7083

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Е.С. Козлов

ОСНОВЫ РАСЧЕТА ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ СИСТЕМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ МИКРОКЛИМАТА

Учебно-методическое пособие по выполнению курсовой работы по дисциплине «Создание и поддержание микроклимата

в промышленных зданиях и уникальных сооружениях» для обучающихся по направлению подготовки 08.04.01

Строительство, профиль Системы обеспечения микроклимата зданий и сооружений

Нижний Новгород

2016

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Е.С. Козлов

ОСНОВЫ РАСЧЕТА ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ СИСТЕМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ МИКРОКЛИМАТА

Учебно-методическое пособие по выполнению курсовой работы по дисциплине «Создание и поддержание микроклимата

в промышленных зданиях и уникальных сооружениях» для обучающихся по направлению подготовки 08.04.01

Строительство, профиль Системы обеспечения микроклимата зданий и сооружений

Нижний Новгород ННГАСУ

2016

УДК 696

Козлов Е. С. Основы расчета энергоэффективных систем обеспечения микроклимата [Электронный ресурс]: учеб. - метод. пос. / Е. С. Козлов; Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун - т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – 48 с; электрон. опт. диск (CD-RW)

Приведены указания по выполнению курсовой работы по дисциплине «Создание и поддержание микроклимата в промышленных зданиях и уникальных сооружениях», даны рекомендации по проектированию энергоэффективных зданий.

Ключевые слова: энергосбережение, энергоэффективность, энергосберегающие технологии, теплопотери, тепловая защита.

Предназначено обучающимся в ННГАСУ для выполнения курсовой работы по направлению подготовки 08.04.01 Строительство, профиль Системы обеспечения микроклимата зданий и сооружений.

© Е. С. Козлов, 2016

© ННГАСУ, 2016.

3

3.3.Расчет светопрозрачных ограждений………………………………... 25

3.4.Расчет наружной двери……………………………………………….. 25

4.Тепловая мощность системы отопления…………………………….. 26

4

ВВЕДЕНИЕ

Промышленная революция XIX века, научно-техническая революция се-

редины и потребительская революция конца прошлого столетия позволили лю-

дям, живущим в рамках европейской цивилизации, создать для себя комфорт-

ные условия жизни. Следствием этого стали постоянный рост использования важнейших видов природных ресурсов, а нерациональная структура производ-

ства и потребления спровоцировала необратимые изменения экосистемы. На первый план вышли проблемы тепло- и энергосбережения.

На фоне общей тенденции по снижению воздействия на природу сегодня в ряде стран начал формироваться новый взгляд на конструктивные характери-

стики массового жилья, зданий промышленного и общественного назначения,

поскольку коммунальное хозяйство является крупнейшим потребителем энер-

гии (более 40 % потребления тепловой энергии и 20 % электричества) и загряз-

нителем атмосферы.

Из общего объема энергопотребления строительным комплексом России около 90 % расходуется на эксплуатацию зданий. Наибольшим энергопотреб-

лением характеризуются жилые здания - 50-55%, несколько меньшим - 35-45% - промышленные здания, а на долю гражданских зданий приходится около 10%.

В жилищном и гражданском строительстве резервы энергосбережения состав-

ляют примерно 10-15%.

В странах Европы, США, Канаде пройден длинный и успешный путь энергосбережения, в частности, в области строительства. Результаты, достигну-

тые на практике в повышении энергетической эффективности зданий, позволя-

ют говорить о революционных изменениях в домостроении.

Выдающийся архитектор Норман Фостер (Sir Norman Foster) пишет: «Ар-

хитекторы не могут решить все мировые экологические проблемы, но мы мо-

жем проектировать здания, требующие только часть потребляемой ныне энер-

гии, кроме того, благодаря надлежащему градостроительному планированию мы можем влиять на транспортные потоки. Расположение и функциональное

5

назначение сооружения, его конструктивная гибкость и технологический ре-

сурс, ориентация, форма и конструкция, его системы обогрева и вентиляции,

характеристики используемых при строительстве материалов - все эти парамет-

ры влияют на количество энергии, требующейся для возведения, эксплуатации и технического обслуживания здания, а также для транспорта, движущегося к нему и от него».

