VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Градусо-сутки отопительного периода. В СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» [1] представлена трактовка оптимизации коэффициента теплопередаче (сопротивления теплопередаче) теплового контура зданий «…в целях экономии энергии при обеспечении санитарно-гигиенических и оптимальных параметров микроклимата помещений и долговечности строительных конструкций зданий и сооружений». Там же во введении говорится о мерах «…по сокращению расхода тепловой и электрической энергии путем автоматического управления и регулирования оборудования и инженерных систем в целом».

Прежде чем перейти к анализу предлагаемого нового варианта оптимизации сопротивления теплопередаче ограждений, укажем на ошибочность или небрежность в употреблении понятий в последнем утверждении. Расход тепловой энергии Q_от, Вт, основная, первичная величина, которая задана в соответствии с расчетом и не может быть сокращена без нарушения температурного режима помещения. Любое управление или регулирование оборудования и инженерных систем является только методом борьбы с перерасходом тепловой энергии в процессе неэффективной эксплуатацией систем теплообеспечения зданий.

Рекомендовано нахождение требуемого сопротивления теплопередаче наружных ограждений R_{о тр} для всех видов зданий и сооружений принимать по табличным данным в зависимости от градусо-суток отопительного периода района строительства (ГСОП):

ГСОП = (t_в – t_о.п)nо.п. (1)

Исключение сделано лишь для производственных зданий с избытками явной теплоты более 23 Вт/м³ и зданий с расчетной температурой внутреннего воздуха t_в ≤ 12 ^оС. Для них величина R_{о тр} определяется по традиционной зависимости:R_{о тр} = (t_в ‒ t_н)n/α_в∆t^н. (2)

По физической сущности величина ГСОП является одной из характеристик интегральных значений необходимой тепловой производительности систем отопления (теплообеспечения) зданий за отопительный период для конкретного климатического района. На рисунке 1 видно соотношение фигур, когда количественно величина ГСОП (площадь прямоугольника g-h-i-k) равна площади фигуры a-b-c-d-e-f-a. Величина ГСОП удобна и обоснована для ориентировочных перспективных расчетов необходимого количества теплоты для группы зданий, районов города, населенных пунктов, а также сопутствующих технических расчетов и эксплуатационных показателей.

Показывая значимость разработанного СНиП [1], его авторы во введении приводят странную по научному, техническому и инженерному содержания фразу, ни в коей мере не соответствующую нормативному документу: «Нормы по тепловой защите зданий гармонизированы с аналогичными зарубежными нормами развитых стран». Как понимать основное слово предложения «гармонизировать» в научной или инженерной деятельности? А какие страны считать развитыми: теплую Италию, относительно холодные Скандинавию, США или Китай, Индию, в которых подача теплоты для отопления менее актуальна, как в России?

Рис.1. К расчету ГСОП: t_н.о = 8 ^оС – начало (окончание) отопительного периода

Проанализируем обоснованность и точность определения требуемого сопротивления теплопередаче R_{о тр} по методике ГСОП для гражданских и промышленных зданий. Расчетная потребность помещения в теплоте для поддержания допустимого температурного режима характеризуется условием R_о ≥ R_{о тр}. Температура холодной пятидневки t_н5, а не средняя температура отопительного периода t_о.п определяет суровость или мягкость холодного периода года. Продолжительность стояния одинаковой среднесуточной температуры n_t, час, в отопительный период (в Москве n_о.п = 214 сут., то есть ≈ 7 мес.) приведена на рисунке 2. Конфигурации линии n_t для регионов с более мягким или резкоконтинентальным климатом имеют другие очертания, но определяющим количественно физический процесс переноса теплоты при расчетах требуемого сопротивления теплопередаче наружных ограждений и потерь теплоты помещением остается температура холодной пятидневки (для Москвы t_н5 = −28 ^оС). Поэтому температура отопительного пери-

Рис. 2. Зависимость n_t от температуры наружного воздуха t_н для Москвы

ода (для Москвы t_о.п = −3,1 ^оС) и полученные на ее основе значения ГСОП не могут оказывать влияние ни на нормирование, ни на конструктивное исполнение теплового контура зданий.

Анализ количественных значений требуемого сопротивления теплопередаче наружных ограждений R_{о тр}, приведенных в [1] по ГСОП, показал общую тенденцию прямолинейного увеличения значений R_{о тр} практически всех конструкций теплового контура любых зданий пропорционально повышению величины ГСОП. Однако в тепловой баланс для определения мощности системы отопления Q_от входят кроме потерь теплоты через наружные ограждения Q_огр затраты теплоты на нагрев вентиляционного воздуха Q_ин. В помещениях жилых зданий величина Q_ин достигают 40 % от общей мощности системы отопления, в производственных – от 15 % до 60 %, в производственных сельскохозяйственных − до 75 %. Поэтому пропорциональное повышение теплозащитных качеств наружных ограждений при увеличении ГСОП не является физически и математически обоснованным процессом.

Изменение потерь теплоты через наружные ограждения связано с их сопротивлением теплопередаче гиперболической зависимостью (рис. 3) и повышение его целесообразно лишь до определенного предела. Например, увеличение R_о наружных стен в животноводческих зданиях (т.п. № 801–99) в два раза (с 1,03 до 2,06 м² ºС/Вт) приводит к сокращению общих потерь теплоты здания на 2,6 %. Дальнейшее увеличение значений R_о с 2,06 до 3,09 дает сокращение теплопотерь лишь на 0,9 %. Повышение теплотехнических качеств покрытия (с 1,36 до 2,72 м² ºС/Вт) для того же типового проекта снижает общие потери теплоты здания на 6,7 %, а при дальнейшем увеличении с 2,72 до 4,08 – на 2,4%.

Рис. 3. Удельные теплопотери здания при различных температурных перепадах

Указанные отклонения от закономерностей теплофизических процессов при определении требуемого сопротивления теплопередаче наружных ограждений, включенные в нормативные документы, идут в разрез с оптимизацией энергопотребления и не способствуют снижению экономических затрат конкретных возводимых и эксплуатируемых зданий. Этот факт подтверждает также проведенный нами технико-экономический анализ.

Заключение:

Величина ГСОП не может являться основополагающей при нормировании теплотехнических показателей теплового контура производственных, гражданских и сельскохозяйственных зданий. Отсутствует физическая и логическая взаимосвязь процессов переноса теплоты через ограждения с климатическими условиями местности при формировании расчетного дефицита теплоты в помещениях в холодный период года.

Код для цитирования: Скопировать