О достоверности оценки энергетического баланса и эффективности энергосберегающих мероприятий в общественных зданиях.

В работах [1], [2] автором была рассмотрена структура энергетического баланса общественных зданий, ее влияние на возможности реализации различных энергосберегающих мероприятий и их теплоэнергетическая эффективность. Сделанные автором выводы базировались на обработке данных для 12 объектов различного назначения и размеров, полученных с помощью методики общественного Стандарта РНТО строителей [3], предназначенной для оценки энергопотребления здания за отопительный период.

Однако, все же остается открытым вопрос о достоверности и точности достигнутых при этом результатов. Для его решения воспользуемся данными, найденными в процессе вычислений по такой же методике еще для шести объектов. Энергетические показатели этих зданий в основном были опубликованы в работах [4], [5], а расчеты для п.п. 17 и 18 выполнены студентами Е.В. Колосовым и Ю.В. Оскеро в процессе разработки дипломных проектов под руководством автора.

Табл. 1 содержит значения составляющих энергозатрат в долях от общего энергопотребления и их средние значения при учете только ранее использованных объектов с 1-го по 12-й и для сравнения по всем зданиям с 1-го по 18-е, чтобы можно было определить, насколько расширение массива данных влияет на уровень осредненных показателей. При этом считается, что во всех случаях реализован принятый в [1], [2] комплекс энергосберегающих мероприятий. Он предусматривает экономически целесообразное утепление несветопрозрачных ограждений, замену двойного остекления на тройное или аналогичное по теплотехническим свойствам, а также утилизацию теплоты вытяжного воздуха с применением промежуточного теплоносителя. Кроме того, в него входит установка автоматических терморегуляторов у отопительных приборов для использования внутренних тепловыделений и мероприятия по снижению расхода воды в системах горячего водоснабжения (ГВС).

Энергетический баланс общественных зданий с организацией принятого комплекса энергосберегающих мероприятий

Таблица 1

В последней строке Табл. 1 приведены средние квадратические отклонения (СКО) для каждой из составляющих энергетического баланса, а в последней – величина СКО для осредненных значений. Она получается из СКО показателя для отдельного здания делением на √n -1, где п – число осредняемых параметров (в данном случае 18) [6]. Именно эта величина представляет наибольший интерес, поскольку показывает не разброс значений для различных объектов, а возможную погрешность конечного результата расчетов.

Для сравнения в табл. 2 приведены такие же данные, относящиеся к соответствующим зданиям без реализации перечисленных энергосберегающих мероприятий и с теплозащитой наружных ограждений по минимальным санитарно-гигиеническим требованиям [3]. Абсолютный уровень удельного энергопотребления в кВт • ч/(м2 • год) для верхней части табл. 1 и 2, относящейся к объектам с 1-го по 12-й, впервые был опубликован автором в работе [1].

Энергетический баланс общественных зданий без специальных энергосберегающих мероприятий и с теплозащитой по санитарно-гигиеническим требованиям.

Таблица 2

В табл. 3 приведены сведения по относительному снижению энергопотребления за счет использования рассматриваемых энергосберегающих мероприятий. Верхняя часть этой таблицы, относящаяся к зданиям с 1-го по 12-е, была ранее опубликована автором в работе [2].

Анализ табл. 1-3 показывает, что разница средних значений, вычисленных по данным для зданий с 1-го по 12-е и с 1-го по 18-е, у каждого из используемых показателей не выходит за пределы СКО, за исключением доли энергозатрат на подогрев воздуха и соответственно снижения энергопотребления за счет теплоутилизации. Но и здесь изменение среднего уровня при переходе к более широкому массиву данных является величиной того же порядка, что и СКО, превышая его лишь незначительно. Поэтому добавление результатов для зданий с 13-го по 18-е уже не приводит к статистически значимому отклонению осредненных показателей, что свидетельствует о практической достоверности ранее полученных результатов и сделанных на их основе оценок и рекомендаций.

Теперь можно оценить зависимость относительного вклада в общий энергетический баланс основных составляющих расхода тепловой энергии – на подогрев воздуха и трансмиссионных потерь – от конструктивных характеристик здания, а именно коэффициента компактности kdes_e, м-1, и коэффициента остекления k₀, а также от средней кратности воздухообмена в рабочее время К_р.р, ч-1. Результаты расчета данных показателей для п.п. 1-12 были приведены автором в работе [7], для п.п. 13-16 – в публикациях [4-5], а вычисления для п.п. 17 и 18 выполнены студентами Е.В. Колосовым и Ю.В. Оскеро.

Относительное снижение энергопотребления за счет используемых энергосберегающих мероприятий

Таблица 3

На рис. 1 представлена корреляционная зависимость доли энергозатрат на подогрев воздуха от величины К_р.р.

Хорошо видно, что, хотя разброс точек довольно значителен, особенно при невысокой кратности воздухообмена, все же наблюдается достаточно четкий тренд, свидетельствующий о сильной зависимости данной доли от расхода воздуха. В самом деле, при росте К_р.р от 1.5 до 6.4 эта доля возрастает в среднем от 0.35-0.37 до 0.56-0.6, или в 1.6 раза. Это совершенно очевидно, если учесть, что энергозатраты на подогрев воздуха прямо пропорциональны воздухообмену.

