Глава 9 рациональное использование энергии в зданиях и сооружениях

9.1. Инженерные системы обеспечения жизнедеятельности в зданиях и сооружениях

Жизнедеятельность людей в зданиях и сооружениях обеспечивают следу­ющие инженерные системы: тепло- и холодоснабжения, горячего и холод­ного водоснабжения и водоотведения; электроснабжения и газоснабжения. В чрезвычайных ситуациях могут быть задействованы системы пожаро­тушения и дымоудаления.

Перечисленные системы являются потребителями в общем случае электри­ческой и тепловой энергии, а также топлива. Тепловая энергия и холод потребляются системами отопления, вентиляции, кондиционирования воз­духа и горячего водоснабжения. Электроэнергия потребляется циркуляцион­ными насосами отопительных систем, вентиляторами общеобменной и мест­ной вентиляции, осветительными приборами, бытовым и вспомогательным оборудованием (холодильными машинами и тепловыми насосами). Топливо обеспечивает работу автономных источников энергоснабжения и бытовых плит для приготовления пищи. Вода хозяйственно-питьевого качества используется системами холодного водоснабжения и водоотведения.

Системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха поддер­живают параметры микроклимата зданий и сооружений в пределах допус­тимых или оптимальных санитарно-гигиенических норм.

Системы отопления жилых и общественных зданий, помещений про­мышленных предприятий присоединяются к водяным сетям по зависимой или независимой схеме.

В качестве теплоносителя в системах отопления, вентиляции и кондицио­нирования воздуха могут применяться вода, водяной пар и воздух.

Выбор теплоносителя для системы отопления осуществляется в соответ­ствии с назначением здания. В системах отопления жилых и общественных зданий в качестве теплоносителя используется преимущественно вода.

Применяются насосные системы отопления и системы с естественной циркуляцией теплоносителя. Последние используются в зданиях малой этажности.

Системы парового отопления устанавливаются в основном в производ­ственных зданиях и помещениях с временным пребыванием людей. Приме­нение парового отопления в жилых и общественных зданиях ограничено в соответствии с санитарно-гигиеническими требованиями из-за высокой тем­пературы поверхностей отопительных приборов. Отопительные системы присоединяются к паропроводам как по зависимым, так и по независимым схемам. Системы парового отопления — преимущественно двухтрубные, за исключением проточных паровых систем (без возврата конденсата). Тепло­снабжение без возврата конденсата допускается, когда сбор и возврат его нецелесообразен из-за большой разветвлённости сборных конденсатопроводов или сложности очистки загрязнённого конденсата.

Системы вентиляции являются вторым по значимости, а для обще­ственных и промышленных зданий нередко и первым потребителем тепло­вой энергии после систем отопления. Помимо теплоты приточные вентиля­ционные системы потребляют электрическую энергию, но соотношение между ними таково, что теплота составляет примерно 90 % общего потреб­ления энергоресурсов.

Назначение вентиляции — удаление из обслуживаемого помещения избытков теплоты, влаги, снижение концентрации вредных веществ ниже уровня предельно допустимых значений, а взрывоопасных веществ — до концентрации ниже предела взрываемости.

Различают естественную вентиляцию, аэрацию и вентиляцию с принуди­тельным побуждением (механическая вентиляция или принудительная).

Движение потока воздуха при естественной вентиляции создаётся за счёт разности его полных давлений в верхней точке вентиляционной шахты и на нулевой отметке. Естественная вентиляция нашла широкое применение в жилых зданиях.

При аэрации поток воздуха создаётся за счёт разности плотностей воз­духа снаружи помещения и внутри его. Она применяется для вентиляции промышленных зданий с большими избытками теплоты.

В данной главе рассмотрим механическую вентиляцию как требующую значительных затрат тепловой энергии для подогрева приточного воздуха.

Механическая вентиляция подразделяется на общеобменную (приточную и вытяжную) и местную. При общеобменной вентиляции воздух подаётся или удаляется из всего объёма вентилируемого помещения.

При местной вентиляции чистый воздух подают на определённые рабо­чие места (местная приточная вентиляция), а загрязнённый воздух удаляют только от мест образования вредных выделений (местная вытяжная вен­тиляция).

К местной приточной вентиляции относятся воздушные души (целенап­равленный приток воздуха); воздушные оазисы — участки помещений, отгороженные от основного помещения передвижными перегородками высотой 2,0—2,5 м, в которые нагнетается воздух с пониженной температу­рой; воздушные тепловые завесы, создающие преграды для холодного воз­духа, врывающегося в помещение через открытые двери или ворота. Воз­душные души обеспечивают подачу чистого воздуха к постоянным рабочим местам, обдувая рабочих и снижая температуру окружающего воздуха в зоне действия душа.

