10870

Повышение теплотехнической однородности современных ограждающих конструкций в рассматриваемом диапазоне толщин тепловой изоляции является направлением наибольшего повышения их энергетической эффективности. В существующей литературе имеются рекомендации по нормированию r конструкций индустриального изготовления [4].

Рис. 1. Зависимости теплотехнических характеристик наружных стен многоквартирного жилого дома от толщины эффективного утеплителя: 1 – Rусл от δут; 2

– Rут от δут; 3 – Rпр от δут; 4 – r от δут

Рис. 2. Зависимости долей потерь теплоты через элементы наружных стен жилого дома от толщины утеплителя: 1 – глади стены; 2 – сопряжения с балконной плитой; 3 – крепления утеплителя; 4 – сопряжения оконного блока; 5 – выпуклого угла; 6 – сопряжения с цоколем; 7 – вогнутого угла

250

Однако, минимальное значение коэффициента теплотехнической однородности для современных систем фасадной тепловой изоляции (трехслойные стены с эффективным утеплителем и облицовкой кирпичом, системы фасадной изоляции с наружным утеплением и штукатурным слоем, системы наружной тепловой изоляции с вентилируемой воздушной прослойкой и др.) не установлено. Данный факт может приводить к значительному, экономически необоснованному, перерасходу тепловой изоляции при применении конструктивно несовершенных фасадных систем.

Из рисунка 2 видно, что наибольший энергетический эффект от повышения теплотехнической однородности наружных ограждающих конструкций может быть достигнут при оптимизации их следующих типовых узлов: сопряжений балконных плит и наружных стен; сопряжений оконных блоков и наружных стен; тарельчатых анкеров для крепления слоя тепловой изоляции к основанию стены. Наличие вогнутых углов в конструкции наружных стен при этом вносит кажущийся положительный эффект [2] в общие потери теплоты через наружные ограждения.

В заключении следует отметить, что существующая нормативная документация должна содержать сведения о минимальных, экономически обоснованных величинах коэффициентов теплотехнической однородности современных наружных ограждающих конструкций. В противном случае их отсутствие может привести к результатам, аналогичным рисунку 2, когда приведенное сопротивление теплопередаче ограждения с эффективным утеплителем толщиной 70 мм сопоставимо с сопротивлением теплопередаче однослойных керамзитобетонных панелей, применявшихся при типовом советском строительстве (1,12 м2·°C/Вт [5]) и имевшим сравнительно высокий коэффициент теплотехнической однородности.

Литература

1.СП 50.13330.2012. Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003. – М.: ФАУ «ФЦС», 2012. – 95 с.

2.СП 230.1325800.2015. Конструкции ограждающие зданий. Характеристики теплотехнических неоднородностей. – М.: Минстрой России, 2015. – 67 с.

3.Крышов С.И., Опыт ГБУ «ЦЭИИС» по экспериментальной оценке эффективности энергосберегающих мероприятий в жилых и общественных зданиях / С.И. Крышов, И.С. Курилюк // Открытый семинар «Анализ и прогноз развития отраслей топливно-энергетического комплекса» – М.: Издательство ИНП РАН, 2015. – С. 20-39.

4.СП 23-101-2004. Проектирование тепловой защиты зданий. – М.: Госстрой России, 2004. – 139 с.

251

5. Методические указания по снижению плотности и повышению теплозащитной способности керамзитобетонных панелей наружных стен. – М.: ЦНИЭП Жилища, 1984. – 31 с.

Кобезский В.А., Вачаева Т.А.

(ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурностроительный университет»)

ПАССИВНЫЕ СИСТЕМЫ СОЛНЕЧНОГО ОТОПЛЕНИЯ: ВОЗМОЖНОСТИ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ В РОССИИ

Предпосылки применения технологии ПСО

Одним из конкурентоспособных альтернативных энергоносителей является солнечная энергия. Уже сейчас в некоторых странах солнечные энергетические установки стали обычным атрибутом жизни. В США более 60% частных и общественных плавательных бассейнов обогреваются за счет использования простейших, без остекления и тепловой изоляции, пластиковых солнечных коллекторов, а энергетическая компания Solarcity производит бесплатную установку солнечных коллекторов, окупающуюся выработанной электрической энергией с них [1].

