Предложения о внесении изменений в СП 60.13330.2020

В. И. Ливчак, канд. техн. наук, эксперт в области теплоснабжения жилых микрорайонов и повышения энергоэффективности зданий, vlivchak@gmail.com

Предлагаемые изменения и дополнения к Приложению А и тексту СП 60.13330.2020

ОБОСНОВАНИЕ

В Приложении А «Расчет тепловых нагрузок на системы отопления и вентиляции» СП 60.13330.2020 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха» приводится общая формула (А.1) расхода тепла¹ (тепловая нагрузка) на нужды отопления и вентиляции Q_ов.р, где представлены все составляющие теплового баланса отапливаемых помещений здания, определяемых в соответствующих пунктах текста Приложения, включая такие редкие, как А.6 Тепловые потери, образующиеся из-за необходимости нагрева материалов и транспортных средств, определяемые по формуле (А.11). Но после этого текст Приложения А заканчивается, как будто его кто-то оборвал, и не приводится, как определять последнюю в формуле (А.1) составляющую теплового баланса – бытовые теплопоступления Q_быт, характерные для расчетного режима, не приводятся также какие коэффициенты вводятся на суммарный расход теплоты для подбора площади нагрева отопительных приборов и тепловой нагрузки системы отопления.

¹ удивляет включение термина «тепло», в то время как в Терминах и определениях СП 60 правильно указывается «теплота». Тепло и холодно – это ощущение человека, а теплота и холод – это количество энергии.

СКАЧАТЬ ПОЛНУЮ ВЕРСИЮ СТАТЬИ

В предыдущей редакции СП 60.13330.2016 с изм. № 1 от 22.01.2019 в п. Г.8 было включено определение внутренних (бытовых) теплопоступлений со ссылкой на источник СП 50.13330, использующий Р АВОК-8-2005 «Руководство по расчету теплопотребления эксплуатируемых жилых зданий». По нему Q_быт принимаются по удельной величине бытовых тепловыделений, приходящихся на 1 м² площади жилых помещений или расчетной площади отапливаемых помещений общественных зданий в зависимости от заселенности этих помещений. В частности для жилых домов принимается q_быт= 17 Вт/м² площади пола жилых комнат при заселенности 20 м² площади квартир на 1 человека, а при заселенности 45 м²/человека – q_быт= 10 Вт/м² площади пола жилых комнат. В диапазоне между этими крайними значениями – по формуле: q_быт= 17 – (A_кв/n–20) • 7/25, Вт/м², где A_кв – площадь квартир, n – количество жителей в доме.

Как было показано в [1] приведенные выше значения корреспондируются с европейскими нормами 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). В табл. G.12 Приложения G к этим нормам приводятся рекомендуемые значения внутренних теплопритоков от пользователей жилых и общественных зданий разного назначения, годовое потребление электроэнергии на освещение и пользование электроприборами, кухонным оборудованием и время использования их за средний день месяца. Пересчитав теплопритоки на среднечасовые за отопительный период значения, прибавив метаболические притоки от присутствующих людей, а для жилых домов еще и теплопоступления от полотенцесушителя и трубопроводов системы горячего водоснабжения, к которой он подключен, и от пользования горячей водой, были получены такие же величины, как и в приведенной выше формуле при заселенности 40 м² общей площади квартир на одного жителя, которая принята в табл. G.12 ISO.

Применительно к условиям России рассматриваемая таблица должна быть расширена, в связи с тем, что заселенность квартир в 40 м² на жителя у нас больше исключение, чем правило, так же как и 20 м² на одного работающего в офисах. Поэтому, таким жилым и офисным зданиям присваивается 1-я категория и дополнительно вводится 2-я категория с заселенностью в 20 м² площади квартир на жителя и 8 м² полезной площади помещений или примерно 6 м² расчетной площади на одного работающего в офисах, что соответствует норме заполняемости существующих зданий в нашей стране. На основании выполненных расчетов были получены удельные среднечасовые за рабочее время внутренние теплопритоки, включая: людей, электроприборы, кухонное оборудование, освещение, q_int, Вт/м², которые добавлены в таблицу отдельной строкой.

Исключение из текста Приложения 1 указания, как определять величину бытовых теплопоступлений в зданиях, воспринимается проектировщиками, как предложение их не учитывать, тем более, что если в предыдущих редакциях СНиП о бытовых тепловыделениях в жилых домах приводили данные, правда, постоянно снижающиеся по величине, то об учете теплопоступлений в общественных зданиях ни в одних нормах речи не было! Покажем на примере многоквартирного дома (МКД) и офиса, как пренебрежение бытовыми теплопоступлениями в таких зданиях сказывается на увеличении тепловой нагрузки системы отопления и ее годового теплопотребления.

