10.2. 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:
Qот = Qт + Qв – (Qбыт –Qсол),
где Qот ‑ реальное использование тепловой энергии в здании;
Qт ‑ общие теплопотери здания через наружные ограждающие конструкции;
Qв ‑ теплопотери, связанные с воздухообменом;
Qбыт ‑ теплопоступления от внутренних источников в здании;
Qсол ‑ теплопоступления от солнечной радиации;
‑ 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
Вид ограждающей конструкции | Нормативное сопротивление теплопередаче на период, Rотр, м2 С/Вт | Фактическое сопротивление теплопередаче на период, Rотр, м2 оС/Вт | ||
1981 | 1986 | 2000 | 1998 | |
Общественные здания Стены Чердачные перекрытия Окна Жилые здания Стены Чердачные перекрытия Окна |
0,95 1,21 0,48
1,15 1,72 0,53 |
1,05 1,57 0,48
1,26 2,24 0,53 |
3,22 4,29 0,54
3,75 5,0 0,64 |
0,7 1,1 0,3
0,8 1,6 0,3 |
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 м3свежего воздуха на 1 м2жилого помещения в час, а воздухопроницаемость окон не должна превышать 6 кг/м2в 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
Степень герметичности здания | Кратность воздухообмена в час | Потребность топлива на отопление дома площадью100м2 в литрах в год |
Очень слабая | 2 | 1500 |
Слабая | 1 | 765 |
Нормальная | 0,7 | 540 |
Полная | 0,4 | 300 |
Все составляющие теплового баланса за отопительный сезон (234 суток) на примере жилого кирпичного трехэтажного 23–квартирного дома 1960 г. постройки с общей площадью 1740 м2 выглядят следующим образом (табл. 10.5-10.6).
Таблица 10.5
Фактическая теплоизоляция ограждающих конструкций (сопротивление теплопередаче)
Стены
Rстен=0,95 м2 0С/Вт | Чердачное перекрытие Rчерд= 1.0 м2 0С/Вт | Цокольное перекрытие Rцок=0.7 м2 0С/Вт | Окна
Rокно= 0.35 м2 0С/Вт |
Таблица 10.6
Теплопоступления и соответствующие им теплопотери
Теплопоступления от солнечной радиации 3,3% | Теплопотери через стены 26% |
Теплопоступления от внутренних источников в здании 18% | Теплопотери через окна 18% |
Расход условного топлива на отопление 71242 кг у.т./ год \ 41 кг у.т. /м2 год 78,7% | Теплопотери через крышу 11% |
Загрязнение окружающей среды в результате сжигания топлива СО2 206760кг/год СО 129 кг/год SO2 337 кг/год | Теплопотери через подвал 9% |
Всего теплопоступлений 541445 Вт.ч/год 100% | Теплопотери на воздухообмен 36% |
Всего теплопотерь 541445 кВт.ч/год 100% |
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
Стены
Rстен=3,75 м2 0С/Вт | Чердачное перекрытие Rчерд= 5.0 м2 0С/Вт | Цокольное перекрытие Rцок=5.0 м2 0С/Вт | Окна
Rокно= 0.64 м2 0С/Вт |
Таблица 10.8
Теплопоступления и соответствующие им теплопотери
Теплопоступления от солнечной радиации 6 % | Теплопотери через стены 16 % |
Теплопоступления от внутренних источников в здании 19 % | Теплопотери через окна 24 % |
Расход условного топлива на отопление 42855 кг у.т./ год \ 24,6 кг у.т. /м2 год 75 % | Теплопотери через крышу 3 % |
Загрязнение окружающей среды в результате сжигания топлива СО2 147667 кг/год СО 92 кг/год SO2 240 кг/год | Теплопотери через подвал 2 % |
Всего теплопоступлений 325700 кВт.ч/год 100 % | Теплопотери на воздухообмен 55 % |
Всего теплопотерь 325700 кВт.ч/год 100% |
- Энергосбережение на промышленных предприятиях
- Глава 1. Формирование нормативно-правовой базы энергосбережения 9
- Глава 1 – профессором м.И.Яворским и к.Т.Н., доцентами Томского политехнического университета а.И.Гаврилиным и в.В.Литваком;
- Глава 1. Формирование нормативно-правовой базы энергосбережения
