Длительность отопительного периода для многоквартирных домов и общественных зданий.
Режим работы систем отопления и вентиляции.
(с учетом ISO 13790:2008 и
актуализированной редакции ГОСТ Р 13790) 

В. И. Ливчак

В п. 7.4 СП 124.13330.2012 «Тепловые сети. Нормы проектирования» и в предыдущих редакциях того же СНиП устанавливается длительность отопительного периода: «При расчете графиков температур сетевой воды в системах централизованного теплоснабжения начало и конец отопительного периода принимается при среднесуточной температуре наружного воздуха +8 °С в течение пяти суток». Это означает, что при достижении среднесуточной температуры наружного воздуха в течение пяти суток ниже +8 °С включается отопление в большей части зданий, а при превышении этой температуры в течение такого же срока при отсутствии прогноза, что она опять может понизиться, отопление централизованно выключается.

Исходя из этого положения в СП 131.13330.2012 «Строительная климатология» и предыдущих редакциях того же СНиП приводятся таблицы длительности периодов со среднесуточной температурой воздуха ниже +8 и +10 °С и указывается средняя температура воздуха за этот период для всех регионов страны. По величине произведения разности расчетной температуры внутреннего воздуха для жилых зданий (+20 °С) и средней за отопительный период температуры наружного воздуха на длительность этого периода, обозначаемой ГСОП (градусо-сутки отопительного периода), судят о суровости зимы в данном регионе. Эта величина используется также для возможности сопоставления одних и тех же энергетических показателей разных регионов относительно друг друга или результатов измерения теплопотребления в одном регионе, но в разных климатических условиях.

Обоснованием возможности прекращения отопительного периода при достижении устойчивой температуры наружного воздуха +8 °С, а не при +20 °С, когда теплопотери через ограждения и с инфильтрацией равны нулю, является наличие внутренних тепловыделений в отапливаемых помещениях, о которых подробно было написано в [6 и 7], дополненное комментарием в [8].

Но если внутренние теплопоступления настолько велики, что отключение отопления возможно при более низкой среднесуточной температуре наружного воздуха, то для таких зданий длительность отопительного периода пересматривается. Однако не следует для всех остальных зданий считать, что их внутренние теплопоступления равны теплопотерям при tн = +8 или +10 °С, они могут быть и меньше, но, поскольку при такой наружной температуре законодательно принято начало/окончание отопительного периода, СНиП допускает некоторое снижение температуры воздуха в таких зданиях в пасмурную погоду.

В статье [5] приводятся результаты расчета продолжительности отопительного периода для жилого дома со стандартной удельной величиной внутренних теплопоступлений в 17 Вт/м² жилой площади при заселенности 20 м² общей площади квартир на одного жителя и с характеристикой ограждающих конструкций здания, соответствующей СНиП 23-02–2003 «Тепловая защита зданий», и для административного здания с удельной величиной внутренних теплопоступлений в рабочее время (с 9.00 до 19.00) в размере 51 Вт/м² расчетной площади помещений (0,5•2+1,0•8) / 10•1000 / 17,5 = 51 Вт/м² и с характеристикой ограждающих конструкций здания по СНиП 23-02–2003, которые показывают, что для климатических параметров Москвы продолжительность отопительного периода оказалась ниже приведенной в СНиП «Строительная климатология» за 2003 год – 214 суток, а именно: для жилого дома – 185 суток, для административного здания – 145 суток.

Расчеты выполнены на основе «математической модели, позволяющей определять максимальные значения теплопоступлений в помещения и время их достижения в течение суток, а также среднесуточные значения и амплитуду колебания теплопоступлений в помещения для проектирования систем кондиционирования воздуха». К сожалению, в статье не приводятся ни «параметры типового метеорологического года для Москвы», которые закладывались в расчеты, ни алгоритм расчета в виде используемых формул, динамических характеристик здания, процессов авторегулирования.

Уточним исходные данные и допущения, которые были приняты в наших расчетах, подтверждающих правильность принятых в СНиП «Тепловые сети» и «Строительная климатология» начала/окончания и продолжительности отопительного периода для жилых многоквартирных домов Центрального региона страны, как существующих, так и с повышенной теплозащитой наружных ограждений, обеспечивающей требования энергетической эффективности на расчетный период вплоть до 2020 года.

ИСХОДНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДЛЯ РАСЧЕТА НАЧАЛА/ОКОНЧАНИЯ ОТОПИТЕЛЬНОГО ПЕРИОДА

1. Расчеты выполнялись в условиях стационарного режима, отсюда и длительность стояния граничной температуры +8 °С в течение 5 суток. Далее, при осуществлении автоматического регулирования подачи теплоты в здание в зависимости от изменения наружной температуры в постоянном режиме практически без существенной временной задержки происходит ответная реакция на воздействие изменения температуры через малоинерционные ограждения – окна, а через массивные ограждения в виде стен и перекрытий навстречу холодной волне от понижения tн поступает с такой же амплитудой теплая волна от повышения теплоотдачи отопительного прибора, которые нейтрализуют друг друга. Без нестационарного режима нельзя обойтись при переменном режиме подачи теплоты в здание, а когда постоянно отслеживается воздействие от изменения tн аналогичным изменением теплоподачи, то процесс приближается к стационарному.

Это же подтверждается проф. В. Н. Богословским [9]: «…для холодного периода характерен режим стационарной теплопередачи: зимой часто бывают устойчивые температуры вне здания, и отопление поддерживает постоянную внутреннюю температуру. Летом характерными являются периодические суточные изменения температуры и солнечной радиации, и внутри здания температура обычно не регулируется».

2. При определении начала/окончания отопительного периода не следует учитывать теплопоступления от солнечной радиации, потому что их величина резко зависит от условий облачности, и часто бывает, особенно в осенний период, когда в течение этих 5 суток солнце закрыто облаками. Да и с появлением солнца на северный фасад здания солнечная радиация не поступает, в то же время, если система авторегулирования отопления позволяет использовать теплопоступления от солнечной радиации, то сократится теплопотребление на отопление, но длительность отопительного периода останется прежней. При определении теплопотребления зданием расчетным путем эти теплопоступления учитываются.

3. Бывают годы, когда в весеннее время из-за превышения в течение пяти суток среднесуточной температуры наружного воздуха +8 °С уже в начале апреля можно было бы отключить отопление, но затем следует период с tн ниже +8 °С (см. прилагаемую таблицу из [10]), где отопление должно быть, и потому длительность отопительного периода принимаем по дням возможного повторного отключения, а то, что внутри этого периода будут дни с tн выше+8 °С, отразится на средней температуре отопительного периода.

4. Доля внутренних теплопоступлений относительно теплопотерь через ограждения в угловых помещениях (с двумя наружными стенами и особенно на первом или последнем этаже) будет ниже, чем в рядовых (с одной наружной стеной). Поэтому при расчете годового теплопотребления целесообразно рассматривать все здание как одно помещение, что снивелирует эти различия, а некоторое отставание угловых помещений при осуществлении авторегулирования подачи теплоты в целом по дому компенсируется завышением на 2 °С расчетной температуры воздуха в них при расчете теплоотдачи отопительных приборов.

В таблице приводятся данные среднесуточных температур наружного воздуха с 1 апреля по 10 мая за 11 лет. Как здесь можно отключить отопление 4 апреля, как рекомендовано в упомянутой статье [5]? Это можно было бы сделать только в 2008 и 2010 годах, но с 15 апреля 2008 года и 23 апреля 2010 года начинаются длительные похолодания, требующие продолжения отопления (области с заливкой). Только в течение двух лет (2001 и 2002 годы) можно было бы выключить отопление 21–22 апреля; в 2008 и 2009 годах – с 28 апреля; в остальные годы: в 2005 и 2010 – с 30 апреля; в 2003 и 2006 – с 3 мая, в 2004 – с 5 мая; в 2000 году, хотя с 8 по 30 апреля температура воздуха стояла выше +8 °С, с 1 по 4 мая средняя температура воздуха была ниже +4 °С, и отопление должно было быть выключено только 8 мая, а в 2007 году – с 9 мая. Это подтверждает, что средняя продолжительность отопительного периода для наиболее массового жилищного фонда должна остаться на уровне 212–214 суток.

