9702

Расширительный бак следует присоединять за пределами малого цирку-

ляционного кольца, образовываемого перепускной перемычкой с регулятором

18, т. к. баки в большинстве своем имеют рабочую температуру до 70 °С. При отсутствии такой перемычки, например, в однотрубной либо двухтрубной сис-

теме отопления с постоянным гидравлическим режимом следует предусматри-

вать защиту бака от избыточной температуры теплоносителя, устанавливая пе-

ред ним, например, специальный промежуточный охлаждающий бак 33 – за-

порный клапан расширительного бака. Должен быть обязательно с защитой от несанкционированного закрывания и спускником для теплоносителя со сторо-

ны бака. Спускник необходим для опорожнения бака при демонтаже, поскольку бак находится под избыточным давлением его газового пространства. Клапан выбирают по диаметру подсоединительного трубопровода, который, в свою очередь, рассчитывают в зависимости от полезной емкости бака. Подводящий к баку трубопровод прокладывают с уклоном 5 ‰ в сторону главного трубопро-

вода системы отопления.

3.2. Снижение энергопотребления на отопление здания

Основным путем экономии энергии в строительстве является возведение

зданий с эффективным использованием энергии (ЗЭИЭ) [18]. ЗЭИЭ это та-

кое здание, в котором предусмотрены оптимальные на перспективу инженер-

ные методы и средства по эффективному использованию и экономии энергии,

применению нетрадиционных теплоисточников.

Отопление обеспечивает необходимый тепловой режим зданий в зимний период года с затратой около 25 % энергии в балансе страны. Поэтому в регио-

нах с суровым и продолжительным отопительным сезоном, типичным для большей части территории России, эффективное использование энергии для отопления является определяющим моментом экономии ее для теплообеспече-

ния зданий. Последовательность проектирования оптимального отопления ло-

гически соответствует алгоритму последовательности проектирования при создании современного ЗЭИЭ.

50

После выбора расчетных внутренних и наружных климатических условий существенным является выбор энергетически рациональных градостроитель-

ных, объемно-планировочных и конструктивных решений здания.

Прежде всего, необходимо стремиться, чтобы здание, eгo теплозащитные свойства были бы в энергетическом отношении наилучшими. Нет смысла бо-

роться за эффективное использование энергии на отопление в здании, которое имеет недостаточную теплозащиту, плохо герметизировано. Расчеты и опыт эксплуатации здания показывают, что выгоднее в 2 раза дополнительно утеп-

лить и герметизировать здание, чем пытаться в плохо защищенном здании дос-

тичь такого же результата за счет совершенствования эффективности только системы отопления. Есть такое выражение, что самой дешевой является энер-

гия, которую не надо расходовать.

Рассмотрим, в чем должна заключаться оптимизация градостроительных,

объемно-планировочных и конструктивных решений здания с позиции эконо-

мии энергии для отопления. Градостроительные решения применительно к рас-

сматриваемому вопросу связаны, прежде всего, с выбором формы и компактно-

сти застройки, а также места расположения источника теплоснабжения. Повы-

шение плотности жилой застройки на 10 % обеспечивает снижение суммарной теплопотребности на 5...7 % по сравнению со стандартной застройкой. Рацио-

нальное размещение потребителей теплоты относительно источника, при кото-

ром наблюдается пропорциональное снижение нагрузок по мере удаления от источника, дополнительно обеспечивает снижение бесполезных потерь еще на

15...20 %. Энергоэкономический эффект, достигаемый только за счет отмечен-

ных градостроительных решений, оказывается существенным. При этом обес-

печиваются дополнительные экономические и технологические преимущества,

например, на 2...3 % снижается материалоемкость, а также повышается надеж-

ность системы энергообеспечения за счет сокращения ее общей протяженности.

Существенное сокращение потерь теплоты на отопление обеспечивает рациональная аэродинамика застройки. В частности, при уменьшении скорости ветра в зоне застройки можно сократить в 2...3 раза инфильтрационные тепло-

51

потери зданиями, что равноценно экономии 0,1 кг условного топлива на 1 м2 в

год. В этих целях могут быть использованы специальные ветроломные щиты в виде лесонасаждений, рациональное строительное зонирование застройки по этажности со снижением обдуваемости отдельных зданий и другие приемы.

Градостроительные решения применительно к рассматриваемому вопросу свя-

заны также с выбором ориентации здания по сторонам горизонта и его положе-

ния в застройке. На юге предпочтительна широтная, на севере меридиональная ориентация зданий с целью использования теплоты солнечной радиации для отопления и во избежание перегрева зданий в летнее время. Считается, что пе-

реход от одной ориентации к другой приходится на широту, где продолжитель-

ность отопительного сезона около 200 сут.