В качестве примера возьмем, рассматриваемые в [2, 3] 12-этажные дома-башни серии II-18–01/12 по ул. Обручева, которые были мэрией Москвы включены в эксперимент, предложенный Мосгосэкспертизой, где я возглавил отдел «Энергоэффективность зданий и их инженерных систем», по доведению фактического теплопотребления на отопление дома к проектно-расчетному значению. В домах был выполнен комплексный капитальный ремонт, включающий утепление стен до R_ст.^пр = 3,06 м²·°С/Вт, чердачного перекрытия до R_{черд.^пр} = 3,73 м²·°С/Вт, замену окон на более герметичные с R_ок.^пр = 0,55 м²·°С/Вт, замену системы отопления с отопительными приборами, оборудованными термостатами, и устройством автоматизированного узла управления (АУУ) подачи теплоты в систему отопления здания. При определении требуемой тепловой нагрузки системы отопления предусмотрено, что система отопления обеспечивает нагрев наружного воздуха в объеме нормативного воздухообмена 30 м³/ч на 1 человека при заселенности 20 м² площади квартир на человека. При этом бытовые теплопоступления составляют q_быт= 17 Вт/м² жилой площади квартир. В соответствие с планировкой дома площадь 84-х квартир – А_кв = 3618 м², жилая площадь – А_ж = 2496 м².

Расчетные теплопотери через наружные ограждения и на нагрев вентиляционной нормы наружного воздуха в квартирах и инфильтрующегося в лестничную клетку при t_н.^р= –26 °С составили 202,6 кВт, требуемая тепловая нагрузка системы отопления с учетом внутренних теплопоступлений, равных Q_быт.^р = 17·2496·10^-3 = 42,4 кВт, и дополнительных теплопотерь трубопроводов, проходящих через неотапливаемые помещения, зарадиаторных участков ограждений и др., оцениваемых повышающим коэффициентом β_тп1,1, составит: Q_{от.^р.тр} = (202,6 – 42,4)·1,1 = 176 кВт. Кстати, эта величина подтверждена результатами натурных испытаний, выполненных по адресу ул. Обручева, д. 57, в отопительном периоде 2009/10 годов после перенастройки контроллера регулятора подачи теплоты на отопление по оптимизированному графику. Бытовые теплопоступления по отношению к тепловой нагрузке системы отопления составили:

Q_быт..^р / Q_{от.^р.тр}/β_тп = 42,4 / 176 / 1,1·100 = 20 %.

В случае пренебрежения бытовыми теплопоступлениями тепловая нагрузка системы отопления возрастет до Q_{от.^р.пр} = 202,6·1,1 = 223 кВт, т. е. в 223 / 176 = 1,27 раза.

Пренебрежение бытовыми теплопоступлениями в годовом теплопотреблении приводит к тому, что расход теплоты системой отопления будет определяться только расходом на компенсацию теплопотерь через наружные ограждения и на нагрев наружного воздуха при средней температуре наружного воздуха (t_н.ср= –3,1 °С) за нормализованный отопительный период длительностью 214 суток:

Q_{от.^год.пр} = [202,6 / (20 + 26)]·(20 + 3,1)·214·24·1,1·10^-3 = 574,8 МВт·ч.

Если бы бытовые теплопоступления были учтены при подборе площади нагрева отопительных приборов и в полном объеме из-за того, что с повышением наружной температуры их доля в тепловом балансе дома возрастает, за счет чего можно сократить подачу теплоты в систему отопления, годовой расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию МКД достиг бы: Q_{от.^год.тр} = (574,8 / 1,1 – 42,4·214·24·0,9·10^-3)·1,1 = 359,2 МВт·ч (понижающий коэффициент на бытовые теплопоступления ν = 0,9 вводится на неполное их использование в теплый период отопительного сезона, когда теплопотери ниже бытовых теплопоступлений). Годовой перерасход тепловой энергии на отопление многоквартирного дома от пренебрежения бытовыми теплопоступлениями составит: 574,8 – 359,2 = 215,6 МВт·ч или в 574,8 / 359,2 = 1,6 раза больше ожидаемого при учете Q_быт.

Еще больший перерасход теплоты на отопление от пренебрежения бытовыми теплопоступлениями происходит в общественных зданиях (для них это внутренние теплопритоки Q_вн), потому что, как правило, они проектируются с централизованным нагревом наружного воздуха, подаваемого системой приточной вентиляции. Исключая, тем самым, эту составляющую тепловых потерь из компенсируемых системой отопления, что увеличивает долю внутренних теплопоступлений по отношению к тепловой нагрузке системы отопления, по сравнению с жилыми домами с естественным притоком наружного воздуха для вентиляции квартир, нагрев которого обеспечивается системой отопления.

