Пример расчета количества тепловой энергии на отопление и вентиляцию жилого здания

 

5.1. Пример расчета количества тепловой энергии на отопление и вентиляцию 16-этажного 4-секционного 256-квартирного жилого здания серии ПЗ/16, построенного до 2000 г.

Исходные данные:

- Средняя жилая площадь квартиры F_ж.ср = 39,15 м², площадь пола кухни 11 м², средняя площадь окон и балконных дверей квартиры F_{ок.ср.кв} = 9,1 м², площадь окон в кухне F_ок.кух= 2,13 м², площадь окон в холле и лестничной клетке на один этаж секции F_ЛЛУ = 3,6 м², площадь наружных стен (без окон и балконных дверей) 9356 м², площадь окон, балконных и наружных входных дверей в здании 2598 м², площадь перекрытия 1380 м². Строительный объем отапливаемой части здания 51380 м³.

- Сопротивление теплопередаче R_о составляет для наружных стен R_о.ст = 0,84 м²×°С/Вт, для перекрытия над техподпольем здания R_от.п = 0,57 м²×°С/Вт, для чердачного перекрытия R_о = 0,33 м²×°С/Вт, для окон и балконных дверей R_о.ок = 0,344 м²×°С/Вт. Здание оборудовано "теплым" чердаком, являющимся сборной камерой удаляемого вытяжной вентиляцией воздуха, расчетная температура воздуха в нем 16 °С. По техподполью здания проходят трубопроводы отопления и горячего водоснабжения, расчетная температура воздуха в техподполье 14 °С.

- Сопротивление воздухопроницанию окон с пенополиуретановыми прокладками по данным натурных испытаний R_и = 0,57 м²×ч×Па^2/3/кг или R_и = 0,57×(1/10)^2/3 = 0,122 м²×ч/кг при DР = 10 Па, что ниже отвечающих требованию по герметичности R_и = 0,9 м²×ч/кг, поэтому расчет воздухообмена выполняется по прил. 4.

Порядок расчета:

5.1.1. Для определения минимально необходимой величины инфильтрации в квартирах найдем среднюю величину инфильтрации при закрытых окнах для одной квартиры G_{закр.кв} и коэффициент b_Fi.

По табл. 4.3 путем интерполяции вычисляем, что G_{закр.кв} = 181 кг/ч при = -3,1 °С и v = 3,8 м/с.

Коэффициент b_Fi определяем по формуле (4.3):

.

Таким образом, по формуле (4.4):

кг/ч.

5.1.2. По табл. 4.4 путем интерполяции вычисляем, что b_н = 1,1 при v > 3 м/с и

.

Среднюю (по зданию) величину инфильтрации через окна одной квартиры G_inf.кв вычисляем по формуле (4.2):

G_inf.кв = 181×1×1,1= 199 кг/ч.

5.1.3. По табл. 4.1 путем интерполяции вычисляем, что G_inf.ЛЛУ = 111 кг/ч при F_ЛЛУ= 3,6 м².

Расход инфильтрующегося воздуха в жилом здании G_inf рассчитываем по формуле (4.1):

G_inf= 199 -256 + (0,57 + 0,0172×3,1)×111×16×4 = 55372 кг/ч.

5.1.4. Коэффициент k_v, учитывающий дополнительную инфильтрацию воздуха в квартирах по сравнению с требуемым воздухообменом в них, находим по формуле (4.5):

.

(Если сопротивление воздухопроницанию оконных проемов было бы R_и = 0,5 м²×ч/кг при DР = 10 Па, то k_v = 1,22.)

5.1.5. Величину градусо-суток отопительного периода D_d определяем по формуле (3):

D_d = (20 + 3,1)×214 = 4943 °C×сут.

5.1.6. Теплопотери здания за счет вентиляционного воздухообмена с учетом инфильтрации за отопительный период находим по формуле (5):

= 6,7×10³×55372×1×4943 = 1833815 кВт×ч.

5.1.7. Теплопотери здания через наружные ограждающие конструкции за отопительный период определяем по формуле (2):

кВт×ч.