5. Следует пользоваться правильными зависимостями определения температуры наружного воздуха начала/окончания отопительного периода для зданий с конкретным значением величины внутренних тепловыделений. Так, в проекте ГОСТ Р 13790 [1] приведена такая формула:

где t'_н.гр – температура наружного воздуха начала/окончания отопительного периода, °С;
Q_оп.от – расход теплоты на систему отопления, здесь за отопительный период, МВт•ч в год, или при расчетной наружной температуре Q_отр, кВт;
Q_{оп.пост} – внутренние теплопоступления в здании (бытовые тепловыделения в жилых домах) за отопительный период, МВт•ч в год, или в течение часа за средние сутки, Q_вн, кВт;
t_в.оп – расчетная температура внутреннего воздуха за период отопления;
t_н.оп– средняя температура наружного воздуха за отопительный период, °С, или расчетная наружная температура для проектирования отопления t_нр, по имеющимся климатическим данным.

Эта формула получена из допущения равенства внутренних тепловыделений в доме расходу теплоты на отопление при соответствующей температуре наружного воздуха: Q_{оп.пост} = Q_оп.от•(t_в.оп – t¹_н.гр) / (t_в.оп – t_оп), что неправильно, поскольку внутренние теплопоступления должны быть равны теплопотерям помещений и на нагрев вентиляционного воздуха, включая инфильтрацию, а не расходу теплоты на отопление. А расход теплоты на отопление – это разность между суммарными теплопотерями через ограждения и на вентиляцию и бытовыми теплопоступлениями.

ВЫВОД ФОРМУЛЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАЧАЛА/ОКОНЧАНИЯ ОТОПИТЕЛЬНОГО ПЕРИОДА

В действительности, исходя из теплового баланса помещений отапливаемого здания, расход теплоты на отопление Qот равен:

Q_от = Q_огр + Q_вент – Q_вн – Q_инс – Q_техн. (1)

Здесь теплопотери жилого дома и общественного здания без технологических процессов с выделением теплоты (Q_техн = 0), включая трансмиссионные теплопотери через наружные ограждения Qогр и расход теплоты на нагрев инфильтрующегося наружного воздуха в объеме нормативного воздухообмена Qвент, равны сумме расхода теплоты на отопление Qот и внутренним теплопоступлениям Qвн (солнечные теплопоступления Qинс на стадии расчетных условий для определения как нагрузки системы отопления, так и начала/окон-чания отопительного периода, не учитываются, поскольку они нестабильны):

Q_огр + Q_инф = Q_от + Q_вн. (2)

Решая уравнение (1) при текущей наружной температуре t_н относительно к расчетному расходу теплоты на отопление Q_отр и выразив теплопотери при текущей t_н к расчетной величине, получим относительный расход тепловой энергии на отопление от при текущей наружной температуре t_н:

Для того чтобы установить, при какой наружной температуре следует прекращать отопление с учетом конкретного для данного здания значения внутренних тепловыделений, необходимо приравнять уравнение (5) к нулю и извлечь из него tн. Тогда tн при от. = 0 следует определять по формуле:

Внутренние теплопоступления остаются практически постоянными в течение каждых суток по абсолютной величине, с повышением наружной температуры их доля в тепловом балансе увеличивается, за счет чего возможно сокращение подачи теплоты на отопление по сравнению с отпуском его по температурному графику центрального регулирования на источнике, не учитывающему этого. Только настройка контроллера отопления на такой режим подачи теплоты дает экономию тепловой энергии на 15–20 % от годового теплопотребления на отопление без учета этого.

РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРЫ НАЧАЛА/ОКОНЧАНИЯ ОТОПИТЕЛЬНОГО ПЕРИОДА ДЛЯ ЖИЛОГО ДОМА

Решим это уравнение с использованием примера, результаты расчета которого приведены в табл. 2 [11], для этого определим расчетное значение величины бытовых тепловыделений дома в час за средние сутки отопительного периода Qвн. = 863,7 • 103 / (214 • 24) = 168 кВт, отношение среднечасовых бытовых тепловыделений в доме к расчетному расходу теплоты на отопление (тепловой нагрузки системы отопления) при tнр = –26 °C:

а) построенного по СНиП 23-02–2003 Qвн / Qотр = 168 / 800 = 0,21,
б) по I этапу постановления № 18 Qвн / Qотр = 168 / 694 = 0,24,
в) по требованиям энергоэффективности с 2020 года Qвн / Qотр = 155 / 560 = 0,28.