- 1.1. Энергетическая политика России
- 1.2. Нормативно-правовая база энергосбережения
- Вопросы для самопроверки
- Глава 2. Основы договорных отношений потребителей и энергоснабжающих организаций
- 2.1. Договор на пользование электрической энергией
- 2.2. Взаимоотношения потребителей и энергоснабжающих организаций по обеспечению качества электрической энергии
- Вопросы для самопроверки
- Глава 3. Теоретические основы энергосбережения
- Вопросы для самопроверки
- Глава 4. Стандартизация, сертификация и измерение электрической энергии
- 4.1. Стандарты на электрическую энергию
- 4.2. Измерение электрической энергии
- 4.3. Сертификация электрической энергии
- Вопросы для самопроверки
- Глава 5. Энергетические обследования предприятий и организаций
- 5.1. Общие положения
- 5.2. Документы, регламентирующие порядок проведения энергетических обследований
- 5.3. Требования к проведению энергетических обследований
- 5.4. Задачи обследований, схема их организации
- 5.5. Показатели энергоэффективности
- 5.6. Проведение энергетических обследований
- 5.7. Паспорт энергетического хозяйства предприятия
- Вопросы для самопроверки
- Глава 6. Приборное и методическое обеспечение энергетических обследований
- 6.1. Определение показателей энергоэффективности
- 6.2. Приборы для проведения энергетических обследований
- 6.3. Применение портативных ультразвуковых расходомеров
- 6.4. Стандартные процедуры применения узпр
- Глава 7. Учет и контроль потребляемых энергоресурсов
- 7.1. Порядок введения учета потребляемой теплоэнергии
- 7.2. Уравнения для измерения тепловой энергии
- 7.3. Типы современных теплосчетчиков
- 7.4. Опыт разработки теплосчетчика в Томске на базе шарикового расходомера
- Вопросы для самопроверки:
- Глава 8. Формирование рынков энергии
- 8.1. Особенности этапа возникновения рынков
- 8.2. Тарифы на электрическую и тепловую энергию
- Вопросы для самопроверки
- Глава 9. Энергосбережение в системах освещения
- 9.1. Нормирование
- 9.2. Краткий обзор нормативной базы стран Европы и сша
- 9.3. Нормирование внутреннего освещения
- 9.4. Источники света
- 9.5. Пускорегулирующие аппараты
- 9.6. Осветительные приборы
- 9.7. Наружное освещение
- Вопросы для самопроверки
- Глава 10. Энергосбережение в строительстве и жилищно-коммунальном хозяйстве
- 10.1. Объемы потребления тепловой энергии в зданиях
- 10.2. Тепловой баланс здания и его составляющие
- 10.3. Пути снижения потребления энергии зданиями
- Вопросы для самопроверки
- Глава 11. Экономические и финансовые механизмы энергосбережения
- 11.1. Энергетическая составляющая себестоимости продукции
- Вопросы для самопроверки
- 11.2. Ценовое регулирование программ энергосбережения
- 11.3. Стимулирование потребителей и производителей энергетических ресурсов
- 11.4. Финансирование программ в области энергосбережения
- 11.5. Рыночные механизмы финансового обеспечения программ энергосбережения
- Вопросы для самопроверки
- Глава 12. Основы энергетического менеджмента
- 12.1. Необходимость управления потреблением энергии
- 12.2. Матрица энергетического менеджмента
- 12.3. Энергетическая политика предприятия
- 12.4. Организация и стадии энергетического менеджмента
- 12.5. Маркетинг, инвестиции и мотивация персонала
- Вопросы для самопроверки
- Глава 13. Экологические аспекты энергосбережения
- Глава 14. О формировании энергосберегающего поведения
- Литература
- Энергосбережение на промышленных предприятиях