5.1.8. Бытовые тепловыделения с учетом удельной величины бытовых теплопоступлений q_int = 17 Вт/м² определяем по формуле (7):

= 17×39,15×256×214×24×10^-3 = 875076 кВт×ч.

5.1.9. Теплопоступления от солнечной радиации с учетом ориентации фасадов восток-запад при I_k = 238 кВт×ч/м², K_F = 0,75, t_F = 0,85 вычисляем по формуле (8):

= 238×9,1×256×0,75×0,85 = 353460 кВт×ч.

5.1.10. Количество тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания за отопительный период при наличии авторегулирования подачи теплоты только в ЦТП (h =0,5) определяем по формуле (1):

= [2294525 + 1833815 - (875076 + 353460)×0,8×0,5]×1,13 = 4109730 кВт×ч.

5.1.11. Удельный расчетный расход тепловой энергии определяем по формуле (9):

кВт×ч / м²,

где 0,6 - коэффициент пересчета площади жилых комнат на площадь квартиры.

5.2. Пример расчета количества тепловой энергии на отопление и вентиляцию жилого здания с архитектурно-планировочными решениями и площадями ограждающих конструкций аналогичными зданию, рассматриваемому в предыдущем примере.

Исходные данные те же, что в п. 5.1, за исключением дополнительного утепления стен до нормируемого сопротивления теплопередаче R_о.ст = 3,15 м²×°С/Вт и применения герметичных окон в виде двухкамерных стеклопакетов в одинарных ПВХ-переплетах (R_F = 0,56 м²×°С/Вт, R_a.F.k = 0,9 м²×ч/кг, R_a.F.ЛЛУ = 0,6 м²×ч/кг) и входных наружных дверей площадью 52 м² (R_ed = 0,8 м²×°С/Вт, R_a.ed = 0,14м²×ч/кг).

Порядок расчета:

5.2.1. Теплопотери здания через наружные ограждающие конструкции за отопительный период вычисляем по формуле (2):

кВт×ч.

5.2.2. Теплопотери здания за счет вентиляционного воздухообмена с учетом инфильтрации за отопительный период рассчитываем согласно методике, изложенной в прил. 3.

5.2.2.1. Расчетную разность давлений наружного и внутреннего воздуха на окнах лестнично-лифтового узла и входных дверях при высоте здания до верха вытяжной шахты Н = 50 м определяем по формулам (3.2) и (3.3):

DР_F.ЛЛУ = 0,28×50×(12,83 - 11,98) + 0,03×12,83×3,8² = 17,5 Па,

DP_ed = 0,55×50×(12,83 - 11,98) + 0,03×12,83×3,8² = 28,9Па.

5.2.2.2. Расход инфильтрующегося воздуха, поступающего в лестнично-лифтовой узел, G_inf.ЛЛУ при площади окон лестнично-лифтового узла A_F = 216 м², а входных дверей A_ed =52 м², определяем по формуле (3.1):

кг/ч.

5.2.2.3. Требуемый воздухообмен в квартирах здания определяем знаменателем формулы (4.5), принимая норму воздухообмена 3,6 кг/ч на м² жилой площади:

3,6×39,15×256 = 36080 кг/ч.

5.2.2.4. Коэффициент k_v учитывающий дополнительную инфильтрацию воздуха в квартирах по сравнению с воздухообменом в них, вычисляем по формуле (3.4):

.

5.2.2.5. Теплопотери здания за счет вентиляционного воздухообмена с учетом инфильтрации за отопительный период , находим по формуле (5):

= 6,7×10^-3×36080×1,032×1×4943 = 1233140 кВт×ч.

5.2.3. Бытовые тепловыделения с учетом удельной величины бытовых теплопоступлений q_int = 17 Вт/м² вычисляем по формуле (7):

= 17×39,15×256×214×24×1×10^-3 = 875076 кВт×ч.

5.2.4. Теплопоступления от солнечной радиации с учетом ориентации фасадов восток-запад при I_k = 238 кВт×ч/м², K_F = 0,78, t_F = 0,76 находим по формуле (8):

= 238×9,1×256×0,78×0,76 = 328676 кВт×ч.