Цель большинства современных исследований состоит в научном обос-

новании принципов формирования архитектурных решений энергоэффектив-

ных жилых зданий малой и средней этажности и разработке методики архитек-

турного проектирования ЭЖЗ.

Создание современных видов инженерного оборудования является пред-

метом совместной творческой деятельности представителей различных профес-

сиональных отраслей: архитекторов, конструкторов-строителей, технологов,

специалистов по системам обеспечения микроклимата, социологов и др.

Мировой опыт проектирования и строительства современных зданий по-

казывает, что инженерное оборудование оказывает существенное, а в ряде слу-

чаев решающее значение на архитектуру, объемно-планировочные решения зданий и интерьер помещений.

Одно из важнейших мест в общем комплексе инженерного оборудования занимают системы обеспечения микроклимата зданий – теплоснабжение, отоп-

ление, вентиляция и кондиционирование воздуха, задачей которых является со-

здание и поддержание нормируемых температурно-влажностных параметров воздушной среды в помещениях зданий различного назначения.

Вметодических указаниях приводятся необходимые справочные данные

иметодика расчета и конструирования систем обеспечения микроклимата ма-

лоэтажных одноквартирных жилых домов, темпы строительства которых в со-

временной России имеют в настоящее время заметную тенденцию роста.

6

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОГО ЗДАНИЯ

1.1.Оценка существующей ситуации

Эксплуатационное энергопотребление существующих жилых и обще-

ственных зданий в России примерно в 3 раза превышает аналогичные показате-

ли в технически развитых странах со сходными природно-климатическими ха-

рактеристиками.

Активная полемика, энергосберегающие программы, теоретические раз-

работки, образцы оборудования, экспериментальные объекты, осуществляемые в последние 10-15 лет, пока не оказали практического влияния на энергоем-

кость городов и поселений, но создали реалистичные предпосылки для сниже-

ния энергопотребления зданий и сооружений.

В связи с тем, что ежегодный прирост жилых и производственных пло-

щадей за счет нового строительства в 90-х годах составляет примерно 1% от существующих площадей, основной потенциал энергосбережения содержится в эксплуатационной сфере и может быть реализован посредством реконструкции и санации действующих основных фондов.

Удельные теплопотери в зданиях по экспертным оценкам распределяются следующим образом: до 40% – за счет организованной и неорганизованной ин-

фильтрации нагретого воздуха, до 30% – за счет недостаточного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций, до 30% – за счет нерационального расходования горячей воды и нерегулируемого режима эксплуатации систем отопления.

Основные причины нерационального расходования тепловой энергии:

•несовершенство нерегулируемых систем естественной вентиляции;

•низкое качество и неплотности сопряжения деревянных оконных пере-

плетов и балконных дверей;

• недостатки архитектурно-планировочных и инженерных решений отап-

ливаемых лестничных клеток и лестнично-лифтовых блоков;

7

• недостаточное теплоизоляционное качество наружных стен, покрытий,

потолков подвалов и светопрозрачных ограждений;

•отсутствие приборов учета, контроля и регулирования на системах отопления и горячего водоснабжения;

•чрезвычайно развитая сеть наружных теплотрасс с недостаточной или нарушенной тепловой изоляцией;

•устаревшие, и в большинстве непроизводительные, типы котельного оборудования;

•отсутствие действенного механизма материальной заинтересованности энергопотребителей в ее экономии;

•крайне недостаточное использование нетрадиционных и вторичных ис-

точников энергии.

1.2.Стратегия энергосбережения в сфере строительства

иэксплуатации зданий и сооружений

Системный подход и экономически обоснованная последовательность выполнения комплекса взаимосвязанных и взаимозависимых энергосберегаю-

щих мероприятий градостроительного, архитектурно-планировочного, кон-

структивного, инженерного и эксплуатационного характера.