Даже в климатических условиях Европы внедрение солнечных установок идет нарастающими темпами. Так, например, в Германии действует программа «ста тысяч солнечных крыш», финансируемая непосредственно государством [2].

В России данный вид энергии для теплоснабжения объектов используется значительно реже, чем в развитых странах. Несмотря на то, что в ряде районов, прежде всего в Краснодарском крае, Дагестане, Бурятии, в течение многих лет успешно работают солнечные водонагревательные установки, обеспечивающие горячей водой санатории, дома отдыха, больницы и жилые дома, в других регионах данный способ теплоснабжения не нашел широкого применения.

Существует устойчивое мнение, что солнечная энергия может эффективно использоваться только в южных станах, а Россия по своему местоположению считается в основном северным государством, где солнечного излучения недостаточно и использование его для обеспечения теплоснабжения нецелесообразно.

Исследования специалистов Института высоких температур Российской академии наук опровергают данное положение. Они

252

завершились разработкой Атласа распределения ресурсов солнечной энергии по территории России и созданием климатической карты поступления радиации на неподвижные горизонтальные поверхности за определенные периоды года.

Рис. 1 Среднедневные суммы солнечной радиации на горизонтальной поверхности за весь год для территории России, кВт·ч/(м2·день)

Наиболее высокими значениями удельной энергии характеризуются южные регионы страны: Северный Кавказ, Приморье, юг Сибири. Однако и в других широтах ресурсы солнечной энергии достаточно велики. Более 60% территории России, в том числе и многие северные районы, характеризуются среднегодовым поступлением от 3,5 до 4,5 кВт·ч/(м2·день). Следовательно, энергетическая эффективность гелиоустановок на всей территории России является приблизительно одинаковой до 65 параллели [3].

Типы систем и варианты решений

Системы пассивного солнечного отопления подразделяются на системы прямого и косвенного обогрева. В системах с прямым обогревом тепло солнечной радиации поступает через наружное остекление в помещение, где затем поглощается и накапливается в ограждающих конструкциях, отапливая помещения. В системах косвенного обогрева солнечная радиация, проходя сквозь наружное остекление, попадает на расположенные за ним ограждающие конструкции, нагревает их и затем путем теплопроводности и конвекции тепло подается в помещение.

Применительно к жилищно-гражданскому строительству рекомендуется применение [4]:

-различных типов системы прямого отопления;

-систем косвенного обогрева «стена Тромба-Мишеля» и типа «солнечная оранжерея».

253

Рис. 2. Выбор рекомендуемых типов систем пассивного солнечного отопления.

А- системы прямого обогрева;

Б- системы косвенного обогрева;

1, 2 - прямой обогрев с боковым и верхне-боковым освещением; 3 - стена Тромба;

4 - солнечная оранжерея;

5 - «водоналивная стена»;

6 - «водонаполненная крыша».

Особенности возможного применения

Эффективное прямое улавливание солнечной энергии осуществимо при следующих условиях [2]:

1.При соблюдении оптимальной ориентации дома - вдоль оси восток-запад, а также с допустимым до 30° от неё отклонением;

2.50-70% всех окон должно располагаться на южном фасаде, а на северном - не более 10%, причем южные окна должны иметь двухслойное остекление, а северные окна - начиная от трехслойного и выше;

3.Здания и сооружения должны иметь повышенную теплоизоляцию и низкие теплопотери на инфильтрацию;

254

4.Согласно внутренней планировке здания жилые комнаты должны быть спроектированы с южной стороны, а вспомогательные помещения - с северной;

5.Теплоаккумулирующая способность внутренних стен и пола должна быть достаточной для поглощения и аккумулирования теплоты солнечной энергии;

6.Для предотвращения перегрева помещений в летний период над окнами должны быть предусмотрены экранирующие от излучения поверхности.

