 4012 м²;  м²×°С/Вт;

– окна A_F = 1503,2 м²;  м²×°С/Вт;

– покрытие A_c = 1611 м²;  м²×°С/Вт;

– полы по грунту A_f =1838м²; м²×°С/Вт.

Общая площадь внутренних поверхностей наружных ограждающих конструкций  Коэффициент остекленности фасада f = 0,27.

Приведенный коэффициент теплопередачи через наружные ограждающие конструкции определяется по формуле [1]

Средняя плотность приточного воздуха за отопительный период  кг/м³, определяется  по формуле [1]

Средняя кратность воздухообмена здания за отопительный период n_a, ч^-1, определяется  по формуле [1]

Так как на данные момент в здании учебного корпуса установлены стеклопакеты, то естественная вентиляция, на которую изначально был рассчитан учебный корпус, была нарушена, и на данный момент составляет не более 10 % от нормативной:

Общий коэффициент теплопередачи здания

Общие теплопотери здания за отопительный период

Так как учебный корпус расположен так, что только одна его сторона направлена в юго-восточном направлении, рассчитаем, сколько приходит теплоэнергии от инсоляции

Экономия, с учетом инсоляции, составит

Произведем расчет бытовых теплопоступлений в учебном корпусе БелГУТ. В рассматриваемом учебном корпусе расположено 78 учебных аудиторий. С учетом того, что в каждой аудитории на протяжении всего дня проходит обучение групп студентов средней численностью групп 20 человек, с мощностью теплового излучения 100 Вт/чел, можно снизить теплопотребление здания на величину бытовых теплопоступлений:

Общие бытовые теплопоступления и поступления от инсоляции составляют

С учётом инсоляции и бытовых теплопоступлений экономия составит

Вклад инсоляции в общий тепловой баланс здания определяется относительной площадью остекления фасадов, их ориентацией, назначением здания и т.д. При принятой для учреждений образования относительной площади остекления в 40–50 % для помещений, расположенных на юго-восточных, южных и юго-западных фасадах возможно снижение потребности в обогреве от 3 до 50 %, в зависимости от продолжительности солнцестояния. Наименьшие теплопоступления на протяжении отопительного сезона характерны для декабря, наибольшие – для апреля.

Не рассматриваемые в рамках настоящего исследования месяцы теплого периода, естественно, характеризуются избыточным перегревом по южным направлениям и требуют дополнительных корректирующих мер для обеспечения теплового комфорта. Поскольку речь идет об энергоэффективных зданиях, наиболее приемлемыми являются конструктивные решения – интеграция в оболочку здания горизонтальных (на южных фасадах) и вертикальных (на западных и восточных фасадах) светозащитных элементов.

Список литературы:

1. «Тепловая защита зданий». ТКП 45-2.04-196-2010.
2. К. т. н. Евгений Дубровин, к. т. н. Игорь Дубровин. «Газета Энергетика и промышленность России"», URL: https://www.eprussia.ru/epr/106/8253.htm/. (Дата обращения: 01.11.2018).
3. Защита окружающей среды при работе котельных агрегатов. URL: http://studbooks.net/2132599/matematika_himiya_fizika/zaschita_okruzhayuschey_sredy_rabote_kotelnyh_agregatov/. (Дата обращения: 01.11.2018).
4. «Строительная климатология». СНБ 2.04.02 – 2007.