В работе представлены основные положения методики оценки эффективности энергосберегающих мероприятий в индивидуальном здании по технико-экономическим показателям
энергосбережение, приведённые затраты, единовременные затраты, теплопотребление
Экономия тепловой энергии в здании сама по себе может представляться некой полезной самоцелью. Это соответствует установленному законодательству [1-4], стимулирует развитие новых производств, совершенствование и внедрение в практику строительства новых технологий.
Однако эффективность применения энергосберегающих мероприятий в здании необходимо оценивать по показателям, учитывающим дополнительные затраты на внедрение новых энергоэффективных материалов и конструкций, теплоутилизирующего оборудования, на изменение планировки и уменьшение полезного объёма помещений, необходимость обслуживания и ремонта дорогостоящего оборудования и ожидаемой экономией от снижения теплопотребления, возможного удешевления самих теплопотребляющих систем в следствие уменьшения их расчётных показателей.
Оценку эффективности внедрения теплосберегающих мероприятий в жилом здании предлагается провести по безразмерному показателю, учитывающему как экономическую, так и техническую составляющую:
где
Основным потребителем, а следовательно, и источником экономии тепловой энергии в здании является система отопления. Для индивидуального здания составляющие в выражении (1) могут быть представлены следующим образом:
где
С учётом специфики эксплуатации теплопотребляющих систем в качестве расчётного периода предлагается принимать отопительный период и за срок окупаемости оборудования 12 лет [4].
Снижение теплопотребления объектом определится как разность между теплопотреблениями до внедрения энергосберегающих мероприятий
Энергосберегающие мероприятия можно разделить на две группы:
- изменение объёмно-планировочных и конструктивных характеристик объекта;
- внедрение теплоутилизирующего оборудования и использование альтернативных источников энергии.
Изменение объёмно-планировочного решения здания проводится на стадии проектирования и предполагает оптимизацию соотношения геометрических размеров внешней оболочки, остекления, ориентацию по сторонам света. Изменение конструктивных характеристик, применение теплоутилизационного оборудования можно реализовывать как на стадии проектирования, так и в процессе реконструкции эксплуатируемого здания.
Объёмно-планировочные параметры здания влияют на расчётные показатели теплопотребляющих систем
где
здания, Вт;
Для здания, имеющего отапливаемый объём в форме параллелепипеда с соотношением размеров сторон основания
где
Теплопотребление системы отопления
где
Теплопоступления от солнечной радиации определяются по всем светопропускающим ограждениям здания [2]:
где
светопропускающих заполнений;
Величину солнечной радиации на вертикальную поверхность можно определить через инсоляцию на горизонтальную поверхность [4]:
где
Снижение единовременных затрат на теплопотребляющую систему при внедрении энергосберегающих мероприятий
Единовременные затраты на систему отопления определяются стоимостью оборудования и материалов и зависят от расчетной тепловой мощности системы
где
циркуляционного насоса, нагревательных приборов, запорно-регулирующей арматуры, руб.
Цена оборудования при схожих характеристиках зависит от производителя и продавца и может рассматриваться как статистическая величина. Поэтому, для составления модели (12) воспользуемся уравнениями, определяющими усредненную стоимость оборудования [8].
Стоимость водогрейных электрических котлов (модель ZETA):
- с номинальной мощностью
- с номинальной мощностью
Стоимость циркуляционных насосов марок (Grundfos, Wilo) для условий эксплуатации с к.п.д не ниже 75 % в условных единицах (у.е.) составит [6]:
где
Номинальный напор насоса определяется рабочей характеристикой
где
°С;
Установочная (номинальная) мощность насоса (Вт) составит:
где
Стоимость труб и запорно-регулирующей арматуры системы определится ценой единицы элемента и их количеством:
где
(руб./шт.) диаметром
Длина труб системы отопления определится протяженностью магистралей
Количество стояков
где
Исходя из соображений, что один нагревательный прибор состоит из
где
Тогда общая протяженность стояков выразится уравнением:
Общая длина подводок равна длине одной подводки
Цена единичного элемента системы отопления
Часть труб в системе отопления покрываются тепловой изоляцией. Её стоимость
Стоимость запорной
В системах отопления индивидуальных домов арматура обычно устанавливается только перед нагревательными приборами. Поэтому количество запорной арматуры определится числом нагревательных приборов, а ее диаметр – диаметром подводок:
Экономия потребления электроэнергии
где
Теплосберегающие конструктивные мероприятия сводятся к утеплению внешней оболочки здания. Для непрозрачных элементов увеличение сопротивления теплопередачи производится за счёт применения теплоизоляционных материалов. Для светопрозрачных – изменение конструкции окон.
Тогда экономия снижение теплопотребления определится как:
или:
Теплосберегающие конструкции внешней оболочки здания представляют совокупность непрозрачных и светопропускающих ограждений. Затраты на снижение потерь тепла по этим статьям
Основным конструктивным мероприятием, обеспечивающим снижение теплопотребления, является утепление непрозрачных элементов наружной оболочки за счёт применения теплоизоляционных материалов. Единовременные затраты на тепловую изоляцию
Объём материалов зависит от степени утепления оболочки и её площади:
где
(наружная стена, пол, потолок, и. т. п.), м;
Увеличение сопротивления теплопередаче светопропускающих конструкций может сопровождаться увеличением их стоимости. Принимая, что окна одинаковы, единовременные дополнительные затраты на изменение конструкции
где
Таким образом, из уравнений (1)-(33) составлена система, полностью устанавливающая связь между энергетической эффективностью теплосберегающих мероприятий и затратами на их реализацию. Анализ полученной системы позволит объективно оценивать целесообразность и экономическую выгодность энергосберегающих технологий.
1. Российская Федерация. Законы. №261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности».
2. Российская Федерация. Стандарты. СП 50.133330.2012. Тепловая защита зданий.
3. Российская Федерация. Стандарты. СП 60.133330.2020. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха.
4. Российская Федерация. Стандарты. СП 345.1325800.2017. Здания жилые и общественные. Правила проектирования тепловой защиты.
5. Кузьмин, С.И. Анализ влияния расчетной разности температуры теплоносителя на стоимость системы отопления индивидуального жилого здания / С.И. Кузьмин, А.B. Затеева. - Текст: непосредственный // Сборник докладов международной научно-практической конференции «Инвестиции. Строительст-во. Недвижимость. Новые технологии и целевые приоритеты развития» (ICRE-2020) - С. 244-248.
6. Кузьмин, С.И. Определение тепловой мощности системы отопления жилых зданий / С.И. Кузьмин. - Текст: непосредственный // Сборник АнГТУ. - 2009. - С. 89-96.
7. Кузьмин, С.И. Анализ влияния параметров здания на теплопотребление / С.И. Кузьмин. - Текст: непосредственный // Сборник АнГТУ. - 2019. - С. 116-122.
8. Справочник проектировщика. Внутренние санитарно- технические сис-темы // Под. ред. И.Г. Староверова ч.1 Отопление. - Москва: Стройиздат, 1993. - 896 с.