Проблемы оптимального использования ресурсов и энергосбережения при проектировании систем жизнеобеспечения



Сделан анализ энергосбережения и эффективного использования ресурсов систем жизнеобеспечения. Предлагаются пути решения проблем связанных с энергосбережением систем жизнеобеспечения.

Ключевые слова: энергосбережение, энергоэффективность, системы жизнеобеспечения.

В связи с Постановлением Правительства РФ от 27.09.2021 N 1628 «Об утверждении Правил установления требований энергетической эффективности для зданий, строений, сооружений и требований к правилам определения класса энергетической эффективности многоквартирных домов», возникает необходимость пересмотра энергоэффективных мероприятий, применяемых к новому строительству. [1, с. 1]

В настоящее время тема энергосбережения и энергоэффективности в зданиях обсуждается на высшем уровне. Поднимаются острые вопросы об ограничении использования природных ресурсов и изменениях в климате. Эффективного использования энергоресурсов можно достигнуть с помощью комплексного использования новейших энергосберегающих технологий, мероприятий и внедрения мер организационного характера, направленные на энергосбережение. Постоянный рост цен и тарифов на энергоресурсы сказывается на производственном процессе любой организации. Решение такой проблемы, заключается в экономии энергии и осуществлению способствующих этому мер. Требуется всесторонний подход, который учитывает степень энергетической результативности объекта в зависимости от архитектурно-планировочных решений, компоновки помещения, особенностей природно-климатических влияний и режима работы систем жизнеобеспечения.

Когда мы задумываемся об уюте, первое, что приходит в голову — это тепло и комфортный микроклимат, что вынуждает нас предусматривать не только системы обогрева дома, но и о эффективное использование полученного теплоносителя. Разумеется, теплопотери здания к нулю свести невозможно, но достигнуть существенного уменьшения тепловых потерь можно, используя методы энергосберегающих технологий.

Сейчас активно начали применяться такие мероприятия по энергосбережению, как: использование солнечной энергии, усиление теплозащиты и герметичности ограждающих конструкций, установка вакуумных стеклопакетов, реновация инженерных систем с применением терморегуляторов и не только. Внедрение энергосберегающих технологий на этапе проектирования, повысит не только уровень комфорта в помещениях, но и сможет помочь экономии энергоресурсов, а также снизит расходы на их использование. Теплоизоляция — это ключевой аспект вопроса по энергосбережению. Ведь основные теплопотери возникают через ограждающие конструкции. [3, c. 9–14]

Рассмотрим энергетическое сбережение систем жизнеобеспечения здания.

Системы отопления и ГВС.

Первостепенные меры по энергосбережению:

– Установка балансировочных клапанов

– Регулировка системы отопления

– Промывка трубопроводов и стояков системы отопления

– Установка общедомовых и индивидуальных счетчиков тепла и горячей воды

Второй этап мероприятий:

– Установка индивидуального (автоматизированного) теплового пункта

– Установка теплообменника в систему отопления

– Установка автоматической системы управления отоплением и ГВС

– Замена трубопроводов и арматуры

– Теплоизоляция трубопроводов в подвалах, на чердаках, а также в местах общего пользования

– Установка терморегулирующих клапанов на отопительных приборах

– Установка и модернизация насосов для обеспечения рециркуляции воды в системах ГВС

– Установка тепловых насосов в системы отопления и горячего водоснабжения

– Установка рекуператоров для использования тепла вентиляционных выбросов

– Установка солнечных коллекторов подогрева воды

– Использование наиболее эффективной толщины теплоизоляционного материалы в ограждающих конструкциях

Мероприятия по энергосбережению в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха сводятся к следующему.

1. Повышение сопротивления теплопередачи внешних стен и уменьшения тепловых потерь здания, благодаря улучшению его теплозащитных свойств и использование эффективных теплоизоляционных материалов, как при проектировании и строительстве, так и при реконструкции зданий.
2. Устройство вентилируемых фасадов зданий для увеличения показателя тепловой защиты наружных стен.
3. Теплозащита наружных ограждений в местах установки отопительных приборов, для уменьшения тепловых потерь, от наружных стен, на которых установлены отопительные приборы.
4. Установка вентилируемой оконной конструкции. Заключается в поступлении потока наружного воздуха и прохождения его через оконную конструкцию, а также происходит теплоотражение за счет специальных экранов, как автономных, так и в виде покрывающих слоев.
5. Установка окна с тройным стеклопакетом. Сокращается воздухопроницаемость и повышается сопротивление теплопередачи оконных блоков.
6. Использование теплопоглощающего и теплоотражающего остекления.
7. Устройство застекления лоджий.

