автореферат диссертации по строительству, 05.23.03, диссертация на тему:Повышение энергоэффективности и нормирование теплопотребления общественных зданий

На правах рукописи

ЩЕРБАКОВ Вячеслав Викторович

ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ И НОРМИРОВАНИЕ ТЕПЛОПОТРЕБЛЕНИЯ ОБЩЕСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ

специальность 05.23.03 - Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж - 2004

Работа выполнена в Саратовском государственном техническом университете

Научный руководитель

- доктор технических наук, доцент

Семёнов Борис Александрович.

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Сотникова Ольга Анатольевна

- кандидат технических наук, доцент

Лушникова Елена Николаевна

Ведущая организация - Научно-исследовательский институт строительной физики г. Москва

Защита состоится 23 декабря 2004 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212.033.02 в Воронежском государственном архитектурно-строительного университете по адресу: 394006, Воронеж, ул. 20 лет Октября, 84, ауд. 3220.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного архитектурно-строительного университета.

Автореферат разослан

2004 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

канд. техн. наук, доцент

гтч

$>21565

3

Актуальность работы: обусловлена необходимостью дальнейшего развития научно-методической базы для разработки региональных нормативных документов, направленных на повышение энергетической эффективности зданий, и обоснования нормативов удельного теплопотребления для различных категорий зданий.

Цель диссертационной работы:. теоретическое обоснование и разработка методики повышения энергоэффективности и нормирования теплопо-требления общественных зданий.

Направление исследований:

1. Оценка эффективности действующих норм и фактического уровня удельного теплопотребления существующих общественных зданий;

2. Разработка обобщённой математической модели для анализа энергетической эффективности и оптимизации объёмно-планировочных решений общественных зданий сложной конфигурации;

3. Теоретическое обоснование нормативов удельного потребления тепловой энергии на отопление общественных зданий.

4. Обоснование принципов и разработка методики системной оптимизации теплопотребления в автономной энергосистеме "здание - теплоисточник" при децентрализованном теплоснабжении.

5. Разработка прикладных программ к расчёту энергетических паспортов различных категорий общественных зданий с учётом предложенных нормативов удельного теплопотребления;

Методы исследований: математическое моделирование физических процессов, системный подход и оптимизация; методы аналитического исследования функций; многовариантные расчёты.

Достоверность и обоснованность: основные положения и выводы работы обоснованы теоретическими решениями, полученными с использованием методов математического анализа на основе известных физических законов теплопередачи, не нуждающихся в экспериментальной проверке. Кроме того, в работе использованы методы математического моделирования, основанные на использовании строгого математического аппарата. Математические модели и целевые функции должным образом теоретически обоснованы. Многовариантные расчеты полностью автоматизированы. Результаты численных экспериментов аппроксимированы при помощи метода наименьших квадратов, а погрешности оценены по стандартным методикам.

На защиту выносятся:

1. Обобщённая математическая модель для анализа энергетической эффективности и оптимизации теплопотребления общественных зданий сложной конфигурации.

2. Научно обоснованные нормативы удельного потребления тепловой энергии на отопление общественных зданий, учитывающие специфику расчета вентиляционных воздухообменов, бытовых теплопоступлений, оптимальную конфигурацию зданий и позволяющие дополнительно сократить удельное тепло-потребление общественных зданий относительно уровня, установленного ТСН, на 7,5+12,5% в зависимости от этажности. вг>г цлГпт-п--I

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА

3. Методика системной оптимизации теплопотребления при децентрализованном теплоснабжении зданий от автономного источника.

4. Пакет прикладных программ к расчёту энергетических паспортов различных категорий общественных зданий, содержащий 15 типов электронных таблиц, учитывающих специфику зданий различного назначения.

Научная новизна:

1. Предложена математическая модель и получена расчётная зависимость для обоснования нормативов удельного теплопотребления на отопление зданий общественного назначения, имеющих сложную конфигурацию;

2. Обоснованы нормативы удельного теплопотребления зданий общеобразовательных школ, учитывающие специфику расчета вентиляционных возду-хообменов, бытовых теплопоступлений, оптимальную конфигурацию зданий и рационально дифференцированные по этажности;

3. Разработана методика системной оптимизации теплопотребления зданий при децентрализованном теплоснабжении от автономного источника.

4. Разработаны алгоритмы расчёта показателей энергоэффективности различных категорий общественных зданий, использованные при создании "Пакета прикладных программ к расчёту энергетических паспортов жилых и общественных зданий";

5. Разработаны локальные методики для расчёта элементов энергетического паспорта: методика расчёта вентиляционных воздухообменов, бытовых теплопоступлений, методика определения экономии условного топлива от реализации энергосберегающих мероприятий;

Практическая полезность:

1. Разработан и внедрён в практику всех проектных организаций г. Саратова "Пакет прикладных программ к расчёту энергетических паспортов жилых и общественных зданий" (приложение к ТСН 23-05-99 СарО).

2. Предложенные в работе нормативы удельного потребления тепловой энергии на отопление общественных зданий, позволяют сократить удельное те-плопотребление общественных зданий на 7,5-42,5% в зависимости от этажности.

Реализация результатов: "Пакет прикладных программ к расчёту энергетических паспортов жилых и общественных зданий" прошел государственную вневедомственную экспертизу Госстроя в территориальном управлении Главгосэкспертизы России по Саратовской области (Заключение № 01-14/46 от 17.03.2003) и утверждён приказом №106 Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Саратовской области от 20.05.2003г. в качестве обязательного приложения к территориальным строительным нормам ТСН 23-305-99 СарО "Энергетическая эффективность в жилых и общественных зданиях. Нормативы по теплозащите зданий". Пакет используется в качестве обязательного приложения к ТСН при проектировании, строительстве, экспертизе проектных решений, реконструкции и капитальном ремонте жилых и общественных зданий всеми проектными и изыскательскими организациями Саратовской области.

Апробация работы: основные результаты работы докладывались и обсуждались на: научно-технической конференции профессорско - преподавательского состава и аспирантов по итогам научно-исследовательской и учебно-методической работы за 2002 год (Саратов, СГАУ, январь 2003 г.); четвёртой Российской научно-технической конференции "Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности" (Ульяновск, УлГТУ, апрель 2003 г.); всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных "Энерго- и ресурсосбережение и нетрадиционные возобновляемые источники энергии" (Екатеринбург, УГТУ-УПИ, декабрь 2003 г.); ежегодных научно-технических конференциях и научных семинарах кафедры "Тепло-газоснабжение и вентиляция СГТУ (Саратов, 2000-2003 гг.) и кафедры "Промышленная теплотехника" (Саратов, 2003-2004 гг.)

Публикации: результаты исследований опубликованы в 9 печатных работах общим объёмом 61 с, из них лично автору принадлежат 14 с.

Структура и объем диссертации: диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов, списка литературы из 119 наименований, включая 130 страниц основного текста (в том числе: 7 таблиц, 9 рисунков) и 90 страниц приложений (в том числе 8 таблиц).

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы -сокращение удельного теплопотребления зданий на отопление, сформулированы цель и задачи работы, методы их решения, научная новизна, практическая значимость и положения, выносимые на защиту.

В первой главе диссертации - "Состояние вопроса и выбор направлений исследования" - проведён анализ уровня и структуры удельного теплопотребления в строительстве. Рассмотрены различные подходы к нормированию теплозащиты зданий предусмотренные федеральными (СНиП) и региональными (ТСН) нормативными документами. Использование ТСН позволяет применить потребительский подход к нормированию теплопотребления зданий, то есть нормировать результирующий удельный расход первичного теплоносителя, затрачиваемого в энергоисточнике на отопление всего здания в целом. Различные варианты такого подхода успешно апробированы в западных странах. В нашей стране изучению этого вопроса посвящены работы В.Н. Богословского, ЮЛ. Матросова, И.Н. Бутовского, ВА Могутова, ЮА Табунщикова и ряда других авторов. Вместе с тем выявлены недостатки ТСН, объединяющих в одну группу по уровню удельного теплопотребления жилые и некоторые категории общественных зданий. Объединение в одну группу жилых и общественных зданий не учитывает индивидуальные особенности общественных зданий, например: величину бытовых тепловыделений, коэффициенты остеклённости фасадов, ограничение этажности, объёмно-планировочные решения, нормы вентиляционного воздухообмена и ряд других факторов, влияющих на результирующие эксплуатационные энергозатраты. Следовательно, установленные нормы не позволяют в полной мере реализовать имеющиеся резервы энергосбережения некоторых категорий общественных зданий.