Этим же объясняется и замедление роста при больших К_р.р поскольку другие составляющие баланса при этом остаются постоянными. Разброс точек связан с неравенством рабочего времени для рассматриваемых объектов, а также влиянием инфильтрационной составляющей, зависящей от остекленности.

Надо заметить, что в условиях применения энергосберегающих мероприятий доля подогрева воздуха в балансе в целом несколько меньше, чем в их отсутствие, осо­бенно при большом воздухообмене, но все же не настолько, чтобы это можно было считать статистически значимым. Это говорит о том, что решающим здесь является именно воздухообмен, а уменьшение доли трансмиссионных потерь происходит в основном за счет использования внутренних тепловыделений при установке термоклапанов.

На рис. 2 показана корреляционная зависимость доли трансмиссионных теплопотерь от коэффициента остекления k₀, представляющего собой, как известно, отношение площади остекления к суммарной площади фасадов. По графику легко заметить, что никакого существенного тренда в данном случае не наблюдается, особенно в варианте с применением теплотехнически эффективного остекления.

Тем самым подтверждается вывод о независимости трансмиссионных потерь от k₀, сделанный автором по результатам расчетов для зданий общеобразовательных школ [7], т.е. это универсальная закономерность для объектов любого назначения.

Она объясняется тем, что дополнительный приток теплоты от солнечной радиации при росте остекленности практически компенсирует добавочные теплопотери за счет увеличения площади ограждений с меньшим сопротивлением теплопередаче, чем у наружной стены. В то же время абсолютные значения доли трансмиссионных потерь при использовании остекления с минимальной теплозащитой выше, чем для эффективных окон, примерно на 0.1, или на 30 процентов. Это лишний раз говорит о необходимости установки заполнений светопроемов с повышенным сопротивлением теплопередаче, в том числе во избежание формирования искаженной структуры энергетического баланса здания.

Наконец, на рис. 3 приведена корреляционная зависимость доли трансмиссионных теплопотерь от коэффициента компактности kdes_e.

Легко видеть, что с ростом kdes_e эта доля также увеличивается. Таким образом, опять-таки подтверждается вывод, сделанный автором по результатам расчетов для школьных зданий [7], т.е. и данная зависимость является универсальной, действующей для объектов любого назначения.

В самом деле, трансмиссионные потери при прочих равных условиях пропорциональны площади наружных ограждений, а другие составляющие баланса, особенно на подогрев воздуха, связаны главным образом с объемом здания. В то же время по определению коэффициент компактности как раз и представляет собой отношение суммарной площади наружных ограждений к отапливаемому объему.

Однако, как и в случае зависимости от k_д, здесь есть заметная разница между вариантами с использованием энергосберегающих мероприятий и без них. Характер изменения доли в балансе при этом практически один и тот же, и даже уклон аппроксимирующих прямых почти не отличается, но абсолютные значения доли трансмиссионных потерь при отсутствии специальных решений по энергосбережению выше примерно на 0.1, или в среднем на 28%. Это очень близко к разнице между вариантами, если за независимую переменную принять коэффициент k₀, что подтверждает самостоятельное значение этой разницы, связанной с использованием внутренних теплопоступлений.

Таким образом, привлечение расширенного массива данных по энергетическим и конструктивным показателям группы общественных зданий позволяет оценить достоверность ранее сделанных выводов и рекомендаций по организации комплекса энергосберегающих мероприятий и распространить закономерности, выявленные для объектов специфического назначения, на общественные здания любого типа.

Литература

1. О.Д. Самарин. Влияние энергосберегающих мероприятий на энергетический баланс здания // Энергосбережение и водоподготовка. – 2007. – №1. – с. 58-59.
2. О.Д. Самарин. О комплексном энергосбережении за счет малозатратных мероприятий // Сб. докл. конф. НИИСФ «Строительная физика в XXI веке». – 25-27 сентября 2006 г. – с. 99-103.
3. Нормы теплотехнического проектирования ограждающих конструкций и оценки энергоэффективности зданий. Стандарт общественной организации – РНТО строителей // Колл. авторов под рук. Г.С.Иванова. – М: ГУП ЦПП, 2006.
4. О.Д. Самарин, С.А. Казаковцева, К.В. Спиридонов. О комплексной оценке энергоэффективности общественных зданий // Фасадные системы. – 2007. – №1. – с. 22-25.
5. О.Д. Самарин, И.М. Багренина, О.А. Колесникова. Комплексная оценка энергоэффективности общественных зданий в современных условиях // С.О.К. – 2007. – № 3. – с. 36-41.
6. Б.А. Севастьянов. Вероятностные модели. – М.: Наука, 1992. – 176 С.
7. О.Д. Самарин. Теплофизические и технико-экономические основы теплотехнической безопасности и энергосбережения в здании. – М.: МГСУ – «ТИСО-принт», 2007. – 160 С.

По материалам ж-ла «СОК»