Соответственно, начало/конец отопительного периода, в соответствии с формулой (5), должны быть:

что выше +8 °С даже при максимально высокой теплозащите здания и поэтому не ставит под сомнение пересмотр длительности отопительного периода в 214 суток для жилых зданий, строящихся в Москве.

Если при этом оперировать величинами годового теплопотребления, то формула (6) предстанет в виде:

t_н.от = 0 = (t_в + t_н.оп • Q_вн^год / Q_от^год) / (1 + Q_вн^год / Q_от^год), (7)

где t_н.от = 0 – температура наружного воздуха, при которой начинается или прекращается отопление, а t_н.оп – средняя температура наружного воздуха за отопительный период, °C.

Подставив из примера Q_вн^год и Q_от^год, получим:

а) t_н.от = 0 = (20 – 3,1 • 864 / 1635) / (1 + 864 / 1635) = 12,01 °C;
б) t_н.от = 0 = (20 – 3,1 • 864 / 1340) / (1 + 864 / 1340) = 10,95 °C.

Практически то же, что при расчете по формуле (6) – по расчетным часовым значениям принятых параметров.

При подстановке в формулу (21 из ГОСТ Р 13790) исходных данных из того же примера получаем иной результат, потому что, как было сказано ранее, была применена неправильная исходная зависимость.

а) t_н.от = 0 = t_н.гр¹ = 20 – (864 / 1635)(20 + 3,1) = 7,8 °C;
б) t_н.от = 0 = t_н.гр' = 20 – (864 / 1340)(20 + 3,1) = 5,1 °C.

Между прочим, эти ошибки идут от неправильного мнения, что в расчетных условиях бытовые тепловыделения учитывать не надо, а в годовом разрезе можно! Если отопительные приборы выбираются без учета внутренних теплопоступлений и при подаче тепла они не учитываются, но на самом деле есть, происходит перегрев здания, отсюда ошибочное представление, что начало/конец отопительного периода смещается в область более низких температур.
Потому же неправильна формула (30 из ГОСТ Р 13790) для определения начала/конца охладительного периода, и далее совсем не учитывается, что необходимость охлаждения распространяется только на рабочий период, если не используются решения по снижению пиковой нагрузки холодильного оборудования. А если охладительный период есть разность 365 дней и длительности отопительного периода с подстановкой tв, обеспечиваемой для поддержания в летнее время, то почему внутренние тепловыделения определяются умножением удельной величины на весь охладительный период, когда их в нерабочее время нет, в отличие от жилых домов? Вообще кем разработана эта методика, как она апробировалась и где была опубликована? Следует обратить внимание, что в аутентичном переводе ISO 13790 [12] расчет этих показателей выполняется совсем по другой методике с использованием динамических характеристик здания.

РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРЫ НАЧАЛА/ОКОНЧАНИЯ ОТОПИТЕЛЬНОГО ПЕРИОДА ДЛЯ АДМИНИСТРАТИВНОГО ЗДАНИЯ

Определим, какова длительность отопительного периода для административного здания с характеристикой ограждающих конструкций также в соответствии с требованиями базового СНиП 23-02–2003 и современными требованиями по энергоэффективности, но с удельной величиной внутренних теплопоступлений в рабочее время исходя из рекомендаций европейских норм ISO 13790 с нашими уточнениями (табл. 1 из [13]). Тогда удельные расчетные внутренние теплопритоки при принятой заселенности в 10 м² полезной площади помещений на одного работника составят: q_вн.от = (Q_P / A_P)•t_мет / t + 3,4 • q_E • f_E / t = (10 • 8 / 10) • 6 / 6 + 3,4 • 28,3 • 0,9 / 6 = 22,45 Вт/м². Следует заметить, что принятая при расчетах в статье [5] величина q_вн.от = 51 Вт/м², при площади размещения в комнатах по 6 м² на человека, что соответствует такой же величине относительно полезной площади с нормой 10 м² на человека, неоправданно завышена.
В качестве примера выбран 4-этажный офис полезной площадью А_пол = 1243 м²; количество работников исходя из нормы заполняемости 10 м² на человека – 124; сумма площадей всех наружных ограждений отапливаемой оболочки здания А_{огр.сум} = 2146 м², в том числе: площадь стен – 1072 м² (приведенное сопротивление теплопередаче – 2,68/3,08 м²•°C/Вт, в числителе для домов, построенных до 2012 года, в знаменателе – после), площадь окон – 235 м² (0,54/0,80 м²•°C/Вт), площадь дверей – 9 м² (0,8/0,9 м²•°C/Вт), площадь покрытия – 415 м² (3,58/4,12 м²•°C/Вт), площадь цокольного перекрытия – 415 м² (3,03/3,48 м²•°C/Вт); отапливаемый объем здания V_от = 5900 м³; компактность здания А_{огр.сум} / V_от = 0,36; отношение площади светопрозрачных ограждений к площади фасадов – 0,18. Приведенный трансмиссионный коэффициент теплопередаче здания K_тр = 0,512/0,407 Вт/(м²•°C).