В связи с вышеизложенным, в качестве основного направления исследований выбрано обоснование нормативных показателей удельного теплопотреб-ления для различных категорий общественных зданий.

Одной из важнейших позиций в реализации программы повышения энергоэффективности является энергетическая паспортизация зданий. Наиболее рациональным представляется составление энергетического паспорта в электронном виде, что позволит применять более сложные и точные компьютеризованные методы расчёта и банки данных, существенно сократить трудоемкость, а также унифицировать расчёты, исключив субъективный фактор. Разработка пакета типовых программ для составления электронных энергетических паспортов различных категорий общественных зданий - второе направление исследований настоящей работы, имеющее прикладной характер.

Третьим перспективным направлением исследования, выбранным в настоящей работе, является системная оптимизация теплопотребления зданий при теплоснабжении от автономных источников, что особенно актуально в условиях прогрессирующей тенденции на децентрализацию теплоснабжения. Исследованиям вопросов децентрализованного теплоснабжения посвящены работы Мелькумова В.Н., Болдырева A.M., Сотниковой О.А.

Во второй главе диссертации выполнен анализ тешюпотребления общественных зданий, построенных по нормам, действовавшим до 1996 г., предусматривающим поэлементное нормирование отдельных ограждающих конструкций. В качестве исследуемой базы данных использованы 49 типовых проектов зданий общеобразовательных школ, детских дошкольных учреждений, больниц и поликлиник.

Одним из основных показателей, характеризующих эффективность теп-лопотребления, является удельный расход тепловой энергии на отопление здания , кДж/(м2-°С-сут.), рассчитываемый по формуле

qf = 105Qi/(AhD<I) , 0)

где QJ - потребность в тепловой энергии на отопление здания в течение отопительного периода, МДж, определяемая по следующей формуле

Qhy = [Qh-(QiM + Qs)v^Pk, (2)

где Qi, - общие теплопотери здания через наружные ограядаюшце конструкции, МДж; Qi„t - бытовые теплопоступления в здание в течение отопительного периода, МДж; Q, - теплопоступления через окна от солнечной радиации в течение отопительного периода, МДж; v - коэффициент, учитывающий способность ограждающих конструкций помещений зданий аккумулировать или отдавать тепло; £ - коэффициент эффективности авторегулирования подачи теплоты в системах отопления; - коэффициент, учитывающий дополнительное теплопотребление системы отопления, связанное с дискретностью номинального теплового потока номенклатурного ряда отопительных приборов и дополнительными теплопотерями через за-радиаторные участки ограждений, теплопотерями трубопроводов, проходящих через неотапливаемые помещения; Ан - сумма площадей пола отапливаемых помещений зданий; Dd - количество грапусосуток отопительного периода, °Ссут.

Выражение (2) справедливо для случая, когда в системе отопления преду-

смотрены средства автоматического регулирования теплопотребления. В большинстве же общественных зданий, построенных в нашей стране до настоящего времени, средства регулирования температуры внутреннего воздуха отсутствуют и, следовательно, вся дополнительно поступающая в помещение теплота не может быть полезно использована. В таком случае формула (2) принимает следующий вид

<Я=РьРь. (3)

По формуле (1) были рассчитаны показатели удельного теплопотребле-ния рассмотренных типовых проектов зданий, с учётом формулы (3) для варианта с отсутствием автоматического регулирования, то есть существующее положение, и с учётом формулы (2) - вариант с перспективой осуществления автоматического регулирования теплопотребления на абонентских вводах. Результаты расчётов представлены в виде графиков на рис. 1 и 2. На рис. 1 приведены графики зависимости удельных расходов тепловой энергии от строительного объёма зданий общеобразовательных учреждений, а на рис.2 графики зависимости удельных расходов тепловой энергии от этажности тех же зданий.

Анализ полученных результатов показал, что величина удельного теп-лопотребления рассмотренных зданий снижается с увеличением строительного объёма и этажности, причём увеличение этажности в большей степени влияет на данный показатель. Так, в варианте с отсутствием автоматического регулирования, для различных зданий общеобразовательных учреждений с величинами строительного объёма от 10 до 40 тыс.м3 средняя величина удельного теп-лопотребления снижается с 481 до 430 кДж/(м2-С°-сут.), то есть примерно на 10%. Если же рассматривать отдельно 2х, Зх и 4х этажные здания то, при том же увеличении строительного объёма зданий с 10 до 40 тыс. м3 средняя величина удельного теплопотребления снижается с 513 кДж/(м2-С°-сут.) для 2х этажных зданий, до 407 кДж/(м2С°-сут.) для 4х этажных зданий, то есть на 21%, что в 2 раза больше по сравнению с первым рассмотренным вариантом. Во втором варианте - при наличии средств автоматического регулирования разница в удельном тешюпотреблении зданий различной этажности становится ещё более ярко выраженной. В этом случае средняя величина удельного теплопо-требления 2х этажных зданий составляет 383 кДж/(м2-С°-сут.), 4х этажных -278 кДж/(м2-С°-сут.), а разница между ними 27%.

Приведённые данные свидетельствуют о том, что оптимально подобранные при проектировании архитектурно - планировочные параметры здания позволяют в процессе эксплуатации существенно сократить затраты теплоты на его отопление. Кроме того, необходимо отметить, что разница в средних показателях удельного теплопотребления между 2х и Зх этажными зданиями в 1 и 2 вариантах составляет соответственно 10,5 и 16,5%, то есть уровень удельного теплопотребления Зх этажных зданий отличается от 2х и 4х этажных примерно на одну и туже величину, что позволяет рекомендовать устанавливать различный уровень нормативного удельного теплопотребления для одно-, двух- и трёхэтажных зданий, в отличие от действующих нормативов, объединяющих их в одну группу.

q..

кДж м! "С сут[

500

400 v

300

200

Т^ и Кривая! 2 , 2 3 Г"

' ч'з ' » I

_Ь,_^_Ь \4М 3,

.3

TT

К /

/ УЗ 14 м I

¡3-;-ГГ-f

Т7^ , \ Кривая IIГ73 ,^ ч ;

?¡7V * ' V^7

_Кривая Ш_/_' '_«

\ /■ V

Строительный объем, V, м'

5660,9 19520,6 29901,4 44006,5

Рис.1. Проектные значения удельных расходов тепловой энергии на отопление зданий общеобразовательных учреждений различного объёма по результатам анализа типовых проектов

Кривая I - при отсутствии системы автоматического регулирования; Кривая II - при наличии системы автоматического регулирования; Кривая III - нормативные значения

q,

кДж

м1 °С сут. 500

Кривая!

^ Л л , * * . ч _ л

j г

/, I V

\11о-5%/ \ ^ \;'' >. / \

400

300

200

Кривая II Г

25% 1 V

■.Л < \ л t * —j \

4

-t—t-

ч л i г*

14 / *

1

V "

-Ä_i_L

.- — , >

Кривая III

/

Этажность

-»2 3*-

-»3 4-«»4

Рис.2. Проектные значения удельного расхода тепловой энергии на отопление зданий общеобразовательных учреждений различной этажности по результатам анализа типовых проектов

Кривая I - при отсутствии системы автоматического регулирования; Кривая □ - при наличии системы автоматического регулирования; Кривая Ш - нормативные значения

Третья глава посвящена разработке математической модели и методики расчета нормативов удельного теплопотребления на отопление общественных зданий.

Предварительными расчётами было установлено, что уровень затрат тепловой энергии на отопление зданий может быть существенно понижен в результате оптимизации объёмно-планировочных решений. При обосновании норм те-плопотребления, установленных ТСН Саратовской области (ТСН 23-305-99 Са-рО), такая оптимизация была произведена для отдельно стоящих жилых зданий, имеющих форму параллелепипеда. На основе полученных, в результате оптимизации, зависимостей были рассчитаны нормативы удельного теплопотребления на отопление жилых зданий, которые в указанных ТСН одновременно используются и для нормирования теплопотребления некоторых категорий общественных зданий, в частности общеобразовательных учреждений.

Однако анализ 49 типовых проектов, выполненный в предыдущей главе, показывает, что форма общественных зданий в большинстве случаев, далека от формы идеального параллелепипеда. Кроме того, для ряда категорий общественных зданий введены ограничения по этажности. Всё это приводит к тому, что в отличие от жилых - общественные здания, как правило, имеют небольшую высоту и сложную конфигурацию в плане.

