Меню

Энергосберегающая система горячего водоснабжения

Энергосбережение при водоснабжении жилых зданий

В. И. Ливчак, начальник отдела Энергоэффективности строительства Мосгосэкспертизы, вице-президент НП «АВОК»

В тепловом балансе современных жилых зданий с повышенной теплозащитой наружных ограждений возрастает доля расхода тепла на горячее водоснабжение, достигая для муниципальных зданий потребности тепла на отопление в годовом исчислении. Это свидетельствует об актуальности и значимости задачи энергосбережения при водоснабжении зданий.

По величине удельного на 1 м 2 общей площади расхода тепла на горячее водоснабжение Россия почти в 4 раза превышает развитые страны Западной Европы. Это объясняется как более высокой плотностью заселения квартир (на одного жителя в России приходится в среднем в 2 раза меньше общей площади, чем на Западе), так и излишним расходованием воды, вызванным нарушениями в ее подаче и бесконтрольностью потребления.

По данным выполненных МНИИТЭП более 25 лет назад комплексных исследований работы ЦТП, через которые продолжается теплоснабжение жилых микрорайонов и сейчас, системы горячего водоснабжения в ряде случаев работают неудовлетворительно, не обеспечивая бесперебойного снабжения потребителей горячей водой нужной температуры, вследствие заниженной поверхности нагрева подогревателей второй ступени, недопоступления в требуемом количестве греющего теплоносителя, разрегулировки системы распределения циркуляции, сохранения большой циркуляции в часы максимального водоразбора и повышенного сопротивления водонагревателей.

С того времени устранили причину резкого снижения теплосъема в скоростных кожухотрубных теплообменниках, установив новую эффективную систему опирания трубного пучка и повысив теплообмен за счет применения профилированных трубок.

Реализация в типовых проектах смешанной схемы присоединения водонагревателей горячего водоснабжения с ограничением максимального расхода сетевой воды на вводе и авторегулированием подачи тепла на отопление позволила обеспечить приоритетность поступления теплоносителя на горячее водоснабжение (используя аккумулирующую способность зданий при переменном режиме работы отопления) и тем самым стабильное поддержание заданной температуры горячей воды на выходе из водонагревателей независимо от уровня водоразбора.

Устранение колебаний в температуре горячей воды и увеличения ее выше 60°С за счет применения электронной системы авторегулирования снизило зарастание водонагревателей коррозионными отложениями и, соответственно, их сопротивление движению воды.

Однако вопросы разрегулировки систем горячего водоснабжения и излишней циркуляции остаются актуальными и сегодня, особенно при реконструкции существующих систем.

В условиях расчета за расходуемую горячую воду по водосчетчикам нарушения в циркуляции приведут к значительной переплате, т. к. недостаточная циркуляция вызовет слив воды до достижения воды нужной температуры, а при постоянно недостаточной температуре горячей воды – к сокращению подмешивания холодной воды и тем самым к увеличению потребления горячей воды, а вместе с ней и расхода тепла на горячее водоснабжение, поскольку последний получается умножением измеренного количества воды на постоянный расчетный перепад температур.

Современные централизованные системы горячего водоснабжения от ЦТП представляют собой разветвленные многокольцевые системы, требующие квалифицированного проектирования. На практике в их проектировании допускались серьезные ошибки. Не учитывались требования для обеспечения равномерной циркуляции в сети, заключающиеся в соблюдении определенного соотношения между сопротивлениями отдельных ответвлений и разводящих трубопроводов. В результате интенсивная циркуляция осуществлялась через ближайшие стояки; в удаленных стояках и секционных узлах она была меньше или отсутствовала совсем, вследствие чего в водоразборные краны вода поступала охлажденной.

На практике с целью доведения циркуляции до дальних стояков предусматривалась установка более мощного циркуляционного насоса. При этом циркуляционный расход приближался по величине к расчетному секундному расходу на водоразбор. Это мероприятие приводит только к отрицательному эффекту. Вследствие еще большей перегрузки подающего трубопровода и водоподогревателя второй ступени резко увеличиваются потери давления и возникают перебои в подаче воды на верхние этажи. Это влечет за собой установку более мощных высоконапорных насосов хозяйственного водопровода, что приводит к значительному росту капитальных затрат и перерасходу электроэнергии на перекачку.