Выбор положения здания в застройке с точки зрения энергоэффективно-

сти связан с направлением доминирующих ветров зимой, косыми осадками на вертикальные ограждения, экранирующим действием и затенением солнечной радиации рядом расположенными зданиями, разрывами между ними.

Объемно-планировочные решения существенно влияют на энергопотреб-

ности отопления здания. Форма здания должна быть компактной, надо стре-

миться к минимальному отношению площади наружных ограждений к объему помещения. Идеальной формой является сфера, хорошей куб или широкий па-

раллелепипед, хуже узкие и длинные здания или в виде высокой башни. Фаса-

ды здания не должны быть изрезанными, не желательны встроенные заглуб-

ленные лоджии и эркеры.

Экономию энергии обеспечивает блокировка различных цехов и помеще-

ний в одном корпусе. Блокировка промышленных цехов может давать эконо-

мию теплоты до 30...40 %. Предпочтительным является сблокированное здание с широким корпусом, многоэтажное, с неизрезанными, гладкими фасадами.

При планировке здания важно правильно расположить помещения раз-

личного назначения в зависимости от ориентации фасадов. Основные помеще-

ния, как правило, целесообразно размещать со стороны южного фасада, второ-

степенные северного. С точки зрения комфортности микроклимата желательно

52

увеличивать высоту помещений, предназначенных для постоянного пребыва-

ния людей.

К объемно-планировочным мероприятиям относится организация аэра-

ции здания. Возможно устройство квартир с односторонней ориентацией или квартир со сквозным проветриванием при двух и трехсторонней ориентации.

Необходима защита входных дверей и вестибюлей здания от врывания холод-

ного наружного воздуха. Целесообразно использовать лестничные клетки, лиф-

товые холлы, коридоры для организованного перетекания воздуха в здании с целью утилизации теплоты. Возможно устройство специальных аэрационных шахт и проемов. В последнее время в зданиях применяются атриумы, которые используются как воздушные резервуары для снижения воздухообмена, орга-

низации перетекания воздуха, а также как накопители для утилизации теплоты с помощью тепловых насосов, аккумуляторов и др. Аэрационный режим может быть во времени непрерывным, прерывистым с дневным или ночным провет-

риванием. Основную роль в формировании теплового режима здания играют конструктивные средства. Ограждения должны обладать высокими теплоза-

щитными свойствами, герметичностью, их внутренние поверхности свойством сорбировать и десорбировать пары и газы. Основные теплозащитные свойства определяются сопротивлением теплопередаче и теплоустойчивостью, которые принимаются в зависимости от назначения здания и способа eгo отопления.

Фундаментальные здания должны иметь теплоустойчивые ограждения с высоким сопротивлением теплопередаче. Здания для непродолжительной экс-

плуатации могут иметь ограждения с минимальным сопротивлением теплопе-

редаче и малой тепловой инерцией. Здания с эффективным использованием энергии должны иметь повышенную теплоизоляцию, т.е. быть "зданием термо-

сом" с теплоустойчивыми внутренними слоями ограждений, обращенными в помещение. В энергоэкономичных зданиях коэффициент теплопередачи стен и перекрытий должен быть уменьшен по сравнению с обычными решениями в

3...4 раза, т.е. до 0,3...0,4 Вт/(м2 ·°С). Окна по возможности должны быть со стеклопакетами, заполненными инертным газом, с селективными покрытиями

53

стекол, препятствующими пропусканию длинно волнового излучения из поме-

щения, оконные переплеты с двойным (тройным) уплотнением. Следователь-

но, коэффициент теплопередачи окон может быть уменьшен в 2...3 раза, т. е. до

1,5 Вт/(м2 ·°С) и ниже.

Теплоустойчивые внутренние слои должны выполнять функцию аккуму-

ляторов теплоты при различных решениях регенерации теплоты в помещении.

Кроме того, функции рекуператоров теплоты могут выполнять окна и огражде-

ния с вентилируемыми воздушными прослойками, вентилируемые чердаки.

Для регенерации теплоты могут также использоваться перекрытия, подполья и грунт под зданием. С этой же целью начинают проектировать здания в оболоч-

ке-футляре. Перспективной является конструкция наружных ограждений с тер-

моэлектрическими элементами в толще и развитыми теплообменными поверх-

ностями с наружной и внутренней стороны. Они работают как термоэлектриче-

ские тепловые насосы, утилизирующие энергию окружающей среды. Рацио-

нальны конструкции наружных ограждений в виде солнечных коллекторов и абсорберов. Наружные поверхности ограждений должны иметь такие радиаци-

онные свойства, чтобы зимой активно поглощать коротковолновую солнечную радиацию и слабо отдавать длинноволновую радиацию в окружающую среду.