Мероприятия по энергосбережению в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, связанные с режимом работы: Периодический режим работы системы отопления:

Такой режим работы, применяют в тех зданиях, в которых допускается снижение температуры внутри помещений в нерабочее время.

В режиме работы системы отопления в течение суток наблюдаются три промежутка времени:

– Главный рабочий режим. В помещении не изменяются заданные ранее параметры температуры и влажности;

– Дежурный режим. Переводится на режим поддержания уменьшенной температуры в помещении, но после главного режима системы отопления.

– Форсированный режим нагрева. В течение этого режима, система отопления переводится на возможно быстрый подогрев помещения, после охлаждения.

В помещениях может наблюдаться и семидневный цикл, когда в выходные дни, в течение 24 часов поддерживается дежурный режим отопления и уменьшенная температура в помещении.

Для поддержания дежурного режима применяется водяное отопление, поддерживающее минимальный уровень температуры. Так как помещение охлаждается, понижается и температура воздуха и температура ограждений. Для нагрева, к началу нового рабочего дня, потребуется дополнительное время и мощность.

Особенно гибким режимом работы является комбинированная система отопления, состоящая из базовой системы водяного отопления и дополнительной системы воздушного отопления. В данном режиме воздушное отопление совмещается с приточной вентиляцией и в режиме форсированного нагрева, полностью рециркулирует воздух.

Функционирование систем периодического отопления регулируется автоматически при помощи программного управления поддержания расчетного режима. При возникновении резкого понижения температуры, устанавливаются датчики допустимой, наименьшей температуры внутри помещения. От датчиков поступает сигнал, и система отопления включается, в дополнительном режиме. Экономия энергии в этом случае увеличивается, в период отрицательной температуры наружного воздуха. Что бы уменьшить продолжительность форсированного нагрева, необходимо увеличить теплоустойчивость ограждений, и наиболее интенсифицировать теплоотдачу к ограждениям.

Приведем примеры дополнительных мероприятий по энергосбережению.

1. Отопление помещений теплом рециркуляционного воздуха.

Теплоту рециркуляционного воздуха рекомендуется использовать в производствах, где, допустима рециркуляция воздуха, а также, где температура воздуха в верхней зоне больше 30°, а ее подача не более 15 м. Нагретый воздух поступает из верхней зоны помещения, проходит очистку и направляется, благодаря вентилятору в приточный насадок (цилиндрической или щелевой формы). В данном случае энергосбережение обеспечивается за счет утилизации теплоты удаляемого воздуха.

2. Использование вращающихся регенеративных подогревателей на шахтах кухонных вытяжек.
3. Система воздушного отопления. Для жилых, общественных, производственных зданий и т. д., где функция отопления совмещается с вентиляцией, воздух для отопления нагревается в калориферах или воздухоподогревателях горячей водой, паром, горячим воздухом или другим теплоносителем.

Процесс тепломассообмена осуществляется двумя путями:

1) Нагретый воздух через воздухораспределительные решетки поступает в помещение и смешивается с внутренним воздухом;

2) Нагретый воздух передвигается по внутренним каналам, окружающих помещение, при этом нагревая стенки помещения, теплота от них передается внутреннему воздуху помещения. Остывший воздух по вытяжным каналам вновь возвращается в калорифер для повторного нагрева или частично выбрасывается в атмосферу, если температура воздуха в помещении высокая. Таким образом, система воздушного отопления может быть как с полной рециркуляцией, так и частичной.

Можно сказать, что системы воздушного отопления являются комбинированными системами отопления и вентиляции. Приоритет систем воздушного отопления: равномерное распределение температуры воздуха в помещении, возможность увлажнения и очищения воздуха, отсутствие отопительных приборов. Недостатки систем воздушного отопления: по сравнению с трубами водяного и парового отопления, немалые размеры поперечных сечений воздуховодов, а также потери теплоты при неполной изоляции воздуховодов.

Чтобы добиться снижения энергетических затрат на нагрев наружного воздуха, возможно применение регенераторов, которые позволяют утилизировать теплоту горячего вытяжного воздуха. При применении воздушного отопления энергосбережение достигается, благодаря автоматизации системы (поддержания более низкой температуры воздуха в нерабочие дни, и быстром нагреве перед рабочим днем).