Учитывая, что потери давления в системе горячего водоснабжения из-за водонагревателей больше, чем в системе холодного водоснабжения, а давление в них создается одной и той же насосной установкой, вышеперечисленные мероприятия могут быть заменены более экономичным и рациональным инженерным решением – созданием дополнительной подкачивающей установки в системе горячего водоснабжения. Для этой цели могут быть использованы циркуляционные насосы путем перестановки их на подающий трубопровод (до или после водонагревателя второй ступени).

При такой схеме установки насосы работают как циркуляционно-повысительные. В циркуляционном режиме насос работает как циркуляционный, не нарушая принятого распределения расхода воды, а при водоразборе он становится циркуляционно-повысительным, компенсируя своим напором повышенные сопротивления подогревателей и трубопроводов и увеличивая давление в системе. В большинстве существующих ЦТП перестановку циркуляционных насосов можно выполнить без замены насосов в связи с тем, что последние, как правило, обеспечивают пропуск расчетного секундного расхода воды на водоразбор. В сравнении с общепринятой схемой такое решение позволяет сократить расчетный напор хозяйственных насосов и уменьшить период их использования.

Учитывая переменный режим водопотребления, а также то, что в часы максимального водоразбора наблюдается падение давления в городском водопроводе (из-за увеличения потерь давления в трубопроводах), целесообразно хозяйственные подкачивающие насосы устанавливать с регулируемым числом оборотов двигателя. Регулирование выполняется за счет поддержания заданного давления после первой ступени водонагревателей горячего водоснабжения, принимая изменяющееся сопротивление водонагревателя при прохождении через него воды на горячее водоснабжение за аналог изменения потерь давления в трубопроводах холодной воды до последнего водоразборного крана. Как показывает практика, при этом расход электроэнергии на перекачку сокращается более чем в 2 раза по сравнению с работой насоса в режиме максимального давления и создания необходимого напора регулирующим клапаном.

Регулирование числа оборотов циркуляционно-подкачивающих насосов проводить не следует, т. к. они работают в постоянном режиме – по мере сокращения водоразбора увеличивается объем циркуляции.

Для снижения разрегулировки потокораспределения циркуляции необходимо повысить гидравлическую устойчивость системы горячего водоснабжения. Это достигается увеличением сопротивления стояков системы, объединяя все стояки одной секции дома в единый секционный узел с одним циркуляционным стояком вместо распростаненного решения с самостоятельным стояком на каждый водоразборный стояк. При этом к водоразборному стояку подключаются полотенцесушители по проточной схеме, и все стояки, обслуживающие квартиры одной секции, в верхней части объединяются перемычками в один узел, от которого отводится один циркуляционный стояк малого диаметра.

Далее даже при обеспечении минимально необходимого давления у последнего водоразборного крана за счет описанных выше решений установки циркуляционных насосов по циркуляционно-повысительной схеме и регулирования числа оборотов хозяйственных подкачивающих насосов, остается разный уровень давлений у водоразборных кранов, расположенных на разных этажах из-за различия гидростатического давления. Для устранения этого системы водоснабжения разбивают на зоны, и, кроме того, на подводках холодной и горячей воды в каждую квартиру устанавливают самостоятельные квартирные регуляторы давления, снижающие при протекании через них воды давление в нижних этажах до уровня верхнего этажа.

Читайте также:  Системы отопления для торговых центров

Поддержание давления воды перед каждым водоразборным краном на минимально необходимом уровне – очень важное мероприятие с точки зрения сокращения потерь воды, а для горячего водоснабжения и теплопотребления – снижается расход воды при изливе и утечки через арматуру. По данным МНИИТЭП, подтвержденным позднее Академией коммунального хозяйства, при стабилизации давления в системе водоснабжения среднесуточный расход горячей воды на одного жителя соответствует норме СНиП – 105–110 л/(чел.•сут.). С повышением давления в системе выше минимально необходимого расход горячей воды резко возрастает, достигая, по данным Мосводоканала, 150–180 л/(чел.•сут.).

Дальнейшее сокращение водопотребления зависит от жителей – это мытье посуды и станков для бритья в непроточной воде, а бывают случаи, что хозяйка открыла воду и ушла по своим делам; это закрывание крана при намыливании и другие индивидуальные для каждого жителя мероприятия. Однако это будет выполняться только тогда, когда жители будут заинтересованы в сокращении водопотребления, т. е. когда будут платить не по норме, а по водосчетчику.