КПД подобной системы ПСО находится в районе 25-30%, но в благоприятных климатических условиях может быть значительно выше и доходить до 60%. Значимым недостатком этой системы являются большие суточные колебания температуры воздуха внутри помещений. Пассивные системы, являясь частью ограждающей конструкции, имеют такой же срок службы, как и само здание. Вместе с получением теплоты эти системы также обеспечивают эффективное использование дневного света, благодаря чему снижаются затраты электроэнергии на освещение.

В южных районах с небольшой продолжительностью отопительного периода и высокими зимними температурами использование системы прямого обогрева дает результаты, сравнимые с системами косвенного обогрева, но в северных районах предпочтительно использовать системы косвенного обогрева (стены Тромба и солнечные оранжереи).

Перспективы развития

Согласно результатам расчёта эффективности систем ПСО по методике, изложенной в соответствующих рекомендациях по проектированию [4], для зданий, расположенных за пределами южных широт вплоть до 65 параллели, была выявлена одинаковая эффективность внедрения системы косвенного обогрева. Коэффициент замещения основной системы системой ПСО достигает значения Kзам =0,4 на время отопительного периода, что означает снижение нагрузки на дублирующую систему на 40%. Основными направлениями для развития являются: совершенствование методики теплотехнического расчета с учётом влияния облачности, а также точного определения коэффициента поглащения солнечной энергии тепловоспринимающей поверхностью экспериментальным путем для применяемых в конструкции системы материалов.

Литература

1.SolarCity: Solar – Solar Energy Efficiency www.solarcity.com/

2.Государственная экономическая политика и Экономическая доктрина России. К умной и нравственной экономике. В 5 т, Том 1 Сулакшин С. С. Directmedia, 28 авг. 2013 г.

255

3.Научно-прикладной справочник по климату СССР. Солнечная радиация: в 3-х ч. Вып. 13. Ч.1. Солнечная радиация и солнечное сияние. - Л.: Гидрометеозиздат, 1990. - 378 с.

4.Рекомендации по проектированию зданий с пассивными системами солнечного отопления. Киев ЗНИИЭП, 1989.

Кузин Д.Ю.

(ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурностроительный университет»)

ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКЦИИ ОКОННЫХ БЛОКОВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПОЛЕЗНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕПЛОТЫ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ

В настоящее время на рынке строительных изделий предлагаются оконные блоки, отличающиеся базовыми теплотехническими характеристиками: приведенное сопротивление теплопередаче Rок, м2·°C/Вт; коэффициент относительного проникновения солнечной радиации τ1ок; коэффициент, учитывающий затенение светового проема

окон τ2ок [1].

Действующая нормативная документация [2, 3] устанавливает следующий показатель, определяющий класс энергосбережения здания, называемый расчетной удельной характеристикой расхода тепловой

тепловыделений и теплопоступлений от солнечной радиации, Вт/(м3·°C); ν

–коэффициенты снижения теплопоступлений за счет тепловой инерции; ζ

–коэффициент эффективности авторегулирования; ξ – коэффициент снижения теплопотребления, учитывающий наличие поквартирного учета тепла.

Удельная характеристика теплопоступлений в здание от солнечной радиации через светопрозрачные наружные ограждающие конструкции kрад, Вт/(м2·°C), определяется по формуле:

где Vот – отапливаемый объем здания, м3; ГСОП – градусо-сутки отопительного периода, °С·сут/год; Qрадгод – теплопоступления через окна от

солнечной радиации в течение отопительного периода, МДж/год. Теплопоступления через окна от солнечной радиации в течение

отопительного периода Qрадгод , МДж/год, определяются по зависимости:

где τ1окi – коэффициент относительного проникновения солнечной радиации для светопропускающих заполнений оконных проемов i-й ориентации; τ2окi – коэффициент, учитывающий затенение светового проема окон i-й ориентации непрозрачными элементами заполнения; Aокi – площадь окон i-й ориентации; Iокi – средняя за отопительный период величина солнечной радиации на вертикальные поверхности i-й ориентации при действительных условиях облачности, МДж/(м2·°C) [4].