В офисе предусматривается подача наружного воздуха для вентиляции механической системой приточной вентиляции с подогревом в объеме 40 м³/ч на человека (в соответствии с табл. К.1 СП 60.13330.2012 для зданий с естественным проветриванием) со следующим режимом работы: включение за час до начала рабочего дня и отключение после его окончания. Поэтому система отопления в рабочее время компенсирует только теплопотери через ограждения, обеспечивая поддержание минимальной оптимальной по ГОСТ 30494–2011 температуры воздуха в помещениях +20 °С; в нерабочее время система отопления обеспечивает поддержание минимальной допустимой температуры воздуха в помещениях +18 °С, компенсируя теплопотери через наружные ограждения и на нагрев инфильтрующегося наружного воздуха при отключенных системах механической вентиляции.

Расчетная величина внутренних теплопоступлений в здание с учетом неполного их использования для разных помещений, оцениваемого понижающим коэффициентом 0,85, будет: Q_вн = 0,85 • 22,45 • 1243 • 10^-3 = 23,7 кВт. Расчетный расход теплоты на отопление при t_нр = –26 °C для здания, построенного до 2012 года: Q_отр = 0,512 • 1,1 • 2146 • (26 + 20) • 10^-3 • 1,11 – 23,7 = 38,0 кВт, где 1,1 – коэффициент на дополнительные надбавки к трансмиссионным теплопотерям при определении расчетного расхода, а 1,11 – коэффициент, учитывающий дополнительное теплопотребление системы отопления, связанное с теплопотерями трубопроводов, проходящих через неотапливаемые помещения и др. ( ), поскольку при расчете системы отопления внутренние теплопоступления не учитываются, этот коэффициент устанавливается только на теплопотери; тогда, после 2012 года:Q_отр= 0,407 • 1,1 • 2146 • (26 + 20) • 10^-3 • 1,11 – 23,7 = 25,2 кВт.

Отношение внутренних теплопоступлений в здании к расчетному расходу теплоты на отопление соответственно будет: 23,7 / 38 = 0,62 и 23,7 / 25,2 = 0,94, а начало/конец отопительного периода для зданий до и после 2012 года будет при:

Но эти значения начала/конца отопительного периода соответствуют времени рабочего дня, средняя наружная температура которого отличается от среднесуточной. Поэтому для установления границ отопительного периода для рабочих часов проводятся расчеты по следующей методике (цифровые значения даны для вышеприведенного офисного здания с механической системой приточной вентиляции и соотношением Q_вн. / Q_отр = 23,7 / 25,2 = 0,94):

1) сначала определяется средняя температура отопительного периода для рабочего времени, tн.оп.раб по формуле (27 из ГОСТ Р 13790), исходя из нормативной величины стандартного отопительного периода для данного региона – это будет средняя температура наружного воздуха за отопительный период для вентиляции: t_{н.оп.раб} = t_н.оп + Δt_оп = –3,1 + 0,72 • 6,5 = +1,6 °С,

где Δt_оп – разность между значениями средней температуры отопительного или охладительного периода для суток в целом и для части суток, °С. Она зависит от длительности рабочего времени объекта в пределах суток и средней амплитуды суточных колебаний (отклонение от среднесуточного значения) температуры наружного воздуха A_tн, °С, в течение отопительного или охладительного периодов, принимаемой по имеющимся климатическим данным в зависимости от района строительства (для условий московского региона по СНиП 23-01–99* «Строительная климатология» в отопительном периоде A_tн.оп = 6,5 °С, в охладительном A_tн.ох = 10,5 °С). В частном случае при начале рабочего дня в 9.00 и окончании 18.00 Δt_оп = 0,72 • A_tн.оп;
t_н.оп – средняя температура наружного воздуха, °С, за отопительный период при круглосуточной работе, по имеющимся климатическим данным, для московского региона t_н.оп = –3,1 °С при начале/окончании отопительного периода при +8 °С.