В соответствии с московскими территориальными нормами по энергосбережению МГСН 2.01-99 во всех строящихся зданиях должны быть установлены квартирные водосчетчики на холодную и горячую воду (в проектах они есть). Разработана и действует система автоматического считывания показаний этих водосчетчиков вместе с квартирными электросчетчиками («ЭНЭЛЭКО»), но по-прежнему расчет с жителями ведется по нормативам, которые по расходу воды в 1,5 раза превышают норму СНиП.

НП «АВОК» вместе с УТЭХ Правительства Москвы разработал методику распределения объемов и стоимости поставленной тепловой энергии между потребителями, где отражены вопросы распределения расхода тепла на горячее водоснабжение между жителями дома при подключении этого дома к ИТП или ЦТП, в которых установлены приборы учета тепла на тепловой сети. Внедрение этой методики будет стимулировать энергосбережение на всем пути производства, транспорта и потребления тепловой энергии и водных ресурсов.

Энергоэффективные здания –
комплексное решение для систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения

В. Л. Грановский, канд. техн. наук, технический директор ООО «Данфосс», otvet@abok.ru

Практика проектирования, строительства и реконструкции энергоэффективных зданий указывает на определенный уклон в сторону мероприятий по повышению теплозащиты здания без должного учета потенциала энергосбережения, заложенного в инженерных системах.

Известно, что утепленные здания перегреваются, если система вентиляции работает плохо, а система отопления не имеет адекватных средств регулирования. Это приводит к активному проветриванию помещений и потере эффекта энергосбережения, заложенного при проектировании. Сохранить указанный эффект можно за счет комплекса мероприятий по энергосбережению в системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

Оценим потенциал энергосбережения инженерных систем зданий бюджетного сегмента с традиционными техническими решениями.

Энергоэффективность систем отопления

Основным фактором, определяющим энергоэффективность систем отопления, является их способность обеспечить подачу строго необходимого количества тепла в нужное время и в нужное место в зависимости от внешних условий и потребности жильца. Эта способность может быть реализована за счет комплексного регулирования параметров теплоносителя, начиная от ввода в здание и кончая отопительными приборами.

Эффективность регулирования выражается через коэффициент эффективности авторегулирования ξ в уравнении (1), описывающем удельный расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию.

(1)

Исходные данные для расчета удельного теплопотребления в системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения, приведенные в таблице 1.

Таблица 1
Сводная таблица исходных данных для расчета удельного теплопотребления в системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения

Приведенный трансмиссионный коэффициент
теплопередачи через наружные ограждения

Условный инфильтрационный
коэффициент теплопередачи

Градусо-сутки
отопительного периода

Общая площадь наружных
ограждающих конструкций
отапливаемой части здания

Бытовые теплопоступления
в течение отопительного
периода

Теплопоступление от солнечной
радиации в течение отопительного
периода

Коэффициент снижения теплопоступления за счет тепловой инерции
конструкций здания

Коэффициент эффективности
регулирования подачи теплоты
в системах отопления

Коэффициент, учитывающий дополнительное
теплопотребление системы отопления

Коэффициент эффективности
индивидуального учета

Общая площадь квартир здания

Расчетная температура наружного воздуха

Расчетная температура воздуха в помещениях

Средняя за отопительный период температура наружного воздуха

Продолжительность отопительного сезона

Нормируемый расход приточного воздуха

Расход горячей воды на одного жителя

Начальная температура холодной воды за отопительный,
переходный и летний периоды

Эффективность утилизатора – экономически оптимальная для принятого типа утилизатора

tвод.утил

Температура воды после теплоутилизатора при соответствующих значениях tвод.начи Θоб.гвс

tвод.норм

Нормируемая температура горячей воды

tвозд.удал

Температура удаляемого воздуха

В табл. 2 приведены две версии шкалы изменения коэффициента ξ в зависимости от конструкции систем отопления и уровня их оснащенности средствами авторегулирования. Одна из них – по данным работы [1], вторая – предложенная автором статьи на основе имеющегося опыта применения автоматики регулирования систем отопления [2] и позволяющая более точно учесть влияние указанных факторов на энергоэффективность систем отопления.

Величины Обозначения Единицы Числовые значения

В числителе – шкала, предложенная автором статьи, в знаменателе – шкала по данным работы [1].