Из формул (1-3) выразим зависимость удельной характеристики расхода тепловой энергии на компенсацию потерь теплоты через наружные окна с учетом теплопритоков от солнечной радиации приведенные к 1 м2 их площади kок, Вт/(м2·°C):

Результаты расчета показателя kок для типовых конструкций оконных блоков сориентированных по восьми сторонам света в условиях Нижнего Новгорода для здания без автоматического регулирования однотрубной системы отопления приведены на рисунке 1. Видно, что с учетом теплопоступлений от солнечной радиации окна с двойным остеклением в раздельных переплетах (Rок = 0,44 м2·°C/Вт) будут менее энергетически эффективны, чем однокамерные стеклопакеты (Rок = 0,35 м2·°C/Вт) и двойное остекление в одинарных переплетах (Rок = 0,40 м2·°C/Вт). Двухкамерные стеклопакеты в одинарном переплете из обычного стекла, с межстекольным расстоянием 12 мм (Rок = 0,54 м2·°C/Вт) при ориентации на юг являются энергетически эффективнее окон из обычного стекла и с двухкамерным стеклопакетом в раздельных переплетах (Rок = 0,65 м2·°C/Вт).

Данное несоответствие приведенного сопротивления теплопередачи и фактической энергетической эффективности оконных блоков объясняется отличными значениями коэффициентов τ1ок и τ2ок.

Удобно оценивать энергетическую эффективность оконных блоков относительно окна с наибольшим значением kок: двойное остекление из

Результаты расчета k приведены в таблице, согласно которым энергетическая эффективность окон в зависимости от их ориентации может отличаться на 20-30 %, что позволяет варьировать выбор их конструкции для разных фасадов одного и того же здания.

Аналогичные расчеты для отдельных оконных блоков, результаты которых приведены на рисунке 2, показывают, что наличие автоматического регулирования теплоотдачи отопительных приборов терморегуляторами и автоматическое регулирование подачи теплоносителя на вводе [5] значительно влияет на энергетическую эффективность выбранного конструктивного исполнения оконных блоков. Устройство средств автоматизации системы отопления снижает величину показателя kок для двойного остекления из обычного стекла в спаренных переплетах с 2,35 до 2,21 Вт/(м2·°C), а для двухкамерного стеклопакета с

1,62 до 1,5 Вт/(м2·°C).

Рис. 1. Зависимость показателя kок от ориентации (Ориент.) оконного проема и конструкции оконного блока: 1 – двойное остекление из обычного стекла в раздельных переплетах; 2 – однокамерный стеклопакет в одинарном переплете из обычного стекла; 3 – двойное остекление из обычного стекла в спаренных переплетах; 4 – двухкамерный стеклопакет в одинарном переплете из обычного стекла, с межстекольным расстоянием 8 мм; 5 – двухкамерный стеклопакет в одинарном переплете из обычного стекла, с межстекольным расстоянием 12 мм; 6 – обычное стекло и двухкамерный стеклопакет в раздельных переплетах из обычного стекла

258

Рис. 2. Зависимость показателя kок от ориентации оконного проема, уровня автоматизации системы отопления и конструкции оконного блока: 1 – двойное остекление из обычного стекла в спаренных переплетах, при отсутствии автоматического регулирования теплоотдачи в системе отопления; 2 – тоже, с автоматическим регулированием термостатами и с центральным регулированием на вводе; 3 – двухкамерный стеклопакет в одинарном переплете из обычного стекла, с межстекольным расстоянием 12 мм, при отсутствии автоматического регулирования теплоотдачи в системах отопления; 4 – тоже, с автоматическим регулированием теплоотдачи в системах отопления

Приведенные данные позволяют сделать вывод о возможности применения показателя kок для дополнительной оценки эффективности принятых решений при выборе конструкции оконных блоков, который с одной стороны не зависит от тепловой защиты иных элементов теплового контура зданий, а с другой учитывает эффективность использования системой отопления теплоты солнечной радиации, за счет средств автоматизации.

Литература

259