Программно-целевой метод разработки и реализации системы энергосбе-

регающих мероприятий, ориентированных на получение конечного результата

– максимальную экономию невозобновляемых топливных ресурсов при мини-

мальных затратах средств и времени на достижение этой цели.

Первоочередная ориентация научной, проектной и практической деятель-

ности по энергосбережению на наиболее энергоемкую сферу эксплуатации ос-

новных фондов, реализация энергосберегающих технологий в которой обеспе-

чивает более 90% потенциального эффекта по энергосбережению за счет мо-

дернизации и реконструкции эксплуатируемых зданий, сооружений, инженер-

ных систем, коммуникаций и энергетических объектов.

Переход на энергоэкономичные нормы проектирования и строительства новых зданий и сооружений.

8

По экспертным оценкам системная реализация энергосберегающих меро-

приятий позволяет сократить эксплуатационные энергозатраты в жилищном секторе в 2,0–2,5 раза. При этом удельная доля энергосбережения за счет со-

вершенствования градостроительных решений составит 8–10%, архитектурно-

планировочных решений – до 15%, конструктивных систем – до 25%, инженер-

ных систем, включая системы вентиляции – до 30%, за счет совершенствования технологии эксплуатации, включая установку приборов учета, контроля и регу-

лирования тепло-, водо- и электропотребления – до 20%.

1.3. Энергосберегающие градостроительные решения Необходимо установить мораторий на расширение границ городов в те-

чение 20–30 лет, развитие их в этот период должно осуществляться за счет бо-

лее рационального использования территорий, уплотнения застройки до норма-

тивного уровня без освоения новых пригородных территорий и без увеличения протяженности магистральных теплопроводов, других энергосетей и транс-

портных маршрутов.

Разработать технико-экономические обоснования комплексного исполь-

зования традиционных централизованных и нетрадиционных систем тепло-

снабжения, в том числе локальных с применением котельных контейнерного типа, размещаемых на крышах или вблизи отапливаемых зданий.

Разработать программы завершения застройки жилых кварталов и микро-

районов с ликвидацией сквозных ветрообразующих пространств и организаци-

ей замкнутых дворовых и внутриквартальных территорий.

Разработать генеральные планы, программы и бизнес-планы вторичной застройки реконструируемых малоэтажных жилых кварталов с утеплением ограждающих конструкций существующих домов в соответствии с новыми теплотехническими нормативами, переходом на автоматизированные индиви-

дуальные тепловые пункты, реконструкцией тепловых сетей, использованием крышных котельных для отопления и горячего водоснабжения на прирост пло-

9

щадей жилья и реализацией комплекса мер по электросбережению с организа-

цией на основе этих кварталов энергоэффективных зон городского хозяйства.

Разработать программы использования подземного пространства (под-

земная урбанизация) для размещения стоянок автомашин, складских и вспомо-

гательных помещений с использованием естественной теплоты земли или ис-

кусственных источников подогрева воздуха до положительной температуры.

1.4. Энергосберегающие архитектурно-планировочные решения Существенное влияние на удельные теплопотери в жилых и обществен-

ных зданиях оказывают их объемно-планировочные решения и, в частности,

соотношение площади ограждающих конструкций к общей площади зданий,

соотношение площади оконных проемов к площади наружных стен, конфигу-

рация зданий в плане, размещение их на рельефе и относительно стран света.

Рекомендуемые решения:

•Переход на проектирование и строительство ширококорпусных жилых домов с сокращением на 20–30% удельной площади ограждающих конструкций на квадратный метр площади жилья.

•Использование ширококорпусных домов при вторичной застройке ре-

конструируемых кварталов, в том числе с возведением ширококорпусных до-

мов вторичной застройки на месте существующих двух-пятиэтажных домов

без их сноса, но с одновременной реконструкцией и продлением жизненного цикла до уровня новых зданий.

• Возведение мансардных этажей на существующих зданиях с ограждаю-

щими конструкциями повышенной теплозащиты, соответствующей второму этапу норм “Строительная теплотехника”, исключая тем самым сверхнорма-

тивные потери тепла через покрытия реконструируемых зданий.