Обозначения в таблице:

А – регулирование центральное в ЦТП или котельной;

В – авторегулирование на вводе в здание;

С – то же + термостаты на отопительных приборах;

D – то же + балансировочные клапаны на стояках вертикальных систем и на вводе в квартиру в горизонтальных системах;

E – то же + контроль температур на стояках в вертикальных однотрубных системах;

F – то же + теплоизоляция стояков в вертикальных системах отопления.

Как видно, значения коэффициента ξ для разных конструкций систем отопления при одном и том же их оснащении средствами автоматики отличаются. Поясним причины отличия на примере данных в колонке C табл. 2, где начинается это различие. Из таблицы следует:

Для вертикальной однотрубной системы отопления коэффициент ξ имеет наименьшее значение, поскольку процесс регулирования теплоотдачи отопительных приборов в этих системах близок к позиционному, что менее эффективно, чем при регулировании по пропорциональному закону; кроме того, имеются открытые вертикальные стояки с нерегулируемой теплоотдачей. Оба эти фактора снижают эффективность вертикальной однотрубной системы отопления по сравнению с другими системами.

Вертикальная двухтрубная система отопления эффективнее однотрубной за счет более точного соблюдения пропорционального закона регулирования теплоотдачи отопительных приборов, однако менее эффективна, чем горизонтальная двухтрубная система, поскольку имеет открытые вертикальные стояки с нерегулируемой теплоотдачей.

Горизонтальная периметральная система отопления менее эффективна, чем горизонтальная лучевая, поскольку значительные потери давления в трубопроводах периметральной разводки снижают долю потерь давления, приходящуюся на терморегуляторы, что уменьшает эффективность регулирования системы.

Горизонтальная лучевая система отопления – наиболее эффективный из рассмотренных вариантов систем отопления.

Для корректного расчета величины потребления тепловой энергии на отопление необходимо также правильно определить значение коэффициента β, входящего в уравнение (1) и учитывающего дополнительное теплопотребление системы отопления, связанное с ее конструктивными особенностями. Согласно данным работы [1], для многосекционных и протяженных зданий коэффициент β обычно принимается равным 1,13, т. е. затраты тепла на отопление при расчете увеличивают на 13% – значительное и не всегда оправданное увеличение. Поясним это на примере конкретного принятого к рассмотрению здания.

Коэффициент β учитывает следующие факторы [1]:

  • дискретность номинального теплового потока номенклатурного ряда отопительных приборов (для системы отопления с термостатами этот фактор не должен учитываться, поскольку термостаты погасят избыток тепла или скомпенсируют его недостаток);
  • дополнительные теплопотери через зарадиаторный участок наружной стены (для системы отопления с радиаторами этот фактор должен учитываться в полном объеме; для систем отопления с конвекторами его влияние минимально; для отопительных приборов с экраном на тыльной поверхности этот фактор учитываться не должен);
  • теплопотери стояков, проходящих через неотапливаемые помещения (в принятом для расчета здании таких стояков нет, следовательно, этот фактор не учитывается);
  • повышение температуры воздуха в угловых помещениях (данный фактор принимается к расчету).

В результате для расчета q y h принято пониженное, по сравнению с рекомендованным в [1], значение коэффициента β = 1,07, т. е. для конкретного здания с конвекторами в системе отопления затраты тепла на отопление только за счет корректной оценки особенностей здания снижены на 6% по сравнению с рекомендуемыми 13%.

Основываясь на результатах анализа коэффициентов ξ и β, рассчитаем по формуле (1) удельное потребление тепловой энергии на отопление для рассматриваемых четырех типов систем, приняв коэффициент β = 1,07 и коэффициент ξ, соответствующий двум уровням значений (см. табл. 2):

  • максимальному значению для каждой из систем,
  • значению, соответствующему оснащению каждой из систем только ИТП (АУУ) и термостатами (колонка С в табл. 2) – упрощенный, но достаточно распространенный вариант оснащения.

Результаты расчета представлены в табл. 3.