Местную вытяжную вентиляцию применяют при локализации мест вредных выделений в помещении в целях исключения их распространения по всему его объёму. Местная вытяжная вентиляция в производственных помещениях обеспечивает улавливание и отвод вредных выделений: выделя­ющейся от оборудования теплоты, влаги, вредных веществ, пыли, дыма и др.

Для удаления и локализации вредных выделений применяют укрытия мест их выбросов в виде зонтов или шкафов, укрытия в виде кожухов у стан­ков, бортовые отсосы у ванн и др.

Местная вентиляция требует меньших затрат энергоресурсов, чем обще­обменная. В производственных помещениях обычно используют смешан­ную систему вентиляции — общеобменную (приточную и вытяжную) для создания микроклимата во всем объёме помещения и местную на рабочих местах. Применение местных отсосов, например, в местах концентрации вредных выбросов позволяет снизить расход приточного воздуха обменной вентиляции, сокращая теплопотребление калориферов на обогрев поступаю­щего воздуха.

Потребителем тепловой энергии в системах общеобменной вентиляции являются приточные установки.

В отдельных случаях воздух, подаваемый в помещения, охлаждают, увлаж­няют или осушают в зависимости от требований технологического процесса или для создания комфортных условий в помещении. В случаях, когда в поме­щении требуется создать и автоматически поддерживать определённые параметры микроклимата, применяют кондиционирование воздуха. При функ­ционировании элементов охлаждения и влажностной обработки воздуха тре­буются помимо источников тепловой энергии источники холода, одним из которых может быть, например, артезианская вода или вода, охлаждённая холодильной машиной. Расширение функциональных возможностей систем вентиляции и создание комфортной внутренней среды достигаются за счёт дополнительного оборудования и затрат энергоресурсов.

Кондиционированием воздуха называется создание и автоматическое поддержание нормируемых параметров воздуха в обслуживаемой или рабо­чей зоне помещений. Поддерживаются в пределах регламентируемых норм такие параметры воздушной среды, как температура, относительная влаж­ность, давление, содержание вредных примесей, газовый и ионный состав, а также скорость движения воздуха. Для большинства объектов промышлен­ного и общественного строительства, как правило, ограничивается только часть перечисленных параметров воздушной среды.

Система кондиционирования может работать в помещениях совместно с системами отопления и вентиляции, но может и выполнять их функции, создавая в помещениях необходимые метеорологические условия, наиболее благоприятные для труда и отдыха человека и позволяющие обеспечить выпуск продукции с необходимыми потребительскими свойствами.

Системы кондиционирования подразделяются на комфортные и техно­логические. Первые из них предназначены для достижения и автоматиче­ского поддержания параметров воздушной среды, отвечающих комфортным условиям среды обитания человека. Технологические системы кондициони­рования воздуха предназначены для создания микроклимата, отвечающего требованиям технологических процессов.

Для работы установки кондиционирования воздуха необходимы источ­ники теплоты (нагрев воздуха) и холодной воды для увлажнения или охлаждения. Источником тепловой энергии является горячая вода, поступа­ющая из тепловой сети, источником холодной воды может быть водопро­водная вода. Если температура воды недостаточна для нужд охлаждения воздуха, то используется вода, охлаждённая холодильной машиной.

Назначение систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха состоит в обеспечении заданных параметров микроклимата в зданиях и сооружениях разного назначения. Здание как энергетическая система пред­ставляет собой совокупность помещений, каждое из которых характеризу­ется индивидуальными особенностями. Параметры внутренней среды фор­мируются в условиях воздействия на неё потоков теплоты, влаги и воздуха. Поступление потоков извне и внутри помещения обусловлено воздействием наружных и внутренних (технологических) факторов. Параметры наружной среды (температура и энтальпия) изменяются с течением времени, как и теп­ловой поток, направление которого определяется разностью внутренней и наружной температур воздуха. Изменяется, например, в течение суток и теп­ловой поток от людей и оборудования, находящихся в помещении. Для оценки энергетической эффективности инженерных систем по созданию микроклимата зданий следует пользоваться суммарным (во времени) пока­зателем, каковым является годовой расход энергии.

Следует отметить, что снижение энергопотребления системами отопле­ния, вентиляции и кондиционирования воздуха не может осуществляться в ущерб оптимальным (комфортным) условиям и допустимым параметрам микроклимата. Кроме того, снижение энергопотребления должно быть оправдано экономически, т.е. должны использоваться решения, которые экономически обоснованы.

Вопросы нормирования потребления тепловой энергии зданиями и сооружениями для нужд отопления, вентиляции, кондиционирования воз­духа и горячего водоснабжения рассмотрены в гл. 5.