5.2.5. Количество потребленной тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания за отопительный период при наличии авторегулирования теплоотдачи отопительных приборов и автоматизированного узла управления однотрубной системой отопления на вводе (эффективность автоматизации h= 0,9) рассчитываем по формуле (1):

= [976660 + 1233140 - (875076 + 328676)×0,8×0,9]×1,13 = 1517700 кВт×ч.

5.2.6. Удельный расчетный расход тепловой энергии определяем по формуле (9):

кВт×ч/м².

5.2.7. Сопоставление двух примеров расчета позволяет оценить экономию тепловой энергии от перехода на проектирование зданий по СНиП 23-02-2003. В количественном отношении экономия составляет 246 - 91 = 155кВт×ч/м², или в 246/91 = 2,7 раза.

5.3. Ниже показывается, как рассчитать экономию тепловой энергии от проведения отдельных энергосберегающих мероприятий по отношению к существующим жилым зданиям.

5.3.1. Выполнение в существующих жилых зданиях, построенных до 2000 г., автоматического регулирования системы отопления путем осуществления пофасадного автоматического регулирования с использованием датчиков температуры внутреннего воздуха либо установкой термостатов на каждом отопительном приборе и устройством автоматического регулирования подачи теплоты на отопление на вводе в здание позволит сократить удельное теплопотребление на отопление и вентиляцию жилого здания на 27 кВт×ч/м², или на 11%:

= [2294525 + 1833815 – (875076 + 353460)×0,8×0,9]×1,13 = 3665490 кВт×ч,

кВт×ч/м²,

т.е. экономия теплоты составит 246 - 219 = 27 кВт×ч/м², или 27100/246 = 11%.

Если оценивать экономию теплоты от автоматизации отопления по отношению к зданию, теплозащита которого выполнена в соответствии с требованиями 2000 г., то снижение удельного теплопотребления составит примерно ту же величину (26 кВт×ч/м²), но в сравнении с абсолютным теплопотреблением это будет 22%:

= [976660 + 1233140 - (875076 + 328676)×0,8×0,5]×1,13 = 1952980 кВт×ч,

кВт×ч/м²,

т. е. экономия теплоты составит 117 - 91 = 26 кВт×ч/м², или 26100/117 = 22%.

5.3.2. Утепление стен здания до нормативного значения по сопротивлению теплопередаче с R_о.ст = 0,84 м²×°С/Вт до R_о.cт = 3,15 м²×°С/Вт приведет к снижению удельного теплопотребления на 66 кВт×ч/м²:

кВт×ч,

= [1325545 + 1833815 – (875076 + 353460)×0,8×0,5]×1,13 = 3014780 кВт×ч,

кВт×ч/м²,

т.е. экономия теплоты составит 246 - 180 = 66 кВт×ч/м².

5.3.3. Замена окон с R_F = 0,344 м²×°С/Вт на более теплые с R_F = 0,56 м²×°С/Вт и более герметичные позволит снизить удельное теплопотребление на

- = 180 - 117 = 63 кВт×ч/м².

Из них уменьшение инфильтрации из-за повышения сопротивления воздухопроницанию оконных проемов с R_и = 0,122 м²×ч/кг до R_и = 0,9 м²×ч/кг приводит к экономии теплоты в 40 кВт×ч/м²:

= [976660 + 1833815 - (875076 + 353460)×0,8×0,5]×1,13 = 2620540 кВт×ч,

кВт×ч/м²,

т.е. экономия теплоты от повышения сопротивления воздухопроницанию окон составила 157 - 117 = 40 кВт×ч/м² из 63 кВт×ч/м², полученных за счет замены окон.

Приведенные примеры демонстрируют возможность данного руководства оценивать энергетическую эффективность энергосберегающих мероприятий. Зная стоимость инвестиций в энергосберегающие мероприятия, можно рассчитать срок их окупаемости (инвестиционную привлекательность) в соответствии с разработанным НП "АВОК" "Положением об экономическом стимулировании проектирования и строительства энергоэффективных зданий и выпуска для них энергосберегающей продукции".