Таблица 2
Значения коэффициента ξ в зависимости от оснащенности системы отопления средствами авторегулирования
Тип системы
отопления
Уровень оснащенности СО автоматикой регулирования
А B C D E F
Вертикальная
однотрубная
0,50/0,50 0,70/0,70 0,75/0,90 0,80/– 0,85 0,90
Вертикальная
двухтрубная
0,50/0,50 0,70/0,70 0,80/0,95 0,90/– 0,95
Горизонтальная
периметральная
0,50/0,50 0,70/0,70 0,80/0,95 0,95/–
Горизонтальная
лучевая
0,50/0,50 0,70/0,70 0,85/1,00 1,00/–

Примечание: в числителе – полное оснащение системы отопления средствами регулирования; в знаменателе – только ИТП (АУУ) и термостаты (колонка С, табл. 2).

Из данных табл. 3 следует:

  • наличие в системе отопления только ИТП (АУУ) и термостатов снижает затраты тепла на 15–21% по сравнению с базовым вариантом;
  • оснащение системы отопления средствами регулирования в соответствии с максимальным уровнем обеспечивает снижение затрат тепла на 26–30% по сравнению с базовым вариантом;
  • влияние типа/конструкции системы отопления на ее энергоэффективность незначительно и находится в пределах 4–6% при одном и том же уровне оснащения систем средствами регулирования.

Выводы

  1. Основным фактором, влияющим на энергоэффективность системы отопления, является уровень ее оснащения средствами авторегулирования.
  2. Конструкция системы отопления при соответствующем оснащении средствами авторегулирования мало влияет на энергоэффективность.
  3. При выборе конструкции системы следует в первую очередь руководствоваться конструктивными особенностями здания, затратами электроэнергии на прокачку теплоносителя, капитальными затратами, удобством эксплуатации и ремонта систем и пр.

Энергоэффективность систем вентиляции

Здания рассматриваемого типа обычно оснащаются наиболее простой и дешевой системой вентиляции: естественная вытяжка и неорганизованный приток через оконные щели, форточки или фрамуги. Однако сегодня, когда закрытое окно стало практически герметичным, а жильцы достаточно часто разрушают вытяжные короба, данная конструкция системы и данный принцип вентиляции себя изжили.

При неработающей вентиляции невозможно говорить не только об энергоэффективности системы вентиляции, но и об эффективности системы отопления, поскольку весь эффект от регулирования «вылетает в окно» при неорганизованном вынужденном проветривании.

Сомнения возникают и относительно эффективности теплого чердака, поскольку в нем невозможно получить нормируемую температуру воздуха. Как следствие – охлаждение потолка в квартирах последнего этажа, повышенные теплопотери и появление плесени.

Однако в проектах продолжает присутствовать формальный расчет системы вентиляции, а в системе отопления предусматривается необходимый запас мощности на нагрев приточного воздуха в нормируемом объеме.

Выходом из этой ситуации, на наш взгляд, является переход на механическую централизованную вытяжную вентиляцию и децентрализованный приток через специальные клапаны в рамах окон или наружных стенах. Это позволит сохранить эффект, получаемый при автоматизации работы систем отопления, полноценно заработает теплый чердак и появится возможность использовать потенциал энергосбережения, имеющийся в системе вентиляции, в частности:

  • использование режима вентиляции «по требованию»,
  • утилизация теплоты вытяжного воздуха.

Режим вентиляции «по требованию»

Сегодня система вентиляции рассматриваемых типов зданий рассчитывается на постоянную круглосуточную подачу в помещения нормируемого объема приточного воздуха. На его подогрев тратится соответствующее количество тепла, подаваемого в систему отопления. Однако реальная потребность в приточном воздухе значительно меньше, поскольку в разрезе суток количество людей в здании меньше расчетного.

Известно техническое решение, учитывающее этот фактор, – это так называемые системы вентиляции с притоком «по требованию» [3]. Индикатором такого «требования» могут быть квартирные датчики (СО2, температуры, влажности или др.), дающие команду на открытие или закрытие вытяжных устройств, установленных в каждой квартире. Такую команду могут подавать и сами жильцы, с учетом их индивидуальной потребности. При отсутствии людей система вентиляции должна обеспечивать минимальный воздухообмен для ассимиляции вредностей, выделяющихся из мебели и других вещей, согласно нормативам [4].

Изменение расхода воздуха в любой из квартир в таких системах не влияет на воздухообмен соседних квартир, поскольку в сборном вытяжном воздуховоде поддерживается постоянное давление (разрежение). Это обеспечивается установкой в устье вытяжного сборного воздуховода вентилятора с двигателем, оснащенным частотным регулятором. Контроль давления в воздуховоде осуществляется датчиком давления.