2) Тогда средняя температура наружного воздуха в нерабочее время за отопительный период t_{н.оп.н/раб}, °С, будет:
t_{н.оп.н/раб} = (t_оп • 24 – t_{оп. раб} • 6) / 18 = (–3,1 • 24 – 1,6 • 6) / 18 = –4,7 °С.

3) Градусо-сутки отопительного периода в течение нерабочего времени при расчетной температуре воздуха в помещениях +18 °С и длительности стандартного отопительного периода z_оп = 214 суток:
ГСОП_н/раб = (t_в.н/раб – t_{оп.н/раб}) • z_оп = (18 + 4,7) • 214 = 4858 °С•сут.

4) Средняя температура наружного воздуха в рабочее время за отопительный период t'_оп.раб, °С, с учетом завышенных внутренних теплопоступлений, определяется по формуле (22 ГОСТ Р 13790):

5) Продолжительность отопительного периода zоп.раб, сут., сокращенная за счет значительной величины относительных тепловыделений, принимается по климатическим данным, исходя из количества дней стояния наружной температуры ниже –2,3 °С: из СНиП 23-01–99* средняя температура ноября –1,9 °С, декабря –7,3 °С, следовательно, –2,3 °С будет 18 ноября, а средняя температура марта –4,3 °С, апреля +4,4 °С, следовательно, –2,3 °С будет 22 марта. Соответственно, отопительный период будет с 18 ноября по 22 марта и составит z_оп.раб = 124 суток.

6) Градусо-сутки отопительного периода в течение рабочего времени: ГСОП_оп.раб = (20 + 5,3) • 124 = 3140 °С • сут.
Требуемый расход тепловой энергии на отопление за отопительный период в рабочее время, если принимать по табл. G12 из ISO 13790 среднемесячную в день длительность рабочего времени офисов (с учетом выходных дней и праздников) 6 часов, в средние сутки будет:

Q_{от.раб.год} = 0,407 • 2146 • 3140 • 6 • 1,11 • 10-3 – 23,7 • 124 • 6 = 635 кВт • ч.

Но при этом получается, что внутренние теплопоступления за отопительный период практически равны теплопотерям здания, в то время как они равны им только в начале отопительного периода. Вероятно, такое громоздкое и нелогичное решение по определению средней температуры наружного воздуха в рабочее время (п. 4) неправильно. Воспользуемся лучше наглядным графиком стояния наружных температур в Москве по климатическому справочнику, из которого следует, что средняя температура за период времени с температурами воздуха ниже –2,3 °С будет равна раб = –9,6 °С (вместо –5,3 °С по п. 4).

Тогда, с учетом п. 5, ГСОПраб = (20 + 9,6) • 124 = 3670 °С•сут., а требуемый расход тепловой энергии на отопление за отопительный период в рабочее время составит: 

Q_от.раб.^год = 0,407 • 2146 • 3670 • 6 • 1,11 • 10-3 – 23,7 • 124 • 6 = 3720 кВт • ч.

То же, во внерабочее время (24 – 6 = 18 часов в средние сутки месяца) при ГСОП_н/раб = 4858 °С•сут., при компенсации теплопотерь через наружные ограждения и на нагрев инфильтрующегося наружного воздуха при отключенных системах механической вентиляции (K_инф = 0,042 Вт/(м²•°C):
Q_{от.н/раб.}^год = (0,407 + 0,042) • 2146 • 4858 • 18 • 1,11 • 10^-3 = 93520 кВт • ч.

КОМПЛЕКСНОЕ РЕШЕНИЕ СИСТЕМ ПРИТОЧНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ С ПРИНУДИТЕЛЬНЫМ ПОДОГРЕВОМ ВОЗДУХА И ОТОПЛЕНИЯ ЗДАНИЙ С ПЕРИОДИЧЕСКИМ РЕЖИМОМ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Годовое теплопотребление на приточную вентиляцию при работе ее 10 часов в рабочие сутки в течение стандартного отопительного периода в 214 суток с величиной градусо-суток ГСОП_вент = (20 – 1,6) • 214 = 3938, при обеспечении нагрева наружного приточного воздуха в объеме 40 м³/ч на одного человека (с плотностью расселения 10 м² полезной площади помещений на сотрудника):

Q_{вент.пост}^год = 0,28 • 40 • 124 • 1,2 • 3938 • 6 • 10-3 = 39370 кВт • ч.