Наиболее рациональными объёмно-планировочными решениями протяжённых зданий небольшой высоты можно считать планировку на основе соединения отдельных элементов в замкнутые контуры, или, другими словами планировку "с внутренним двором". Такая планировка позволяет при любых заданных значениях отапливаемого объёма и ширины корпуса здания сократить до минимума периметр наружных стен и, следовательно, уменьшить трансмиссионные тепловые потери.

Для выбора базовой планировки при математическом моделировании теплопотребления общественных зданий в данной работе произведено сравнение 4 вариантов объёмно-планировочных решений здания, представленных на рис.3. Вариант 1 - здание в форме параллелепипеда; вариант 2 - здание П-образной формы; вариант 3 - здание крестообразной формы и вариант 4 - здание "с внутренним двором", то есть - имеющее в плане форму замкнутого контура. При этом, в качестве базового - выбран вариант планировки здания в форме параллелепипеда, так как параллелепипед по сути является элементарным звеном, таким что при соединении между собой нескольких параллелепипедов может быть получена любая сложная форма. Рациональность планировки первоначально оценивалась показателем компактности, представляющим собой отношение суммарной площади наружных ограждающих конструкций здания к отапливаемому объёму

рзиш

Несмотря на то, что показатель компактности является чисто геометрической характеристикой его удобно использовать для сравнительной оценки уровня удельного теплопотребления зданий различной формы. Чем меньше по-

казатель компактности, тем меньше удельные теплопотери, приходящиеся на единицу отапливаемого объёма при одинаковых (нормативных) сопротивлениях теплопередаче ограждающих конструкций. Ниже приведены аналитические выражения, определяющие величину показателей компактности всех вышеперечисленных форм здания:

- показатель компактности зданий в форме параллелепипеда

- показатель компактности зданий П - образной формы

(5)

(6)

- показатель компактности зданий крестообразной формы

- показатель компактности зданий в форме "с внутренним двором"

(7)

(8)

Ь а

И

а.

Рис. 3. Варианты объёмно-планировочных решений зданий

В табл. 1 приведены минимальные значения показателей компактности указанных форм здания при оптимальных соотношениях геометрических размеров, обеспечивающих минимальную площадь наружных ограждающих коиструкций при заданных значениях ширины корпуса - а и отапливаемого объёма - V],. Так же в табл. 1 приведены данные о сокращении величины показателя компактности, полученные в результате сопоставления всех перечисленных вариантов планировки с базовой, при одинаковой ширине корпуса и высоте здания.

Как видно из этой таблицы при любых одинаковых заданных значениях ширины а и высоты здания h значение показателя компактности снижается относительно базового варианта только при планировке зданий "с внутренним двором", которая отличается от всех предыдущих вариантов тем, что в плане имеет вид замкнутого контура. Сокращение показателя компактности при этом определяется выражением

¡я-

1

(9)

Из выражения (9) следует, что при небольших высотах, характерных для общественных зданий ограниченной этажности, наиболее рациональной является форма с внутренним двором, как обеспечивающая наименьшее значение показателя компактности. При этом, как видно из формулы (8), размеры внуг-реннего двора х и у не оказывают никакого влияния на значение и для упрощения математических моделей теплопотребления зданий такой формы могут приниматься одинаковыми - х = у.

Таблица 1

Планировка здания Оптимальные соотношения размеров здания Минимальное значение показателя компактности, «Л, Сокращение показателя компактности относительно базового варианта, ДкГ

параллелепипед Ь = Ь 2 < Ь а) -

П-образная Ь = -Ь 3 2 0 2-+- ^ Ь а) 0

крестообразная ьЛь 4 2 ч- < ь а; 0

с внутренним двором - 2 —+ -и а) 21 И

С учётом вышеизложенного при математическом моделировании тепло -потребления общественных зданий в качестве базовой было предложено выбирать планировку "с внутренним двором", как обеспечивающую наименьшее значение показателя компактности.

Для вывода зависимости, определяющей удельные расходы тепловой энергии на отопление зданий "с внутренним двором" было использовано выражение (2). Заменив все составляющие данного выражения через геометрические размеры отапливаемого объёма здания и далее, разделив обе части, полученного выражения, на отапливаемый объём Уь и интегральную характеристику отопительного периода Ба, считая при этом, что стороны внутреннего двора равны между собой (х = у), было получено окончательное выражение для расчёта удельных расходов тепловой энергии

„¿е« _ Рь

•10

О,

Сф +с,

1

—+ чГт+ Рч

а п

1пГ мнг

- Яш1

V'*

(10)

где - удельные теплопотери с наружных стен с окнами за отопительный

период, - удельные теплопотери с перекрытия за отопительный

период, - удельный расход теплоты на нагрев инфильтрирующегося

через ограждающие конструкции наружного воздуха, требуемого для обеспечения нормативного вентиляционного воздухообмена в 1 м3 отапливаемого объёма зда-

ния, за отопительный период, МДж/м3; Сф И Се - коэффициенты, учитывающие снижение требуемого расхода теплоты на отопление здания за счёт действия солнечной радиации через окна в фасадных и боковых стенах соответственно; р - коэффициент, учитывающий дополнительные теплопотери на ориентацию, угловые помещения, поступление холодного воздуха через входы и т. д.

По формуле (9) были рассчитаны показатели удельного теплопотребле-ния на примере зданий общеобразовательных школ применительно к климатическим условиям Саратовской области. Расчеты производились при двух стандартных значениях ширины корпуса 9 и 15 м. и по двум вариантам теплопо-требления: "оптимистическому" и "пессимистическому". Оптимистическим считался вариант теплопотребления здания, при котором значение показателей удельного теплопотребления определялось с учётом полного использования теплоты солнечной радиации и бытовых тепловыделений, а пессимистическим -без учёта этих факторов.

За номинальные значения удельного теплопотребления на отопление зданий заданной ширины и этажности по каждому из вариантов планировки принимались средние арифметические между результатами расчёта по "оптимистическому" и "пессимистическому" вариантам.

В качестве рекомендуемых нормативов удельного теплопотребления зданий общеобразовательных школ было предложено использовать значения, близкие к минимальным из полученных среднеарифметических величин, не превышающие действующих норм (ТСН 23-305-99 СарО). Эти значения представлены в табл. 2. В этой же таблице представлены рекомендуемые нормативы удельного расхода тепловой энергии на отопление в системах теплоснабжения, полученные с учётом величины коэффициента эффективности энерге-

Ла.

тической цепи от источника до потребителя , что соответствует слу-

чаю централизованного теплоснабжения.

Рекомендуемые и действующие нормативные значения

показателей удельного теплопотребления на отопление зданий общеобразовательных учреждений

Таблица 2

В четвёртой главе приведена обобщённая методика комплексной оптимизации параметров автономной энергосистемы "здание - теплоисточник", позволяющая достигать максимальной величины чистого дисконтированного дохода (ЧДЦ) при переводе на децентрализованное теплоснабжение объектов любого назначения.

Как показывают технико-экономические расчёты, при переходе на автономное теплоснабжение в ряде случаев выгодно вкладывать часть средств в усиление теплозащиты объекта. В результате усиления теплозащиты здания сокращаются теплопотери, что с одной стороны сокращает долю эксплуатационных издержек на оплату энергоносителя, а с другой - снижает капвложения в систему децентрализованного теплоснабжения за счет сокращения поверхности нагрева отопительных приборов и уменьшения теплопроизводительности автономного теплоисточника. Кроме того, при снижении результирующих капвложений в рассматриваемую систему "здание - теплоисточник" снижается объём ежегодных отчислений на амортизацию, обслуживание и текущий ремонт, что сокращает суммарные ежегодные эксплуатационные издержки объекта, увеличивая прибыль. Таким образом, чистый дисконтированный доход от усиления теплозащиты здания, с учётом налога на прибыль, может быть рассчитан следующим образом

Х°"В)"Ш?)" КДКт+АКпс)-<^Кйп+ДКдцс)]= , (11)

где - сокращение ежегодных издержек, на топливо, затрачиваемое в

децентрализованной системе теплоснабжения для выработки полезного количества теплоты, требуемого по условию компенсации тепловых потерь через ограждающие конструкции здания, рубУгод; Е - норма дисконта, год"1; I - номер текущего года; ЛКНП - сокращение единовременных капвложений в нагревательные приборы и систему отопления здания, руб.; ДКдцС - сокращение единовременных капвложений в систему автономного теплоснабжения, включая автономный теплоисточник, руб.; - срок службы теплоизоляции или выбранный горизонт расчёта, лет; и - доля, выплачиваемых с прибыли налогов (для производственных зданий или учреждений и = 0,18; для жилья и = 0); р - коэффициент, учитывающий отчисления от капвложений на амортизацию, ремонт, обслуживание и прочие эксплуатационные затраты в целом по децентрализованной системе теплоснабжения, 1/год; Ь - темп инфляционного роста цен на топливо, ГОД*1; а - коэффициент дисконтирования, рассчитываемый по следующей формуле