На рис. 1 представлена принципиальная схема системы вентиляции «по требованию», а на рис. 2 – принцип поддержания постоянства давления в воздуховоде путем изменения частоты вращения двигателя вентилятора.

Таблица 3
Удельный расход тепла на отопление и вентиляцию
Тип системы отопления ξ q y h Эффект,%
кВт·ч/м 2 %
Любая, без авторегулирования 0,50 88,1 100
Вертикальная однотрубная 0,90/0,75 65,1/75,0 74,0/85,1 26,0/14,9
Вертикальная двухтрубная 0,95/0,80 63,8/72,0 72,5/81,7 27,5/18,3
Горизонтальная периметральная 0,95/0,80 63,8/72,0 72,5/81,7 27,5/18,3
Горизонтальная лучевая 1,00/0,85 61,6/69,0 70,0/78,3 30,0/21,7

Принципиальная схема системы вентиляции «по требованию» и утилизации теплоты вытяжного воздуха:
1 – крышный вентилятор с частотным регулятором;
2 – рекуператор «вода – воздух» (теплая сторона);
3 – вытяжной диффузор с авторегулированием (tвн, CO, влажность);
4 – центральный вытяжной воздуховод (P = const);
5 – кран системы ГВС;
6 – циркуляционный насос системы рекуперации;
7 – датчик контроля давления;
8 – датчик контроля воздуха в помещении;
9 – приточный воздух (децентрализованный приток);
10 – трубопроводы системы рекуперации;
11 – теплообменник контура ГВС в ИТП;
12 – рекуператор «вода – вода» (холодная сторона)

Динамика работы системы вентиляции в режиме «по требованию» [5]:
СВ1 – характеристика системы вентиляции, текущая;
СВ2 – то же, требуемая;
В1 – характеристика вентилятора, текущая;
В2 – то же, требуемая;
1 – расход воздуха, текущий;
2 – то же, требуемый

Количество теплоты, необходимое для нагрева приточного воздуха, определяется условным коэффициентом теплопередачи Kinf в формуле (1), учитывающим теплопотери за счет инфильтрации и вентиляции и включающим в себя величину расхода приточного воздуха.

Определим удельное годовое потребление тепла на подогрев приточного воздуха для следующих условий:

  • расход приточного воздуха:
    • — максимальный – Lнорм,
    • — частичный – 0,75Lнорм,
    • — минимальный – 0,50Lнорм;
  • коэффициент эффективности авторегулирования (табл. 2):
    • — средний из максимальных для четырех рассматриваемых типов систем отопления – ξ = 0,95,
    • — минимальный, для любой нерегулируемой системы отопления – ξ = 0,50.

Результаты расчета представлены в табл. 4 (колонки 3, 4 и 5)*.

Примечание:
при ξ = 0,50 – система отопления без регулирования, эффект только в системе вентиляции;
при ξ = 0,95 – система отопления с регулированием, эффекты совместно в системе отопления и вентиляции;
Lр – рекомендуемый расчетный расход приточного воздуха, м 3 /ч.

Как видно из табл. 3, снижение удельного расхода приточного воздуха позволяет получить значительную экономию тепловой энергии:

  • 18–35% – только для системы вентиляции (при ξ = 0,50),
  • 44–62% – совместно, в системах отопления (при ξ = 0,95) и вентиляции.

Естественно, возникает вопрос об определении рекомендуемого расчетного расхода приточного воздуха (Lр) в системе вентиляции в течение отопительного периода. По данным работы [5], для аналогичного здания распределение расхода приточного воздуха по времени составляет:

  • максимальный (Lнорм) – 10% времени года;
  • частичный (0,75Lнорм) – 40% времени года,
  • минимальный (0,50Lнорм) – 50% времени года.

Приняв данное распределение за основу, определим удельную тепловую нагрузку систем отопления и вентиляции и рекомендуемый расчетный расход приточного воздуха – средний за отопительный период.

Как видно из табл. 4 (колонка 6), расчетный расход составил Lр = 20,5 м 3 /ч, т. е. на

30% меньше нормируемого, а экономия тепловой энергии при этом расходе, общая для систем отопления и вентиляции, составляет 22,8–49,6%, в зависимости от степени автоматизации системы отопления.