4. Периодические режимы работы систем вентиляции и кондиционирования воздуха. Эти режимы используют для устойчивости температуры, влагосодержания и газового состава воздуха. При обслуживании помещений большого объема, общественного назначения, они очень эффективны. Уменьшение энергопотребления системами вентиляции и кондиционирования, обеспечивается за счет применения сложной системы автоматизации, пневматического аппарата, использования регулятора скорости.
5. Воздушные завесы. Завесы устанавливаются на входе, около открытых проемов в общественных и промышленных зданиях, где часто открываются двери или дверные проемы имеют большую площадь. Данный вид процедур направлен на снижение затрат теплоты для нагрева воздуха. Могут использоваться комбинированные воздушно-тепловые завесы, как с тамбуром, так и без, забор воздуха в данном случае бывает и из помещения, и снаружи. Достижение энергосбережения происходит благодаря уменьшению потребности в теплоте на нагрев поступающего воздуха и затрат электроэнергии.
6. Система отопления помещений с использованием газовых инфракрасных излучателей. Система ориентирована на обогрев любых рабочих мест производственных и дополнительных помещений; строений и помещений на открытых и полуоткрытых площадках в течение строительства зданий и сооружений; на крышах. За отопительный прибор здесь выступают горелки инфракрасного излучения. В них используется газ низкого давления, с заранее смешанным газ и воздух. Горелки размещают в помещении или на открытой площадке. В данной системе энергосбережение получается за счет снижения отапливаемого объема помещения, верхняя зона не перегрета и применение автоматики управления.
7. Газовоздушное лучистое отопление. Система лучистого отопления применяется для производственных помещений, цехов, депо, гаражей и ангаров. За отопительный прибор здесь приняты трубопроводы с высокой температурой, расположенные в верхней зоне помещения. Высокая температура трубопроводов обуславливается циркулированием внутри труб смеси нагретого воздуха и продуктов сгорания. Передача теплоты осуществляется за счет суммарного теплообмена — конвекция и лучеиспускание. Энергосбережение достигнуто путем отсутствия перегрева верхней зоны и сохранения условий в рабочей зоне.
8. Применение тепловых насосов.

Рассмотрим энергосбережение ранее представленных мер по энергосбережению, в процентах, в следующей таблице:

Таблица 1

В лияние мероприятий по энергосбережению в процентах

Название/ %	25 %	50 %	75 %	100 %
Отопление помещений теплотой рециркуляционного воздуха			✓
Использование вращающихся теплоутилизаторов		✓
Система воздушного отопления		✓
Периодические режимы работы		✓
Воздушные завесы		✓
Система отопления с использованием газовых инфракрасных излучателей			✓
Газовое лучистое отопление			✓
Теплонасосные установки нового поколения			✓

Невзирая на плановые меры по энергосбережению, причина утечки тепла в доме не одна, и каждая может быть, хотя бы частично устранена. Главные причины теплопотери: проводимость. Учитывая, что дом построен на холодном грунте, то следовательно тепловые потоки уходят в почву-конвекция. Когда включено отопление, то стены и крыша изнутри нагревается, в результате чего тепло перемещается и на наружную поверхность. Благодаря этому наружный воздух остужает и уносит тепло вверх. Два основных фактора воздействующих на потери тепла это теплопроводность стройматериалов и разница температур внутри и снаружи. Безусловно, какая-то часть тепла уносится через вентиляционную систему. Для того чтобы добиться уменьшения теплопотерь, необходимо теплоизолировать стены и окна, подвал и крыши, применить новые теплоизоляционные и энергосберегающие материалы и оборудование. В результате, можно утверждать, чтобы достигнуть энергоэффективности, необходимо шаг за шагом выполнять энергетическое обследование зданий, осуществление всех необходимых энергоэффективных мер.

Литература:

1. Постановление Правительства Российской Федерации от 27.09.2021 № 1628 «Об утверждении Правил установления требований энергетической эффективности для зданий, строений, сооружений и требований к правилам определения класса энергетической эффективности многоквартирных домов».

2. СП 50.13330.2012 Свод правил тепловая защита зданий thermal performance of the buildings Актуализированная редакция СНиП 23–02–2003 от 2013–07–01 https://docs.cntd.ru/document/1200095525

3. Энергетическая эффективность строительных систем: монография / А. Д. Жуков, Е. Ю. Боброва, И. В. Бессонов, Е. А. Меднико-ва. — Москва: ИНФРА-М, 2022.

4. СП 60.13330.2020 Свод правил отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха от 2021–07–01, https://docs.cntd.ru/document/573697256?marker=7D20K3

5. СП 426.1325800.2020 Конструкции ограждающие светопрозрачные зданий и сооружений. Правила проектирования от 2021–07–01

6. СП 345.1325800.2017 Здания жилые и общественные. Правила проектирования тепловой защиты от 2018–05–15

7. Система нормативных документов в строительстве свод правил по проектированию и строительству СП 23–101–2004 Взамен СП 23–101–2000 от 1 июня 2004 года