Подтвердим это на примере [4] 4-этажного офиса полезной площадью А_пол = 1243 м² с количеством работников 124 (заполнение 10 м² полезной площади на 1 работника), строящегося в Московском регионе, с теплозащитой, соответствующей требованиям 1-го этапа повышения энергетической эффективности зданий. Сумма площадей всех наружных ограждений отапливаемой оболочки здания А_{огр^сум} = 2146 м²; в том числе: площадь стен 1072 м² (R_ст^р = 3,08 м²·⁰C/Вт), площадь окон 235 м² (R_ок^р = 0,8 м²·⁰C/Вт), площадь покрытия 415 м² (R_покр^р = 4,12 м²·⁰C/Вт), площадь цокольного перекрытия 415 м² (R_пер^р = 3,48 м²·⁰C/Вт), площадь наружных дверей 9 м² (R_дв^р = 0,9 м²·⁰C/Вт). Приведенный трансмиссионный коэффициент теплопередачи здания Kтр = 0,407 Вт/(м²·0C).

Удельные расчетные внутренние теплопритоки из [1] при принятой заселенности в 10 м² полезной площади помещений на одного работника (интерполируя  величины К_qE и q_E) составят:

q_вн.^оф = (Q_P/A_пол)·t_мет /t + К_qE·(q_E·f_E)·103/(t·365) = (80/10)·6/6+1,09· (31,3·0,9)·103/(6·365) = 22,02 Вт/м²(обозначения в [1]).

Расчетный расход теплоты на отопление, равный расчетным теплопотерям через наружные ограждения с добавочными теплопотерями на ориентацию помещений по сторонам света и на угловые помещения, оцениваемые повышающим коэффициентом β =1,1, (п. 3.5.2 МГСН 2.01-99, в предыдущем примере для МКД он составил β =1,13 – включено в текст Приложения А, п. А.2, примечание 6) вместе с теплопотерями трубопроводами системы отопления, проложенными в неотапливаемых помещениях, и с учетом завышенных теплопотерь зарадиаторных участков стен (β_mn = 1,1), а также с учетом полезного использования внутренних теплопоступлений только в помещениях, относящихся к расчетной площади, составляющей в офисах А_расч = 0,8·А_пол, составит:

Q_от.^р.тр = Q_огр.^р –Q_вн.^р = [1,1·K_тр·А_огр^сум·(t_в-t^_нр) – 0,8·А_пол·q_вн.^оф]·β_тп·10^-3 = [1,1·0,407·2146·(20+26) – 0,8·1243·22,02]·1,1·10-3 = (44,2 – 21,9)·1,1 = 24,5 кВт.

Теплопоступления по отношению к тепловой нагрузке системы отопления составили:

Q_вн.^р/Q_от.^р.тр/β_тп = 21,9/24,5/1,1·100 = 92%. 

В случае пренебрежения бытовыми теплопоступлениями тепловая нагрузка системы отопления возрастет до Q_от.^р.пр = 44,2·1,1 = 48,6 кВт, то-есть в 48,6/24,5 = 1,9 раза.

Пренебрежение внутренними теплопоступлениями в годовом теплопотреблении приводит к тому, что расход теплоты системой отопления при тех же метеорологических условиях, как и в примере с МКД, будет: Q_от.^год.пр = [48,6/(20+26)]·(20+3,1)·214·24·1,1·10^-3 = 137,9 МВт·ч. Если бы внутренние теплопоступления были учтены (в данном примере ν=1,0), годовой расход тепловой энергии на отопление офиса был бы:

Q_от.^год.тр =  (137,9/1,1 – 21,9·214·24·1,0·10^-3)·1,1 = 14,2 МВт·ч.

Годовой перерасход тепловой энергии на отопление офиса от пренебрежения бытовыми теплопоступлениями составит: 137,9-14,2 = 123,7 МВт·ч или почти в 137,9/14,2 = 10 раз больше ожидаемого при учете Q_вн.

Такие огромные перерасходы тепловой энергии на отопление будут иметь место при проектировании зданий без учета бытовых (внутренних) теплопоступлений, как следует из существующего текста Приложения А в редакции СП 60.13330.2020. Кроме того текст Приложения А в части определения тепловой нагрузки системы отопления не отражает всего многообразия зданий: жилые и нежилые с естественной приточной вентиляцией, здания с механической приточной вентиляцией и централизованным подогревом приточного воздуха, воздушное отопление, общественные здания с периодическим режимом работы – в каждом конкретном случае расчет нагрузки на отопление разный [5]!

Литература

1. Ливчак В.И. Гармонизация исходных данных российских норм, определяющих величину внутренних теплопоступлений, с европейскими нормами. График Ливчака. «АВОК» №1-2014г.
2. Ливчак В.И., Забегин А.Д. Преодоление разрыва между политикой энергосбережения и реальной экономией энергоресурсов.  «Энергосбережение» №4-2011г.
3. Ливчак В.И., Забегин А.Д. Стратегия автоматического регулирования систем отопления многоквартирных домов. «Энергосбережение» №3-2016г.
4. Ливчак В.И. Почему перегреваются офисные здания и что делать?«АВОК» №7-2014г.
5. «Требования к содержанию и расчету показателей энергетического паспорта проекта жилого и общественного здания» СТО НОП 2.1-2014.  М. 2014г. Ливчак В.И. - руководитель творческого коллектива стандарта.

СКАЧАТЬ ПОЛНУЮ ВЕРСИЮ СТАТЬИ