Основные теплопотери в здании приходятся на окна, поэтому большую роль играет степень остекленности фасадов зданий. Обычно ее стремятся со-

кратить до минимальной по условию допустимой естественной или смешанной

(естественной и искусственной) освещенности помещений. Однако при хоро-

шей теплозащите окон и их экранировании от воздействия солнца летом опти-

мальная остекленность с учетом использования солнечной энергии для отопле-

ния, особенно в весеннеосенние периоды, может заметно превосходить мини-

мально допустимую по условию освещенности. Следует также использовать многослойное остекление с применением селективных, отражающих, погло-

щающих и утепленных стекол, а также постоянных и временных теплозащит-

ных экранов в виде монопанелей, ставней и др. Рациональное применение со-

вокупности рассмотренных градостроительных, объемно-планировочных и

54

конструктивных мер может значительно (в 1,5...2 раза) снизить потребность энергии для отопления зданий.

Перспективными с точки зрения экономии энергии являются наружные ограждения с переменным сопротивлением теплопередаче. Сопротивление можно варьировать в зависимости от наружных климатических воздействий.

Теоретически возможно ограждение, в котором сопротивление теплопередаче может изменяться от нуля до бесконечности. В большинстве случаев вполне достаточно обеспечить такое изменение теплозащитных свойств, при котором на внутренней поверхности ограждения поддерживается допустимая темпера-

тура в любой момент времени. Примером такого ограждения может служить конструкция двойного окна, межстекольное пространство которого ночью за-

полняется с помощью вакуум-насоса элементами из пенополистирола, В днев-

ные часы дополнительная теплоизоляция удаляется, и солнечная радиация сво-

бодно проникает в помещение. Подобный эффект достигается путем вентили-

рования межстекольного пространства внутренним воздухом, расход которого регулируется в зависимости от наружных условий. Регулирование теплозащит-

ных свойств ограждения возможно также путем изменения лучистой и конвек-

тивной составляющих теплового потока на eгo внутренней поверхности. В пер-

вом случае необходимый эффект достигается облучением конструкции потоком

Tpeбуемой интенсивности, например, с помощью горелок инфракрасного излу-

чения. При этом исходное сопротивление теплопередаче конструкции может быть принято намного меньше требуемого, что существенно снижает капиталь-

ные затраты. Такое решение экономически оправданно для зданий сезонного действия. Во втором случае регулирование конвективного теплового потока на внутренней поверхности обеспечивается с помощью тепловоздушных завес в виде плоских полуограниченных струй.

Активное регулирование теплового потока через ограждение можно обеспечить путем eгo порогового проветривания. При этом наблюдается реку-

перация теплового потока через ограждение, интенсивность которой регулиру-

ется потоком фильтрующегося воздуха. Такое решение целесообразно для вен55

тилируемых зданий, оно позволяет снижать расходы теплоты на отопление на

40...60 %. Конструкция наружного ограждения может быть выполнена с тепло-

вым экраном. Тепловой экран, расположенный ближе к наружной поверхности ограждения, обеспечивает в плоскости расположения повышенную температу-

ру за счет циркуляции низкотемпературного теплоносителя (например, грунто-

вой воды). Теплопотери через экранированное ограждение снижаются до 2...3

раз, а циркуляция теплоносителя возможна за счет гравитационных сил.

Применение этих мероприятий особенно необходимо в ЗЭИЭ, где их ис-

пользование совместно с солнечными коллекторами или абсорберами, суточ-

ными, недельными и сезонными аккумуляторами теплоты и тепловыми насоса-

ми может снизить потребность в подводимой извне энергии для целей отопле-

ния в три-четыре раза.

Существенное снижение энергопотребности на отопление зданий может быть достигнуто при использовании автоматической системы управления

(АСУ) [18] работой инженерного оборудования здания.

Структурная схема АСУ работой инженерного оборудования здания со-

стоит из нескольких взаимосвязанных блоков:

1) измерительного блока, включающего датчики регулируемых и нерегу-

лируемых параметров;

2)устройств преобразования сигналов и сигнализаторов их значений;

3)пульта управления, 3ВМ и коммутаторов, служащих для сбора, обра-

ботки данных наблюдений и подачи команд; 4) исполнительного блока, управляющего работой системы отопления.

Работа АСУ тепловым режимом на ряде объектов общественного и про-

мышленного назначения показала их высокую эффективность, обеспечиваю-

щую экономию энергии до 20 % при окупаемости дополнительных капиталь-

ных вложений в течение около одного года.

