35.Оценка экономической целесооб-сти утепления наружных стен зданий.
Через ограждающую конструкцию зданий в атмосферу теряется много тепловой энергии. На отопление и вентиляцию зданий различного назначения расходуется около 40% всех расходуемых топливных энергетических ресурсов (ТЭР). Потери тепла через наружные стены, в зависимости от высоты и конструкции строения, составляют в пределах 20-60% от общего расходуемого тепла. Однослойные бетонные конструкции, которые изготавливались большинством предприятий стройиндустрии. не соответствуют современным энергетическим требованиям.
Потери тепла через оконные проемы в 4-6 раз выше, чем через стены. Применение в окнах теплоотражающего покрытия, а также двойного и тройного остекления позволит в 1,5 - 20 раза сократить указанные потери.
Основные резервы энергосбережения лежат в сфере реконструкции ранее построенных объектов. Ранее построенные здания потребляют 85-90 % тепловой энергии потребляемой строительным сектором.
При сокращении тепловых потерь через ограждающие конструкции и модернизации зданий имеется возможность экономить около 42% на отоплении и около 39% на горячем водоснабжении по сравнению с ранее действовавшими нормами. Ниже на рис.14 приведены величины теплопотерь для двух одинаковых домов, один из которых построен в соответствии с ранее действовавшими нормами теплозащиты (А) другой для построенного в соответствии с новыми требованиями, введенными на Украине с 1995 года. (Б).
В странах Восточной и Центральной Европы удельное теплопотребление в жилищном секторе экономики существенно выше, чем Западной Европе (рис.15).
Хорошо изолированные наружные стены позволяют снижать температуру воздуха внутри помещения без нарушения теплового комфорта. Диапазон сочетания температуры воздуха tв, и радиационной температуры (средневзвешенной температуры всех поверхностей помещения) tR °C, обуславливающие комфортные условия для холодного периода года в помещениях жилых и общественных зданий выражается уравнением:
.
При улучшении теплоизоляции стен, кроме снижения теплопотерь это дает еще один резерв экономии теплоты.
После нефтяного кризиса большая часть европейских стран осознала необходимость в ужесточении строительных норм и рекомендаций по теплоизоляции зданий. Ниже (табл.11) приведены Западноевропейские стандарты по требованиям к теплоизоляции жилых домов (источник: EURIMA «Thermal insulation standards in housing in Europe»,91)
Таким образом, потребные расходы энергии на отопление и вентиляцию жилых домов определяются климатом региона, с другой – действующими государственными или региональными нормами энергозатрат. В табл. 14 и 15 по данным работы [7] также приведены потребные нормы в расчете на м3 отапливаемой площади.
Вместе с тем эти нормы не могут служить для оценки эффективности использования энергии в системах отопленя, так как они отражают реальную ситуацию в жилищном строительстве, которая, как уже отмечалось в нашей стране весьма энергозатратная из-за необоснованной экономии средств на этапе проектирования и строительства.
В работе [2] рассмаривается методика определения минимально необходимых энергозатрат энергии (эксергии) на отопление и вентиляцию, исходя из обеспе6чения необходимых условий для жизнедеятельности и санитарно-гигиенических норм. Минимальные затраты на отопления рассчитывались с учетом того, что должен быть обеспечен воздухообмен в помещении (фильтрация) из расчета не менее 30 м3 /час на человека.
Соответственно затраты на отопление компенсируют не только теплопотери через элементы конструкций зданий, но и на подогрев поступающего холодного воздуха. Рекомендуется для этих расчетов формула:
где –нормативный объем воздуха м3 /час; - время начала и окончания отопительного периода; - коэффициент регенерации тепла (доля утилизированного тепла из системы вентиляции); - регламентируемая температура воздуха в помещении, - температура окружающей среды. Если известны средние температуры за определенный период (например, среднемесячные), то формулу (27) можно представить в виде:
Затраты эксергии можно найти умножая значение на коэффициент работоспособности тепла:
Пример расчета минимальных годовых затрат теплоты, исходя из коэффициента регенерации приведены для некоторых городов России в табл. 16.
Результаты расчетов для значительного числа городов России даны в работе [2]. В частности, для г. Уфы: на отопление -2,511ГДж/чел.; на горячее водоснабжение 5,645ГДж/чел.
Годовая потребность в теплоте на горячее водоснабжение рассчитана на одного человека по формуле:
где – теплоемкость горячей воды, - минимальный потребный ее расход; - температуры горячей и холодной воды зимой и летом, - коэффициент снижения норм потребления летом; - продолжительность работы систем отопления и горячего водоснабжения.
Сравнение минимальных и реальных затрат энергии (эксергии) позволяет рассчитать КПД систем, учитывающий все виды потерь, в том числе вследствие низкого качества проектирования и строительства, условий эксплуатации:
В расчетах принимались. В действующих нормах заложено практически двухкратное превышение, что легко обнаруживается при переходе от централизованного водоснабжения на местное.
В летний период в ряде регионв возникает потребность в кондиционировании (охлаждении)помещения. Для определения минимального количества тепла, которое нужно отводить, рекомендуется формула:
где – продолжительность работы кондиционеров в году; - температура наружного воздуха в период кодиционирования.
Соответственно минимальные затраты эксергии (работы) составляют:
где – удельные затраты эксергии на единицу тяговой производительности термотрансорматора (коэффициент эксергии холода).