После подстановки конкретных выражений, определяющих все составляющие формулы (11) через сопротивления теплопередаче всех ограж-

дающих конструкции здания, и математического анализа данной целевой функции на экстремум были получены следующие выражения для расчета оптимальных сопротивлений теплопередаче любой ьой ограждающей конструкции здания Я^,для частного (13) и общего случая (14)

где - коэффициент, зависящий от положения ьой ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху; С,;, Х-гд - стоимость, рубУм3, и теплопроводность, Вт/м-°С, теплоизоляционного материала, используемого для дополнительной теплозащиты ьой конструкции; Су т - тарифная стоимость топлива, используемого в автономном теплогенераторе, рубУт у.т.; - низшая рабочая теплотворная способность топлива, МДж/т.у.т.; 'Ид1*, Лтр - средние за отопительный период КПД выработки и транспортировки теплоты в децентра-ГДД_

лизованной системе; коэффициент эффективности регулирования отопи-

тельной нагрузки в ДЦ системе; С„„ - удельные капвложения в систему отопления, приходящиеся на единицу номинальной теплоотдачи нагревательных приборов, рубУВт; Сдцс.- удельные капвложения в децентрализованную систему теплоснабжения, приходящиеся на единицу номинальной тепловой мощности источника, рубУВт; t, - расчётная температура внутреннего воздуха, 0С;

- расчётная отопительная температура наружного воздуха, к - то же, что в формуле (15).

Формула (13) справедлива в частном случае, когда величина удельных капвложений в децентрализованную систему теплоснабжения не зависит от установленной мощности теплоисточника, то есть при Сдцс = const. Анализ же реальных значений данного показателя, выполненный на примере типоряда блочных котельных выпускаемых предприятием ОАО "Сарэнергомаш", показывает, что в действительности его величина уменьшается с ростом номинальной теп-

/-«ном

лопроизводительности источника

Полученные эмпирические зависимости Сдцс = HQm"") представлены в виде графиков на рис.4. На этих графиках точками показаны действительные значения Сдцс» рассчитанные на основании прайс-листов завода СарЗЭМ по состоянию на январь 2004 года. Сплошными линиями показаны кривые, построенные по аппроксимирующим функциям у = а-хк, которые, применительно к

данным условиям, имеют следующий конкретный вид

чномчк

ддс

:а-(дГТ

(15)

где а, к - эмпирические коэффициенты.

О 200 400 600 800 1000 Номинальная теплонроизводительность котельной, кВт

Рис 4 Зависимость удельных капвложений от номинальной теплопроизводительности блочных котельных полной заводской готовности, выпускаемых заводом СарЗЭМ

Математическая обработка, выполненная с использованием метода наименьших квадратов, позволила получить следующие численные значения эмпирических коэффициентов:

-для типоряда блочных котельных на базе котлов СарЗЭМ-100 а =13,7 и к = -0,34;

- для типоряда блочных котельных на базе котлов СарЗЭМ-0,25 и Сар-ЗЭМ-0,5а=232ик = -0,69.

Погрешность полученной эмпирической зависимости не превышает 2,2%. Значение {^"Х,,, , кВт, в формуле (15) определяется по следующей

формуле (при -> р;;0"

где

- рас-

Р, - площадь поверхности ьой ограждающей конструкции, м ; (30, четные теплопотери через окна здания, кВт; - расчетный расход теплоты

на нагрев вентиляционного или инфильтрирующегося воздуха, требуемого по нормам воздухообмена, кВт; - расчетная тепловая нагрузка на горячее водоснабжение здания, кВт.

Последовательная подстановка выражений (16) в (15) и (14) позволяет получить систему, которая может быть решена относительно оптимальных сопротивлений теплопередаче всех ограждающих конструкций лишь итерационным методом последовательных приближений. В качестве первого приближения исполь-

зуется значения R^, расчитанные по формуле (13), а во всех последующих по формуле (14). Опыт показывает, что при указанном методе сходимость нарастает очень быстро, и требуемая точность достигается за 2-3 итерации. Для облегчения практической реализации предлагаемой методики оптимизации разработана специальная компьютерная программа в форме электронных таблиц Microsoft Excel.

В пятой главе представлен "Пакет прикладных программ к расчёту энергетических паспортов жилых и общественных зданий" разработанный в качестве электронного приложения к ТСН Саратовской области. Этот программный продукт предназначен для сокращения трудоёмкости и унификации расчёта показателей энергетической эффективности жилых и общественных зданий, и содержит унифицированные формы энергетических паспортов 15 основных типов зданий. Каждая форма отличается от других методиками определения средней по зданию кратности вентиляционного воздухообмена, методикой подсчёта удельных бытовых тепловыделений, а также заложенными в программу исходными данными и условиями, соответствующими специфике объектов данной категории. Пакет разработан с учетом требований ныне действующих нормативных документов федерального и регионального уровней, а также предложенных в настоящей работе нормативов удельного теплопотребления общественных зданий. Независимая структура обеспечивает возможность неограниченного расширения пакета путем введения в него дополнительных форм энергетических паспортов зданий, не охваченных ни одной из представленных основных категорий. Пакет имеет простую и наглядную структуру, позволяющую при наличии пользовательских навыков в работе с персональным компьютером и знании нормативной документации применять его в работе без специального обучения.

Основные выводы

1. Разработана математическая модель и получена расчётная зависимость для определения минимального уровня удельного теплопотребления на отопление зданий различной этажности, имеющих сложную конфигурацию. Модель учитывает специфику объёмно-планировочных решений, проектные ограничения, конструктивные особенности зданий различных категорий, а также бытовые теплопоступления и вентиляционные воздухообмены, оказывающие большое влияние на уровень теплопотребления общественных зданий. На основании сравнительного анализа результатов многовариантного расчёта, выполненного с использованием разработанной модели, установлено, что нормативы удельного теплопотребления для жилых и общественных зданий одинаковой этажности должны быть различными.

2. Обоснованы нормативы удельного теплопотребления зданий общеобразовательных учреждений, учитывающие специфику данной категории зданий и рационально дифференцированные по этажности. Практическая реализация предлагаемых нормативов позволит получить дополнительную экономию тепловой энергии на отопление зданий данной категории от 7,5 до 12,5% в зависимости от этажности.

3. Сформулированы принципы и научно обоснована аналитическая методика системной оптимизации теплопотребления при децентрализованном теплоснабжении зданий, позволяющая определить оптимальные сопротивления

теплопередаче для всех наружных ограждающих конструкций здания (стены, чердачные и подвальные перекрытия), а также учитывающая зависимость величины удельных капвложений в децентрализованную систему теплоснабжения от установленной тепловой мощности источника.

4. Разработан пакет прикладных программ, позволяющий ускорить, существенно упростить и унифицировать процедуру составления энергетического паспорта здания. В базу данных пакета прикладных программ введены научно обоснованные в настоящей работе нормативы удельного теплопотребления общественных зданий.

5. Разработанный "Пакет прикладных программ к расчёту энергетических паспортов жилых и общественных зданий" прошёл государственную вневедомственную экспертизу Госстроя в территориальном управлении Главгос-экспертизы России по Саратовской области (Заключение № 01-14/46 от 17.03.2003) и утверждён приказом №106 Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Саратовской области от 20.05.2003 г. в качестве обязательного приложения к территориальным строительным нормам ТСН 23-305-99 СарО "Энергетическая эффективность в жилых и общественных зданиях. Нормативы по теплозащите зданий".

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях

1. Семёнов Б.А., Иващенко Ю.Г., Старостин Г.Г., Щербаков В.В. Определение оптимального расчётного расхода тепловой энергии на отопление зданий заданной ширины и объёма // Рациональные энергосберегающие конструкции, здания и сооружения в строительстве и коммунальном хозяйстве. Международная науч.-практич. конференция, Белгород, 26-28 ноября 2002 г. Лично автором выполнено 1с.

2. Семёнов Б.А., Иващенко Ю.Г., Щербаков В.В., Гордеев А.Г. Пакет прикладных программ к расчёту энергетических паспортов жилых и общественных зданий. Энергосбережение в Саратовской области, № 1 2003 г. Лично автором выполнено 0,2с.

