Оценка фактических параметров отопительного периода

Особое значение данная тема приобретает в настоящее время, в условиях действия Закона РФ «Об энергосбережении...» №261-ФЗ от 23.11.2009, в связи с чем требуется возможно более точная оценка энергопотребления и максимально четкое выявление направлений его снижения.

В актуализированной редакции СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита здания» для расчета удельной характеристики расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания qoтp [1] используется несколько параметров, в том числе k_об — удельная теплозащитная характеристика здания, Вт/(м³·К), а также k_быт и k_рад — удельные характеристики теплопоступлений (бытовых и от солнечной радиации), Вт/(м³·К).

Можно показать, что этих данных вполне достаточно для определения фактической температуры наружного воздуха t_н.гр [ °C] в момент начала или окончания отопительного периода. Поскольку по своему физическому смыслу это момент, когда в рассматриваемом конкретном здании теплопоступления сравниваются с теплопотерями, величину t_н.гр можно вычислить, исходя из уравнения теплового баланса. Используя удельные характеристики из [1] и предлагаемые методы их расчета, его можно записать в следующем виде:

Здесь t_оп — средняя температура наружного воздуха за отопительный период в рассматриваемом районе строительства по данным СНиП 23-01-99* «Строительная климатология»; t_в.ср — средняя по зданию температура внутреннего воздуха t_в для расчета системы отопления по требованиям ГОСТ 30494-96 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях». Заметим, что, поскольку речь в данном случае идет не о расчете суммарного энергопотребления здания за отопительный период, а о мгновенном тепловом балансе для определенного момента, значения k_быт и k_рад нужно принимать без понижающих коэффициентов, введенных в [2] и учитывающих, что при t_н > t_н.гр избыточные теплопоступления уже идут на повышение t_в и не могут быть полезно использованы.

В среднем энергопотребление за счет рационального использования теплопоступлений снижается примерно на 16 %, что представляет собой достаточно заметную величину

Следует, правда, иметь ввиду, что величина t_оп, входящая в формулу (1), строго говоря, должна относиться к периоду, ограниченному искомой температурой t_н.гр, которая заранее до расчета неизвестна, а в СНиП 23-01-99* приведены сведения только для нормативных значений +8 и +10 °C. Но, имея ввиду, что конечный уровень t_н.гр при любых разумных теплопоступлениях может отличаться от нормативного всего на несколько градусов, этим обстоятельством первоначально можно пренебречь, особенно с учетом имеющейся погрешности других исходных данных, с последующим уточнением, о чем будет сказано в дальнейшем.

На рис. 1 приведено поле корреляции значений t_н.гр, вычисленных по выражению (1) для группы зданий образовательных учреждений, расположенных в городе Москве. Конструктивные характеристики зданий были приняты в соответствии с [3]. При этом сопротивления теплопередаче R_i основных ограждающих конструкций были рассчитаны в соответствии с базовыми значениями, указанными в табл. 4 СНиП 23-02-2003 для градусо-суток отопительного периода D_d = 4943 K·сут. в соответствии со СНиП 23-01-99*, и региональных коэффициентов, принятых в размере 0,8 для несветопрозрачных ограждений и 1,3 — для заполнений светопроемов на основе рассмотренного в работе [4] оптимального уровня теплозащиты. Итак, R_ст = 2,504 м²·K/Вт, R_ок = 0,68 м²·K/Вт, R_кр = 3,74 м²·К/Вт, R_цок = 3,296 м²·К/Вт. Производительность систем механической вентиляции для расчета средней кратности воздухообмена была принята по проекту, а продолжительность работы систем в течение недели — 50 ч. Применение утилизации теплоты вытяжного воздуха при этом не учитывалось.

Легко видеть, что с ростом теплопоступлений величина t_н.гр действительно уменьшается, но в любом случае не слишком значительно, в основном оставаясь в диапазоне от +8 до +2 °C.

Коэффициент корреляции при этом достаточно высокий и составляет примерно 0,68. Среднее значение t_н.гр для всей исследованной группы объектов равно +5,15 °C, среднее квадратическое отклонение ± 2,68 °C.

С использованием формул пересчета характеристик отопительного периода, полученных автором ранее в работе [5], можно определить и другие параметры, необходимые для оценки фактического энергопотребления здания за отопительный период. В первую очередь речь идет о его действительной продолжительности zʹ_оп [сут.], и средней температуре наружного воздуха tʹ_оп [°С]. Это дает возможность вычислить реальное количество градусо-суток отопительного периода Dʹ_d [К·сут.], и его отношение к нормативному уровню Dʹ_d/D_d, показывающее степень снижения энергопотребления системой отопления за счет уменьшения величины Dʹ_d.

При этом подразумевается, что отопительные приборы оборудованы автоматическими терморегуляторами, что позволяет прекращать подачу теплоты именно в тот момент, когда исчезает потребность в искусственном обогреве здания. Результаты такого расчета для рассмотренной совокупности зданий приведены в табл. 1.

Нетрудно заметить, что в среднем энергопотребление за счет рационального использования теплопоступлений снижается примерно на 16 %, что представляет собой достаточно заметную величину. При этом значения всех вычисляемых параметров обнаруживают достаточную статистическую устойчивость, что свидетельствует о закономерном характере их изменения и относительной достоверности получаемых при этом выводов. Таким образом, использование характеристик теплопоступлений в здание k_быт и k_рад, предлагаемых в актуализированной редакции СНиП 23-02-2003 [1], действительно позволяет однозначно определить фактические параметры отопительного периода и оценить потенциал энергосбережения для конкретного объекта. Методика такой оценки имеет простой и инженерный вид, доступна для использования в практике проектирования и допускает включение в СНиП 23-02-2003 при его дальнейшем совершенствовании.