56

3.3. Повышение эффективности отопления здания

Заключительным этапом алгоритма разработки здания с эффективным использованием энергии является оценка эффективности принятого способа отопления как составной части системы кондиционирования микроклимата

(СКМ) здания [18]. На это направлены рассмотренные в данном разделе инже-

нерные приемы.

Комплексное свойство СКМ здания эффективно выполнять свои функции является обычно вероятностной характеристикой. Эффективность системы отопления определяется тремя основными свойствами: надежностью, управ-

ляемостью (или устойчивостью), обеспеченностью.

Надежность вероятностное обеспечение безотказной работы механиче-

ской части системы отопления, ее конструктивных узлов и элементов при экс-

плуатации в пределах расчетных сроков и условий.

Управляемость вероятностное выдерживание заданных отклонений в ра-

боте отдельных частей и зон системы отопления в процессе управления и при эксплуатации в течение отопительного сезона.

Обеспеченность принято е в проекте выдерживание с допустимой веро-

ятностью отклонений расчетных внутренних условий в здании.

Другие свойства системы отопления, влияющие на эффективность ее ра-

боты, могут быть учтены при рассмотрении указанных основных свойств.

Имеются ограниченные сведения о надежности как показателе безотказ-

ной работы узлов и элементов системы отопления. Имеются данные о гидрав-

лической и тепловой устойчивости системы отопления и ее управляемости в процессе эксплуатации.

Обеспеченность расчетных условий в здании зависит от того, с каким ко-

эффициентом обеспеченности рассчитаны и запроектированы система отопле-

ния и защитные свойства здания.

Теория эффективности позволяет определить логически очевидные веро-

ятностные показатели выдерживания заданных условий в здании, установить

57

число случаев и общую продолжительность отклонений, а также наиболее не-

выгодное (наибольшее) разовое отклонение внутренних условий от расчетных.

Отдельные составляющие комплексного свойства эффективности могут быть получены расчетом или по экспериментальным данным, натурным на-

блюдениям. Они должны быть определены вероятностными показателями К,

которые учитывают или число случаев n, или общую продолжительность во времени отклонения условий в помещении от расчетных z, в единой форме за-

писи (в одном масштабе отнесения) в виде [18]:

где N и z – общее число случаев или общая продолжительность рассматривае-

мого периода работы системы отопления (отопительный сезон, 50-ти летний период работы и т.д.).

Комплексное свойство эффективности Kэф, как совокупность вероятност-

ных показателей свойств надежности Kнад, управляемости Kупр и обеспеченно-

сти Kоб [18], учитывая их относительную независимость, равно:

Kэф = KнадKупрKоб. (3.3)

Показатель эффективности Kэф в зависимости от функционального назна-

чения здания определяет социальный и производственный ущерб за счет не вы-

держивания требуемых внутренних условий в помещениях. В связи с этим эф-

фективность является не только совокупным качественным свойством системы,

но она прямым образом связана с технико-экономическими, в том числе энер-

гетическими ее показателями. Чем меньше Kэф, тем ниже качество отопления и больше социально-производственный ущерб. Поэтому, проводя технико-

экономическое сравнение вариантов и выбор оптимального решения по приве-

денным затратам, необходимо наряду с капитальными вложениями К, руб, и

эксплуатационными затратами Э, руб, учитывать также эффективность отопле-

ния в форме ущерба У, руб.

58

Тогда приведенные затраты П, руб, определяющие оптимальный вариант системы отопления, должны рассчитываться по формуле [18]:

zн

где М – принятый показатель отнесения всех затрат (например, единицы про-

дукции, площади, объема здания).

Учет эффективности различных решений системы отопления при опреде-

лении приведенных затрат позволяет проводить технико-экономическую оцен-

ку и сопоставление возможных вариантов, не равнозначных по своим качест-

венным показателям, что значительно расширяет область поиска оптимального решения. Важно оценивать экономичность отопления не только в денежном выражении, но и совокупным энергетическим показателем, включающим оцен-

ку материалов, трудовых, транспортных и других производственных затрат на заготовку, монтаж и эксплуатацию элементов системы отопления здания.

3.4.Регулирующая арматура систем отопления

3.4.1.Термостатические радиаторные клапаны

Термостатические радиаторные клапаны в настоящее время приобрели значительное распространение в современных системах водяного отопления.

Они выполняют следующие задачи [19]:

1)воспринимают температуру помещения;

2)сравнивают её c настроенным значением;

3)компенсируют все отклонения посредством изменения положения кла-

пана, так чтобы желаемая температура помещения оставалась постоянной.

Термостатический клапан (рис. 3.9 а) совместно с термостатической го-

ловкой (рис. 3.9 б) является пропорциональным регулятором прямого действия

59