3. Семенов Б.А., Хомякова О.П., Щербаков В.В. Сравнение оптимальных и нормативных значений удельных линейных тепловых потерь в условиях двухтрубной канальной прокладки трубопроводов // Вопросы совершенствования систем теплоснабжения и вентиляции. Межвуз. научн. сб., Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2002. С. 52 -58. Лично автором выполнено 1с.

4. Семенов Б.А., Щербаков В.В. Анализ показателей удельного потребления тепловой энергии на отопление типовых зданий образовательных учреждений. // Вопросы совершенствования систем теплоснабжения и вентиляции. Межвуз. научн. сб., Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2002. С. 28-33. Лично автором выполнено 2с.

5. Семенов Б.А., Щербаков В.В. Результаты оптимизации располагаемого перепада давления в системе отопления типовой блок-секции десятиэтажного дома // Энергосбережение и эффективность систем теплогазоснаб-жения и вентиляции. Межвуз. научн. сб., Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2000. - С. 78-84. Лично автором выполнено 1с.

6. Семенов Б.А., Щербаков В.В. Усовершенствованная версия электронного энергетического паспорта здания к территориальным строительным нормам Саратовской области // Межвуз. научн. сб. Актуальные вопросы энергосбережения и повышения эффективности систем теплогазоснабжения, энергетических сетей и комплексов. - Саратов: СГТУ, 2001. - С. 151-156. Лично автором выполнено 1с.

7. Семенов Б.А., Щербаков В.В. Экспресс-оценка рациональности многослойной теплозащиты методом эквивалентного слоя // Повышение эффективности систем теплогазоснабжения и вентиляции. Межвуз. научн. сб., Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 1999. - С. 82-93. Лично автором выполнено 2с.

8. Семенов Б.А., Щербаков В.В., Гордеев А.Г. Выбор установленной мощности автономных теплоисточников на основе системной оптимизации теплопотребления здания // Актуальные вопросы промышленной теплоэнергетики и энергосбережения. Межвуз. научн. сб., Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2004. - С. 212-223. Лично автором выполнено 1с.

9. Щербаков В.В. Обоснование нормативов удельного теплопотребле-ния на отопление общественных зданий на примере общеобразовательных школ // Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности. Материалы четвёртой Российской науч.-техн. коференции, Ульяновск, 2425 апреля 2003 г., т.1, Ульяновск: УлГТУ, 2003.388с. Лично автором выполнено 5с.

Подписано в печать 18.11.2004г. Формат 60x84 1/16. Уч.-изд.лЛ.О Усл. печ. л.1,1. Бумага писчая. Тираж 100 экз. Заказ № 558.

Отпечатано: отдел оперативной полиграфии Воронежского

гос. арх. - строит, университета. 394006, Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84.

1217 53

РНБ Русский фонд

2005-4 21174

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЙ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Уровень и структура удельного теплопотребления в строительстве.

1.2. Проблемы рационального использования энергетических ресурсов при эксплуатации зданий.

1.3. Целесообразность раздельного нормирования уровня удельного теплопотребления жилых и общественных зданий.

1.4. Энергетическая паспортизация зданий.

1.5. Эффективность децентрализации теплоснабжения.

Выводы по главе 1.

Глава 2. ОЦЕНКА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ И ПОТЕНЦИАЛА ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ СУЩЕСТВУЮЩИХ ОБЩЕСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ТИПОВЫХ ПРОЕКТОВ.

2.1. Методика расчёта потребности здания в тепловой энергии на отопление в течение отопительного периода.

2.2. Определение уровня удельного теплопотребления существующих общественных зданий.

2.3. Определение мер по снижению удельного теплопотребления существующих общественных зданий до уровня, требуемого современными нормами.

Выводы по главе 2.

Глава 3. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ И МЕТОДИКИ РАСЧЁТА НОРМАТИВОВ УДЕЛЬНОГО ТЕПЛОПОТРЕБЛЕНИЯ НА ОТОПЛЕНИЕ ОБЩЕСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ.

3.1 Анализ существующей математической модели энергетической эффективности объёмно-планировочных решений жилых зданий.

3.2. Оценка показателей компактности зданий различной формы.

3.3. Разработка обобщённой математической модели для анализа энергетической эффективности объёмно-планировочных решений зданий сложной конфигурации.

3.4. Обоснование нормативов удельного потребления тепловой энергии на отопление общественных зданий на примере климатических условий г. Саратова.

Выводы по главе 3.г.

Глава 4. СИСТЕМНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕПЛОПОТРЕБЛЕНИЯ ПРИ ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННОМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИИ ЗДАНИЙ ОТ АВТОНОМНЫХ ИСТОЧНИКОВ.

4.1. Общая постановка задачи с разработкой приближённой математической модели.

4.2. Уточнение математической модели с учётом зависимости удельных капвложений в автономный теплоисточник от установленной мощности.

4.3 Алгоритм итерационного расчёта.

4.4. Пример практического использования разработанной методики.

Выводы по главе 4.

Глава 5. РАЗРАБОТКА "ПАКЕТА ПРИКЛАДНЫХ ПРОГРАММ ДЛЯ РАСЧЁТА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПАСПОРТОВ ЖИЛЫХ И ОБЩЕСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ".

5.1. Электронный энергетический паспорт здания.

5.2. Краткое описание пакета прикладных программ.

5.3. Содержание электронных форм энергетических паспортов пакета прикладных программ.

5.4. Методики расчёта вентиляционных воздухообменов для различных категорий жилых и общественных зданий.

5.5. Методики расчёта бытовых теплопоступлений для различных категорий жилых и общественных зданий.

5.6. Контроль теплотехнических и энергетических показателей. 113 Выводы по главе 5.

Актуальность работы: ежегодно в России расходуется около 365 млн. т у.т. тепловой энергии, из которых на жилищно-коммунальное хозяйство приходится 117 млн. т у.т. (из них 78% на отопление), на промышленность 197 млн. т у.т., на сельское хозяйство 11 млн. т у.т. и 40 млн. т у.т. расходуют сельские здания. Очевидно, что здания потребляют около 43% тепловой энергии. Для сравнения в западных странах здания потребляют 20-22% тепловой энергии. И этот показатель характерен не только для стран с относительно тёплым климатом, но и для стран сопоставимых по климатическим условиям с Россией, таких, например как Швеция и Финляндия. Значительное превышение потребления тепловой энергии зданиями в России по сравнению с западными странами обуславливается существовавшей, до недавнего времени, несовершенной нормативно-технической базой строительства и, как следствие, низким уровнем теплозащиты ограждающих конструкций зданий, нерациональными архитектурно - планировочными решениями, отсутствием энергосберегающего инженерного оборудования, средств автоматизации и учёта теплоты, и другими факторами.

Основным показателем эффективности использования энергии на отопление является удельный расход топлива на 1м2 площади отапливаемых помещений. Сопоставление этого показателя с наилучшими значениями, достигнутыми в других странах, близких России по климатическим условиям, позволяет констатировать у нас 2 - 2,5 кратный перерасход энергии в этой сфере. В целом по России расходы на отопление составляют 55 кг

О О у.т./(м -год) и на горячее водоснабжение 19 кг у.т./(м -год), то есть в сумме

9 л

74 кг у.т./(м -год). Для сравнения: здания в ФРГ расходуют 34 кг у.т./(м -год), Швеции и Финляндии по 18 кг у.т./(м -год).В настоящее время перерасходы теплоты на отопление жилых и общественных зданий относительно необходимых энергозатрат по разным оценкам составляют от 111 до 153%.

Вышеизложенное свидетельствует о том, что в существующих зданиях имеются большие резервы экономии топлива и тепловой энергии, реализовать которые можно только на основе методов системного анализа и оптимизации. Настоящая работа посвящена решению проблемы сокращения потребления тепловой энергии на отопление общественных зданий.

Основные разделы представленной работы были выполнены в соответствии со следующими планами и программами:

- по гранту Министерства образования России за 1998-2000 годы, код ГАСНТИ 44.09.29 раздел С-096 "Экономия топлива и тепловой энергии", направление 06 "Методы экономии природного газа в децентрализованных системах теплоэнергоснабжения", проект "Разработка методов экономии природного газа при создании децентрализованных источников и систем энергоснабжения промышленных предприятий и населённых пунктов";

- в рамках программы Министерства образования России за 2000 год "Научное, научно-методическое, материально-техническое и информационное обеспечение системы образования", подпрограмма 013 "Разработка и реализация федерально-региональной политики в области науки и образования", тема СГТУ-245 (2324) "Разработка регионального отраслевого руководящего документа по оценке теплотехнических характеристик и технико-экономическому обоснованию усиления теплозащиты ограждающих конструкций зданий и сооружений общеобразовательных учреждений".