Итого годовой расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию офиса при непрерывном отоплении с переменным режимом эксплуатации (рабочее/нерабочее время) составит:

Q_{от+вент.}^год = 3720 + 93520 + 39370 = 136610 кВт • ч,

а удельный годовой расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию:

q_{от+вент.}^год = 136610 / 1243 = 109,9 кВт • ч/м²,

что превышает современные требования энергетической эффективности для 4-этажного офиса, строящегося после 2012 года, если принимать за базовое значение СНиП 23-02–2003 с пересчетом на м² полезной площади при высоте этажа 3,3 м и с кДж на кВт•ч – не более: 27 • 0,85 • 3,3 • 4943 / 3600 = 104 кВт • ч/м².

Из-за большой величины внутренних теплопоступлений (при наружной температуре выше –2,3 °С они превышают теплопотери через наружные ограждения, что приведет к перегреву здания), чтобы не включать систему охлаждения, целесообразно перейти на режим фрикулинга : снизить температуру приточного воздуха системы вентиляции, не догревая его до стандартной температуры +20 °С. Так, чтобы компенсировать перегрев от излишних внутренних теплопоступлений в начале/конце отопительного периода при t_н = +8 °С, необходимо снизить температуру приточного воздуха до +12,8 °С.

Тогда недогрев с воздухом, предназначенным для вентиляции, составит: Q_вент = 0,28 • 40 • 124 • 1,2 • (20 – 12,8) • 10^-3 = 12,0 кВт; вместе с теплопотерями через наружные ограждения при t_н = +8 °С: Q_огр = 0,407 • 2147 • (20 – 8) • 1,11 • 10^-3 = 11,7 кВт, суммарные теплопотери Q_тп = 12 + 11,7 = 23,7 кВт будут равны внутренним теплопоступлениям: Q_вн = 23,7 кВт. Отсюда легко посчитать, что средняя температура приточного воздуха за период 214 – 124 = 90 суток должна быть: (20 + 12,8) / 2 = +16,4 °С, и годовой расход тепловой энергии на вентиляцию в режиме регулирования на этот период температуры приточного воздуха в зависимости от изменения температуры наружного составит:

Q_{вент.перем.год} = 39370 – 0,28 • 40 • 124 • 1,2 • (20 – 16,4) • 90 • 6 • 10^-3 = 36130 кВт • ч, что на (39370 – 36130) • 100 / 39370 = 8,2 % ниже по затратам топлива по сравнению с режимом работы вентиляции с постоянной температурой приточного воздуха, и еще настолько же снизится холодильная нагрузка за счет применения режима фрикулинга.

Удельный годовой расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию с учетом фрикулинга будет:
q_{от+вент.год} = (3720 + 93520 + 36130) / 1243 = 107,3 кВт • ч/м²,

что еще на 3,2 % будет превышать современные требования энергетической эффективности для 4-этажного офиса, строящегося после 2012 года, но оно легко перекроется внешними теплопоступлениями с солнечной радиацией, которые для упрощения расчетов здесь не учитывались.

Следует заметить, что отключение системы отопления с температуры наружного воздуха выше –2,3 °С может повлиять на расширение дискомфортной зоны вблизи окна, поэтому и в этот период желательно продолжать отопление на минимальном уровне, но дополнительно снизить температуру приточного воздуха для компенсации увеличенных суммарных теплопоступлений, что не скажется на изменении общего расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию, а только перераспределит соотношение расходов тепловой энергии на каждую из систем и позволит расширить использование теплопоступлений с солнечной радиацией для экономии тепловой энергии с помощью термостатов.

Высказываются опасения, что при таком режиме регулируемые системы отопления и вентиляции будут мешать друг другу, но этого не произойдет, потому что в системе приточной вентиляции будет автоматически поддерживаться не постоянная температура приточного воздуха, как ранее, а переменная, в зависимости от изменения наружной температуры и с учетом перегрева системой отопления. В системе отопления на ИТП также автоматически будет в зависимости от изменения наружной температуры поддерживаться заданный график температуры теплоносителя, циркулирующего в системе, но с меньшим наклоном, чем ранее, а термостаты на отопительных приборах будут решать локальные задачи по доведению температуры воздуха в помещении до желательной пользователям и по использованию солнечных теплопоступлений для энергосбережения.