Выводы

  1. В рассматриваемых зданиях следует предусматривать централизованную механическую вытяжку и естественный децентрализованный приток, что обеспечит эффективность мероприятий по энергосбережению, как в системе вентиляции, так и в системе отопления.
  2. Система вентиляции должна функционировать в режиме воздухообмена «по требованию», что обеспечит снижение расхода приточного воздуха, ориентировочно на 30% по сравнению с нормируемым.
  3. Экономический эффект только в системе вентиляции «по требованию» составляет 22,8%, а общий для системы отопления и вентиляции – до 49,6%, в зависимости от уровня автоматизации системы отопления.

Утилизация теплоты вытяжного воздуха

Вытяжной воздух содержит значительный потенциал тепла. Традиционно эту теплоту стараются использовать для нагрева приточного воздуха. Однако в рассматриваемой схеме системы вентиляции (центральная механическая вытяжка и децентрализованный приток) нагрев приточного воздуха за счет утилизации теплоты удаляемого воздуха конструктивно невозможен. Представляется, что в данном конструктивном варианте системы вентиляции наиболее рационально использовать теплоту удаляемого воздуха для предварительного нагрева холодной воды, поступающей в систему горячего водоснабжения.

Для рекуперации необходимо использовать теплоутилизатор с промежуточным теплоносителем. В устье вытяжных воздуховодов устанавливаются теплообменники-рекуператоры типа «воздух – вода», а в ИТП, в тракте ГВС перед теплообменником первой ступени подогрева устанавливается теплообменник-рекуператор типа «вода – вода» (см. рис. 1). Опыт реализации такой схемы рекуперации уже имеется. В частности, компания «Инсолар» реализовала такую схему рекуперации в одном многоквартирном экспериментальном доме. Кроме того, «Данфосс» и «Инсолар» разработали конструкцию ИТП с теплообменниками предварительного нагрева холодной воды за счет теплоты удаляемого воздуха.

Оценим эффективность данной схемы рекуперации.

Среднечасовой расход тепловой энергии на ГВС за отопительный период составляет:

где
∆t– разность температур воды, подаваемой в ГВС и из ХВС:

При использовании теплоутилизатора данная разность температур трансформируется в следующее выражение:

где
tвод.утил– температура воды после теплоутилизатора, °C.

Эта температура может быть определена из выражения (5) через эффективность теплоутилизатора по тракту ГВС, выраженную через общий относительный перепад температур:

(5)

(6)

где
tвозд.удал– температура удаляемого воздуха, °C.

Результаты расчета qhw приведены в табл. 5.

Таблица 4
Удельное годовое потребление тепловой энергии
для нагрева приточного воздуха
Показатели ξ Расход приточного воздуха, м 3 /ч
Lнорм
(30,0)
0,75Lнорм
(23,0)
0,5Lнорм
(15,0)
Lр
(20,5)
1 2 3 4 5 6
Удельный расход
тепловой энергии на
системы ОВ, кВт·ч/м 2
0,50 88,10 72,00 57,00 68,10
0,95 63,80 49,20 33,30 44,40
Экономия, сравнение
с базовым решением, %
0,50 18,30 35,30 22,80
0,95 27,60 44,00 62,00 49,60
Таблица 5
Сводные данные по энергоэффективности мероприятий в системах
отопления, вентиляции и горячего водоснабжения
Системы Условия сравнения q y h (ОВ) qhw (ГВС) Σq
ξ L, м 3 /ч Θгвс кВт·ч/м 2 % кВт·ч/м 2 % кВт·ч/м 2 %
Базовые 0,50 Lнорм = 30,0 88,1 67,8 155,9
Эффективные 0,95 Lр = 20,5 0,4 44,4 49,6 54,4 19,7 98,8 36,6

Из табл. 5 следует, что эффект от утилизации теплоты удаляемого воздуха для предварительного нагрева холодной воды для нужд ГВС составляет 19,7%. Общий эффект от рассмотренных выше мероприятий по энергосбережению в системе отопления, вентиляции и горячего водоснабжения составил 36,6%.

Класс энергоэффективности здания мы здесь не определяем, поскольку в статье рассматривается лишь принципиальный подход к обеспечению энергоэффективности здания бюджетного сегмента строительства. Однако очевидно, что здания с таким эффектом энергосбережения следует отнести к одному из самых высоких классов энергоэффективности.

Отопление и водоснабжение © 2021
Внимание! Информация, опубликованная на сайте, носит исключительно ознакомительный характер и не является рекомендацией к применению.