- в рамках той же программы и подпрограммы 013 за 2000 год, по теме СГТУ-246 (2310) "Разработка типовой методики комплексных энергетических обследований объектов образовательных учреждений";

- в рамках "Губернаторской программы энергосбережения в Саратовской области на 1998-2005 годы", утверждённой постановлением Правительства № 33-П от 30.04.98 по тематическому плану Министерства строительства и архитектуры Саратовской области за 1999 год, тема "Разработка территориальных строительных норм энергетической эффективности жилых и общественных зданий ТСН-23-305-99".

Цель диссертационной работы: теоретическое обоснование и разработка методики повышения энергоэффективности и нормирования теплопо-требления общественных зданий.

Задачи исследования:

1. Оценка эффективности действующих норм и фактического уровня удельного теплопотребления общественных зданий на основе анализа типовых проектов;

2. Разработка обобщённой математической модели для анализа энергетической эффективности и оптимизации объёмно-планировочных решений общественных зданий сложной конфигурации;

3. Теоретическое обоснование нормативов удельного потребления тепловой энергии на отопление общественных зданий в климатических условиях г. Саратова;

4. Обоснование принципов и разработка методики системной оптимизации теплопотребления в автономной энергосистеме "здание - теплоисточник" при децентрализованном теплоснабжении.

5. Разработка прикладных программ к расчёту энергетических паспортов различных категорий общественных зданий с учётом предложенных нормативов удельного теплопотребления;

Научная новизна:

1. Предложена математическая модель и получена расчётная зависимость для обоснования нормативов удельного теплопотребления на отопление зданий общественного назначения, имеющих сложную конфигурацию;

2. Обоснованы нормативы удельного теплопотребления зданий общеобразовательных школ, учитывающие специфику расчёта вентиляционных воздухообменов, бытовых теплопоступлений, оптимальную конфигурацию зданий и рационально дифференцированные по этажности;

3. Разработана методика системной оптимизации теплопотребления зданий при децентрализованном теплоснабжении от автономного источника.

4. Разработаны алгоритмы расчёта показателей энергоэффективности различных категорий общественных зданий, использованные при создании "Пакета прикладных программ к расчёту энергетических паспортов жилых и общественных зданий";

5. Разработан ряд локальных методик для расчёта элементов энергетического паспорта, в том числе: методика расчёта вентиляционных воздухо-обменов, бытовых теплопоступлений, методика определения экономии условного топлива от реализации энергосберегающих мероприятий;

Практическую ценность имеют следующие результаты работы:

1. Разработанный и внедрённый в практику всех проектных организаций г. Саратова "Пакет прикладных программ к расчёту энергетических паспортов жилых и общественных зданий" (приложение к ТСН 23-05-99 СарО).

2. Предложенные в работе нормативы удельного потребления тепловой энергии на отопление общественных зданий, позволяющие сократить удельное теплопотребление общественных зданий на 7,5-И 2,5% в зависимости от этажности.

Реализация результатов: "Пакет прикладных программ к расчёту энергетических паспортов жилых и общественных зданий" прошёл государственную вневедомственную экспертизу Госстроя в территориальном управлении Главгосэкспертизы России по Саратовской области (Заключение № 0114/46 от 17.03.2003) и утверждён приказом №106 Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Саратовской области от 20.05.2003г. в качестве обязательного приложения к территориальным строительным нормам ТСН 23-305-99 СарО "Энергетическая эффективность в жилых и общественных зданиях. Нормативы по теплозащите зданий". Пакет используемся в качестве обязательного приложения к ТСН при проектировании, строительстве, экспертизе проектных решений, реконструкции и капитальном ремонте жилых и общественных зданий всеми проектными и изыскательскими организациями Саратовской области.

Апробация работы: основные результаты работы докладывались и обсуждались на: научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов по итогам научно-исследовательской и учебно-методической работы за 2002 год (Саратов, СГАУ, январь 2003 г.); четвёртой Российской научно-технической конференции "Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности" (Ульяновск, УлГТУ, апрель 2003 г.); всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных "Энерго- и ресурсосбережение и нетрадиционные возобновляемые источники энергии" (Екатеринбург, УГТУ-УПИ, декабрь 2003 г.); ежегодных научно-технических конференциях и научных семинарах кафедры "Теплогазоснаб-жение и вентиляция СГТУ (Саратов, 2000-2004 гг.) и кафедры "Промышленная теплотехника" (Саратов, 2003-2004 гг.)

Публикации: результаты исследований опубликованы в 9 печатных работах.

На защиту выносятся:

1. Обобщённая математическая модель для анализа энергетической эффективности и оптимизации теплопотребления зданий сложной конфигурации.

2. Научно - обоснованные нормативы удельного потребления тепловой энергии на отопление общественных зданий в климатических условиях г. Саратова, учитывающие специфику расчёта вентиляционных воздухооб-менов, бытовых теплопоступлений, оптимальную конфигурацию зданий и позволяющие дополнительно сократить удельное теплопотребление общественных зданий относительно уровня, установленного ТСН, на 7,5-42,5% в зависимости от этажности.

3. Методика системной оптимизации теплопотребления при децентрализованном теплоснабжении зданий от автономного источника.

4. Пакет прикладных программ к расчёту энергетических паспортов различных категорий общественных зданий, содержащий 15 типов электронных таблиц, учитывающих специфику зданий различного назначения.

ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработана математическая модель и получена расчётная зависимость для определения минимального уровня удельного теплопотребления на отопление зданий различной этажности, имеющих сложную конфигурацию. Модель учитывает специфику объёмно-планировочных решений, проектные ограничения, конструктивные особенности зданий различных категорий, а также бытовые теплопоступления и вентиляционные воздухообмены, оказывающие большое влияние на уровень теплопотребления общественных зданий. На основании сравнительного анализа результатов многовариантного расчёта, выполненного с использованием разработанной модели, установлено, что нормативы удельного теплопотребления для жилых и общественных зданий одинаковой этажности должны быть различными.

2. Обоснованы нормативы удельного теплопотребления зданий общеобразовательных учреждений, учитывающие специфику данной категории зданий и рационально дифференцированные по этажности. Практическая реализация предлагаемых нормативов позволит получить дополнительную экономию тепловой энергии на отопление зданий данной категории от 7,5 до 12,5% в зависимости от этажности.

3. Сформулированы принципы и научно обоснована аналитическая методика системной оптимизации теплопотребления при децентрализованном теплоснабжении зданий, позволяющая определить оптимальные сопротивления теплопередаче для всех наружных ограждающих конструкций здания (стены, чердачные и подвальные перекрытия), а также учитывающая зависимость величины удельных капвложений в децентрализованную систему теплоснабжения от установленной тепловой мощности источника.

4. Разработан пакет прикладных программ, позволяющий ускорить, существенно упростить и унифицировать процедуру составления энергетического паспорта здания. В базу данных пакета прикладных программ введены научно обоснованные в настоящей работе нормативы удельного теплопотребления общественных зданий.

5. Разработанный "Пакет прикладных программ к расчёту энергетических паспортов жилых и общественных зданий" прошёл государственную вневедомственную экспертизу Госстроя в территориальном управлении Главгосэкспертизы России по Саратовской области (Заключение № 01-14/46 от 17.03.2003) и утверждён приказом №106 Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Саратовской области от 20.05.2003 г. в качестве обязательного приложения к территориальным строительным нормам ТСН 23-305-99 СарО "Энергетическая эффективность в жилых и общественных зданиях. Нормативы по теплозащите зданий".

ВНЕДРЕНИЕ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

В качестве документов, подтверждающих эффективность и объём внедрения результатов настоящей работы, в приложениях 6, 7, 8 представлены: акт о внедрении; заключение территориального управления государственной вневедомственной экспертизы при Госстрое России по Саратовской области № 637 от 4.03.03 о пакете прикладных программ к расчёту энергетических паспортов жилых и общественных зданий с рекомендациями по применению; приказ № 106 от 20 мая 2003 г. по Министерству строительства и жилищно-коммунального хозяйства "О принятии пакета прикладных программ к расчёту энергетических паспортов жилых и общественных зданий в качестве обязательного приложения к территориальным строительным нормам ТСН 23-305-99 СарО", подписанный Министром строительства и жилищно-коммунального хозяйства правительства Саратовской области В.Н. Есико-вым.