Для дальнейшего снижения теплопотребления наиболее целесообразно осуществление периодического режима отопления здания: выключение после окончания рабочего дня, натоп перед началом работы для восстановления температуры воздуха в помещениях до комфортных условий в пределах того запаса поверхности нагрева отопительных приборов, который достигается при их подборе без учета внутренних теплопоступлений, как это принято в настоящее время, и умеренное отопление с пересчетом расчетных параметров теплоносителя на имеющийся запас в поверхности нагрева, а графика регулирования – с учетом увеличивающейся доли внутренних теплопоступлений в тепловом балансе здания с повышением температуры наружного воздуха. При этом следует осуществлять контроль температуры воздуха в помещениях, чтобы при снижении ее ниже допустимой на длительный период отключения, особенно в выходные дни, также автоматически происходило включение отопления, пока температура воздуха не восстановится до заданного значения.

Но для выполнения такого расчета уже следует учитывать нестационарность процесса. А вышеприведенный годовой расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию будет тем расходом, по отношению к которому следует определять энергосберегающий эффект при осуществлении режима периодического отопления с выключением в нерабочее время.

Литература

1. ГОСТ Р 13790–2011 «Энергетические характеристики зданий. Расчет использования энергии для отопления помещений». (Проект, первая редакция.)
2. Наумов А. Л., Смага Г. А., Шилькрот Е. О. Определение годовых расходов энергии на эксплуатацию зданий // АВОК. – 2010. – № 4.
3. Ливчак В. И. Обсуждая проект Стандарта АВОК «Энергетический паспорт проекта здания» // АВОК. – 2010. – № 6.
4. Ливчак В. И. Еще один довод в пользу повышения теплозащиты зданий // Энергосбережение. – 2012. – № 6.
5. Табунщиков Ю. А., Миллер Ю. В. Оценка годового расхода энергии на отопление и охлаждение // АВОК. – 2013. – № 3.
6. Ливчак В. И. О температурном графике отпуска тепла для систем отопления жилых зданий // Водоснабжение и санитарная техника. – 1973. – № 12.
7. Грудзинский М. М., Ливчак В. И., Поз М. Я. Отопительно-вентиляционные системы зданий повышенной этажности. М. : Стройиздат, 1982.
8. Ливчак В. И. Учет внутренних теплопоступлений в жилых домах. Из рубрики «Страницы истории специальности» // АВОК. – 2013. – № 6.
9. Богословский В. Н. Строительная теплофизика. М. : Высшая школа, 1970.
10. Ливчак В. И. Обоснование изменений нормируемых значений температуры наружного воздуха // АВОК. – 2011. – № 3.
11. Ливчак В. И. Энергетическая эффективность зданий. К чему приведет СП 50-13330–2012 «Тепловая защита» и как выполнить постановление Правительства России // ЭНЕРГОСОВЕТ. – 2013. – № 2 (27) (март–апрель).
12. ISO 13790:2008 «Energy performance of buildings – Calculation of energy use for space heating and cooling» («Энергетическая эффективность зданий. Расчет потребления энергии для отопления и охлаждения»).
13. Ливчак В. И. Актуализация исходных данных европейских норм для выполнения расчета энергопотребления зданий в России.
    

Читать другие статьи по данной теме

- Класс энергоэффективности жилых зданий: теория и практика - Комментарий начальника отдела энергоэффективности строительства Мосгосэкспертизы В. И. Ливчака к комментариям по статье Л. М. Махова «Вопросы проектирования современных систем отопления зданий в свете новой редакции СНиП “Отопление, вентиляция и кондиционирование”» - Оценка обеспеченности расчетных параметров при проектировании систем отопления жилых зданий в Москве - Малозатратные оперативные мероприятия по экономии энергии - Экономим или нет? Российские энергосберегающие требования - Обоснование расчета удельных показателей расхода тепла на отопление разноэтажных жилых зданий - Системы напольного отопления - Энергоэффективные здания – в московское массовое строительство