1. Автоматизированные системы теплоснабжения и отопления /С .А. Чистович, В.К. Аверьянов и др. - Л.: Стройиздат, 1987. - 160 с.

2. Алпатов Б.П., Сотникова О.А., Куцыгина О.А. Выбор проектного варианта системы децентрализованного теплоснабжения //Тез. междунар. на-учн.- техн. конф. Проблемы охраны производственной и окружающей среды. Волгоград: ВолгГАСА, 1997. - С. 129-130.

3. Андрющенко А.И., Николаев Ю.Е., Семенов Б.А. Проблемы развития систем теплофикации городов // Проблемы энергетики, 2003. №5-6. - С. 95104.

4. Богословский В.Н. Строительная теплофизика. М: Высшая школа. 1982.-415 с.

5. Богословский В.Н. Тепловой режим зданий. М.: Стройиздат, 1979.-248 с.

6. Богословский В.Н. Три аспекта создания здания с эффективным использованием энергии // АВОК, 1998. № 3.

7. Богословский В.Н., Матросов Ю.А., Могутов В.А., Бутовский И.Н. К вопросу об энергетической концепции проектирования зданий // Жил. стр-во, 1992.-№8.-С.7-10.

8. Богуславский Л.Д. Снижение расхода энергии при работе систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. М.: Стройиздат, 1982.-257с.

9. Богуславский Л.Д. Экономика теплозащиты зданий. М.: Стройиздат, 1971.- 120 с.

10. Ю.Богуславский Л.Д. Экономическая эффективность оптимизации уровня теплозащиты зданий. М.: Стройиздат, 1981. - 102 с.

11. П.Богуславский Л.Д. Экономия теплоты в жилых зданиях. М.: Стройиздат 1990. - 120 с.

12. Богуславский JI.Д. Экономия электроэнергии, воды и теплоты в жилых зданиях: Вопросы и ответы. Справочное пособие. М.: Стройиздат, 1991.- 160 с.

13. Богуславский Л.Д., Симонова А.А., Митин М.Ф. Экономика теплоснабжения и вентиляции. М.: Стройиздат, 1988. - 351 с.

14. Болдырев A.M., Мелькумов В.Н., Сотникова О.А., Куцыгина О.А., Алпатов Б.П. Автономное теплоснабжение. Воронеж: 1999. - 488 с.

15. Бродач М.М. Повышение тепловой эффективности здания оптимизационными методами // Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук. М.: 1988. - 23 с.

16. Бродач М.М. Энергетический паспорт здания // АВОК, 1993, № 1 / 2. С. 22-23.

17. Бутовский И.Н., Матросов П.Ю. Наружная теплоизоляция эффективное средство повышения теплозащиты стен зданий // Жилищное строительство, 1996, № 9. - С. 7-10.

18. Бутовский И.Н., Матросов Ю.А. Критерии выбора уровня тепловой защиты здания // Жилищное строительство, 1991, № 2. С. 19-21.

19. Бутовский И.Н., Матросов Ю.А. Сопоставление отечественных и зарубежных норм расчёта теплозащиты зданий. Обзорная информация. // Серия "Инженерно технические основы строительства", вып. 4. - М.: ВНИ-ИНПИ, 1989.-81 с.

20. Бутовский И.Н., Матросов Ю.А. Энергетическая концепция теплотехнического проектирования зданий. Экспресс-информация. Серия "Строительные конструкции и материалы"/ ВНИИНТПИ, Вып.1. М.: 1991, -С. 42-46.

21. Внутренние санитарно-технические устройства. Справочник проектировщика. Часть 1. Отопление / В.Н. Богословский, Б.А. Крупнов, А.Н. Сканави и др.; под ред. Староверова И.Г. и Ю.И.Шиллера. 4-е изд. - М.: Стройиздат, 1990. - 344 с.

22. ГОСТ 12.1.005-88. ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.

23. Гранум X. Оптимизация теплоизоляции зданий (Трондхеймский университет, Норвегия) // Экономия энергии при застройке городов. М.: Стройиздат, 1983. - С.304-331.

24. Денисов П.П. Показатели влияния объемно-планировочного решения здания на расход тепла // Жилищное стр-во, 1981. № 1. - С. 9-10.

25. Денисов П.П. Теплоэнергетическая оценка объемно планировочных решений зданий // Жилищное строительство, 1991. - № 7. - С. 4-8.

26. Дроздов В.А., Кармилов С.С., Табунщиков Ю.А., Матросов Ю.А. Пути экономии энергии при строительстве и эксплуатации зданий // Жилищное строительство, 1981, № 10. С. 27-31.

27. Дросте Д., Кищенко С., Усиевич В. Реконструкция зданий вопрос не только финансовый. Информация об энергосберегающих технологиях // Энергетический центр ЕС, АВОК, 1996. - № 6. - С.28-30.

28. Здание с эффективным использованием энергии // АВОК, 1993, № 1/2. С. 28-32.

29. Иванов Г.С. Дисконтирование при определении эффективности энергосбережения 6 зданиях.// Жил. стр-во 1995, № 9. С.14-17.

30. Иванов Г.С. Концепция ресурсосбережения при строительстве и эксплуатации жилых зданий // Жилищное строительство, 1991, № 11. С. 811.

31. Ильинский В.М. Строительная теплофизика. М.: Стройиздат, 1974. -315 с.

32. Калмаков А.А., Кувшинов Ю.Я. , Романова С.С. Щелкунов С.А. Автоматика и автоматизация систем теплогазоснабжения и вентиляции. М.: Стройиздат, 1986. - 479 с.

33. Концепция энергетической политики России. М.: Минатомэнер-го, 1992. - 67 с.

34. Короткое С.Н. О нормировании и экономии топлива и энергии в зданиях // Промышленное строительство, 1985, № 5. С. 39-40.

35. Кристоферсен Е. Потребление энергии в Дании и пути её сохранения // Экономия энергии при застройке городов. -М.: Стройиздат, 1983. -С.103-110.

36. Курицын Б.Н., Усачев А.П., Шамин О.Б. Оптимизация тепловой защиты в условиях неопределенности конвертирования цен // IV международный съезд АВОК. М.: АВОК, 1995. - С. 43-48.

37. Лыков А.В. Теоретические основы строительной теплофизики. -Минск, 1961.-365 с.

38. Макаров А.А., Чупятов В.П. Возможности энергосбережения и пути их реализации // Теплоэнергетика, 1995, № 6. С. 2-6.

39. Матросов Ю.А., Бутовский И.Н. Концепция развития методов теплотехнического нормирования, расчёта и проектирования энергоэффективных зданий // Теплотехнические качества и микроклимат жилища. Труды ЦНИИЭП жилища. М.: 1991. - С. 15-23.

40. Матросов Ю.А., Бутовский И.Н. Москва уже сегодня возводит здания с эффективной теплозащитой // АВОК, 1997. № 6. - С.12-14.

41. Матросов Ю.А., Бутовский И.Н. Нормирование теплотехнических характеристик зданий с эффективным использованием энергии // АВОК, 1995, №5/6.-С. 10-12.

42. Матросов Ю.А., Бутовский И.Н. Поэлементное теплотехническое нормирование ограждающих конструкций зданий // Жилищное строительство, 1995, № 12 . С. 6-10.

43. Матросов Ю.А., Бутовский И.Н. Стратегия по нормированию теплозащиты зданий с эффективным использованием энергии // Жилищное строительство, 1999. № 1-3. - С.2-5, 8-9, 13-15.

44. Матросов Ю.А., Бутовский И.Н., Бродач М.М. Здания с эффективным использованием энергии // АВОК № 3-4, 1996. С. 3-6.

45. Матросов Ю.А., Бутовский И.Н., Голдштейи Д. Новая концепция нормирования теплозащиты зданий // Энергетическая эффективность, ЦЭ-НЭФ, 1994, №5. -С. 2-5.

46. Матросов Ю.А., Могутов В.А., Бутовский И.Н. О новых подходах, заложенных в проекте изменений СНиП Строительная теплотехника // АВОК, 1994. № 5-6. - С. 30-33.

47. Матюгина Э.Г. О повышении уровня теплозащиты наружных ограждающих конструкций // Жилищное строительство, 1996, № 9. С. 10-11.

48. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов и их отбору для финансирования. Официальное издание // Утверждено: Госстрой России № 7-12/47. - М.: Информэлектро, 1994. - 78 с.

49. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов и их отбору для финансирования. Официальное издание / Утверждено: Госстрой России № 7-12/47. - М.: Информэлектро, 1994, - 78 с.

50. Мижеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М.: Стройиз-дат, 1973.-283 с.

51. Новая энергетическая политика России. -М.: Энергоатомиздат, 1995.-512 с.

52. Отопление и вентиляция жилых зданий. Справочное пособие к СНиП. -М.: Стройиздат, 1990. 24 с.

53. Отопление и вентиляция: Учебник для вузов в 2-х частях / В.Н. Богословский, В.И. Новожилов, Б.Д. Симаков, В.П. Титов. Под ред. В.Н. Богословского. М.: Стройиздат. 1991. - 736с.

54. Политика экономии энергии в зданиях // Документ рабочей группы по строительству от 17.10.84 комитета по жилищному вопросу, строительству и градостроительству ЕЭК ООН.

55. Пособие к МГСН 2.01-99. Энергосбережение в зданиях, вып. 1.

56. Постановление Министерства строительства Российской Федерации № 18-81 от 11.08.95 "О принятии изменения № 3 строительных норм и правил СНиПа И-3-79 Строительная теплотехника". БСТ № 10, 1995. С. 2223.

57. Рекомендации по определению тепловой эффективности жилых зданий в зависимости от объемно-планировочных решений // ЦНИИЭП жилища -М.: 1979. 62 с.

58. Реттер Э.И., Стриженов С.И. Аэродинамика зданий. М.: Стройиз-дат, 1968.-275 с.

59. Ржеганек. Я., Яноуш. А. Снижение теплопотерь в зданиях (пер. с чешского). -М.: Стройиздат, 1988. 165 с.

60. Руководство по проектированию автономных источников теплоснабжения.

61. Сафонов А.П. Автоматизация систем централизованного теплоснабжения. М.: Энергия, 1974. - 125 с.

62. Сахаров Г.П., Стрельбицкий В.П., Воронин В.А. Поиск рациональных решений в коммунальной сфере // Строительная газета № 3, 1999. -С. 7.

63. Сахаров Г.П., Стрельбицкий В.П. Об оценке теплозащитных свойств ограждающих конструкций // Жилищное строительство, 1996. № 5. -С. 19-21.

64. Семенов Б.А. Нестационарная теплопередача и эффективность теплозащиты ограждающих конструкций зданий. Саратов: СГТУ, 1996. - 176 с.

65. Семёнов Б.А. Новые территориальные нормативы удельных расходов теплоты на отопление зданий // Проблемы развития энергетики России и Поволжья: Материалы межвуз. научн. конф. Самара: Самарский гос. техн. ун-т, 2000. - С. 13-19.

66. Семенов Б.А. Региональные нормативы теплозащиты зданий // Строительство 2000. Материалы международн. научно-практической конференции. Ростов-на Дону: 2000. - С. 105-106.

67. Семенов Б.А. Теплотехническая эффективность блокировки зданий // Межвуз. научн. сб. Актуальные вопросы энергосбережения и повышения эффективности систем теплогазоснабжения, энергетических сетей и комплексов. Саратов: СГТУ, 2001. - С. 15-23.

68. Семенов Б.А. Экономическая целесообразность усиления теплозащиты существующих зданий // Научн. сб. Проблемы научно-технического прогресса в строительстве в преддверии нового тысячелетия. Пенза: 1999. -С. 135-137.

69. Семёнов Б.А., Иващенко Ю.Г., Щербаков В.В., Гордеев А.Г. Пакет прикладных программ к расчёту энергетических паспортов жилых и общественных зданий. Энергосбережение в Саратовской области, № 1 2003 г.

70. Семенов Б.А., Щербаков В.В. Экспресс-оценка рациональностиIмногослойной теплозащиты методом эквивалентного слоя // Повышение эффективности систем теплогазоснабжения и вентиляции. Межвуз. научн. сб., Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 1999. С. 82-93.

71. СНиП 2.04.05-91*. Отопление, вентиляция и кондиционирование. -М.: АПП ЦИТП Минстроя России, 1992. 64 с.

72. СНиП 2.08.01-89*. Жилые здания.

73. СНиП 2.08.02-89*. Общественные здания и сооружения.

74. СНиП 23-01-99. Строительная климатология. М.: ГУП ЦПП Госстроя России, 2000. - 57 с.

75. СНиП 23-05-95. Естественное и искуственное освещение.

76. СНиП И-3-79*. Строительная теплотехника. -М.: ГУП ЦПП Госстроя России, 1998. 29 с.

77. Соловьев Ю.П. Проектирование теплоснабжающих установок промышленных предприятий. 2-е изд. М.: Энергия, 1978. - 192 с.

78. Сотникова О.А. Децентрализованное теплоснабжение. Воронеж: 1999.-124 с.

79. Сотникова О.А, Болдырев A.M., Мелькумов В.Н. Автономное теплоснабжение. Воронеж: 1999. - 488 с.

80. СП 23-101-2000. Проектирование тепловой защиты зданий.

81. Степанов B.C., Степанова Т.Б. Эффективность использования энергии. Новосибирск: Наука, 197. - 96 с.

82. Строительный каталог. 4.2. Типовые проекты зданий и сооружений.

83. Табунщиков Ю.А., Бродач М.М. Научные основы проектирования энергоэффективных зданий // АВОК, 1998. № 1. - С. 12-14.

84. Типовая методика определения экономической эффективности капитальных вложений. -М.: Экономика, 1980. 50с.

85. Тодеско Ж. Энергоэффективные здания // АВОК № 2Ю 1997. С.6.14.

86. ТСН 23-301-2000 Ярославской области. Теплозащита зданий жилищно-гражданского строительства.

87. ТСН 23-304-99 МГСН. Энергосбережение в зданиях. Нормативы по теплозащите и тепловод©электроснабжению.

88. ТСН 23-305-99 СарО. Энергетическая эффективность в жилых и общественных зданиях. Нормативы по теплозащите. Издание официальное. -Саратов, 1999. 55 с.

89. ТСН 23-309-2000 Тверской области. Энергетическая эффективность в жилых и общественных зданиях. Нормативы по теплозащите.

90. ТСН 23-311-2000 Смоленской области. Энергетическая эффективность в жилых и общественных зданиях. Нормативы по теплозащите.

91. ТСН 23-313-2000. Энергетическая эффективность в жилых и общественных зданиях. Нормативы по теплозащите.

92. ТСН 23-318-2000 Республики Башкортостан. Тепловая защита зданий. Издание официальное. Уфа: 2000. -58с.

93. Фокин К.Ф. Строительная теплотехника ограждающих частей зданий. М.: Стройиздат, 1973. —238 с.

94. Чаплицкая В.Л., Кутуев С.Б. К оценке теплозащиты зданий // Жилищное строительство, 1989, № 6. С. 7-8.

95. Шкловер A.M., Васильев Б.Ф., Ушков Ф.В. Основы строительной теплотехники. М.: Стройиздат, 1956. - 412 с.

96. Эккерт Э.Р., Дрейк P.M. Теория тепло- и массообмена. М.: Стройиздат, 1961. - 373 с.

97. Энергетическая стратегия России (Основные положения). М.: Минтопэнерго, 1994. -76 с.

98. Building Regulations 1995, Denmark, 1995.

99. National Energy Code of Canada for Buildings, Canada, 1997.

100. Thermal Performance of Buildings, DIN prEN 832, European Standard, CEN. -Brussels: 1998. 24p.

101. CEN/TC 89 N 293 E, September 1993, final draft pr EN 32573 1 valid as EN.

102. CEN/TC 89/w 92 N 355E; CEN/TC 89/w 93 N 357E.

103. Draft pr EN 832: 1994 E, 1994 10 - Draft Standart.

104. Kontrollierte Be und Entluftung mit Warmeruckgewinnung // K. und L. Mag. - 1991, v. № 5. - S. 52.

105. Luftenngswarmetauscher// TAB: Techn. Bau. 1991, № 9. - S. 730.

106. Metoda "Lekka" ocieplania scian zewnetrznych budynkow. Swiad-ectwo dopuszczenia do Stosowania w Budownictwie 530/85. Institut Techniki Bu-dowlanej. Warczawa, 1992. - 62 c.

107. The Government's Standard Assessment Procedure for energy rating of dwellings. BRE, 1996.

108. Verordnung ber einen energiesparenden Warmeschutz bei Gebauden von 16 August 1994. BGBI. IS.2121.

109. Weinmann K., Rieche G. Handbuch Bautenschutz, Band 1, Bau-physik Grundsalzliches und Warmeschutz Expert Verlag Germany, 1990.