Рациональное использование энергетических ресурсов позволяет сократить их энергопотребление, снизить затраты на обслуживание инфраструктуры и улучшить экологическую обстановку. Жилой сектор обладает значительным резервом в части экономии энергетических ресурсов. Для реализации программы энергосбережения в строительстве и сфере ЖКХ требуется разработка эффективных технических и инженерных решений. В рамках данной работы объектом исследования выбрано здание с низким потреблением энергии. На основании разработанной ранее архитектурной концепции представлен теплотехнический расчет рассматриваемого объекта.
УДК 693.547:624.131
А.С. ГОРШКОВ, канд. техн. наук, директор учебно-научного центра «Мониторинг и реабилитация природных систем» ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого», Т.А. МУСОРИНА, инженер кафедры «Гидравлика» ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»; К.М. РАКОВА, архитектор ООО «АБИ-1»
Ключевые слова: здание, здания с низким потреблением энергии, тепловой баланс здания, ограждающие конструкции, отопление, вентиляция, энергосбережение, энергоэффективность
Keywords: building, low-energy buildings (LEB), heat balance of the building, building envelope, heating, ventilation, energy saving, energy efficiency
В работах [1-4] представлена архитектурная концепция демонстрационного объекта малоэтажного строительства с низким потреблением энергии. В рамках данного исследования рассчитаны проектные значения потребляемой мощности и энергопотребления демонстрационного объекта. За основу расчета принята методика, представленная в региональном методическом документе РМД 23-16-2012 [5].
Описание объекта исследования
Объект исследования представляет собой малоэтажное здание, разработанное в рамках демонстрационной модели зданий с низким потреблением энергии (рис. 1). Описание архитектурно-планировочных, конструктивных и инженерных решений проектируемого объекта подробно представлено в работах [1-4]. Конструктивные решения проектируемого здания согласованы с требованиями, принятыми в стандартах Финляндии [6-11].
Определение расчетной мощности систем отопления и вентиляции
Мощность системы отопления рассматриваемого здания рассчитана по формуле [5]:
(1)
где А – расчетная площадь наружной ограждающей конструкции, м2;
tb – расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания, °С;
tH – расчетная температура наружного воздуха для холодного периода года, °С, принимаемая при расчете потерь теплоты через наружные ограждения для климатических условий Санкт-Петербурга равной -24°С, при расчете потерь теплоты через внутренние ограждения – температуре воздуха более холодного помещения;
βi – добавочные потери теплоты через ограждающие конструкции; следует принимать в долях от основных потерь:
а) в помещениях любого назначения через наружные вертикальные и наклонные (вертикальная проекция) стены, двери и окна, обращенные на север, восток, северо-восток и северо-запад в размере 0,1, юго-восток и запад – в размере 0,05, в угловых помещениях дополнительно: по 0,05 на каждую стену, дверь и окно, если одно из ограждений обращено на север, восток, северо-восток и северо-запад, по 0,1 – в других случаях ориентации по сторонам света;
б) в помещениях, разрабатываемых для типового проектирования (при не определенной в проекте ориентации фасадов по сторонам света), через стены, двери и окна, обращенные на любую из сторон света, в размере 0,08 при одной наружной стене и 0,13 для угловых помещений (кроме жилых), а во всех жилых помещениях – 0,13;
в) через наружные двери, не оборудованные воздушными или воздушно-тепловыми завесами, при высоте зданий H, м, от средней планировочной отметки до верха карниза, центра вытяжных отверстий фонаря или устья шахты в размере: 0,2 H – для тройных дверей с двумя тамбурами между ними, 0,27 H – для двойных дверей с тамбурами между ними, 0,34 H – для двойных дверей без тамбура, 0,22 H – для одинарных дверей;
г) через наружные ворота, не оборудованные воздушными или воздушно-тепловыми завесами, принимаемые: при отсутствии тамбура – в размере 3, при наличии тамбура у ворот – в размере 1; n – коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху; 1/1000 – коэффициент пересчета потерь теплоты через наружные ограждающие конструкции помещений из Вт в кВт; Riпр – сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, м2·К/Вт.
Расчет мощности системы отопления рассматриваемого здания представлен в табл. 1.
Таблица 1. Таблица расчета мощности системы отопления здания с низким потреблением энергии с учетом ориентации фасадов по 8-ми румбам
| Наименование помещения | Ограждения | п | tв, °С | tН, °С | tв-tН, °С | ki, Вт/(м2·K) | Основные теплопотери | Ориентация | |
| Название | А, м2 | ||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| Офис | ВП | 88 | 1 | +20 | -24 | 44 | 0,083 | 323 | — |
| НС | 4,4 | 1 | +20 | -24 | 44 | 0,111 | 22 | Ю | |
| НС | 40,2 | 1 | +20 | -24 | 44 | 0,111 | 197 | ЮЗ | |
| НС | 22,6 | 1 | +20 | -24 | 44 | 0,111 | 111 | ЮВ | |
| НС | 8,3 | 1 | +20 | -24 | 44 | 0,111 | 41 | З | |
| НС | 42,0 | 1 | +20 | -24 | 44 | 0,111 | 205 | СЗ | |
| НС | 25,2 | 1 | +20 | -24 | 44 | 0,111 | 123 | СВ | |
| НО | 3,6 | 1 | +20 | -24 | 44 | 1 | 158 | ЮВ | |
| НО | 15,8 | 1 | +20 | -24 | 44 | 1 | 695 | СЗ | |
| НП | 64 | 1 | +20 | -24 | 44 | 0,1 | 282 | — | |
| Тамбур | ВП | 8,0 | 1 | +15 | -24 | 39 | 0,083 | 26 | — |
| НС | 6,5 | 1 | +15 | -24 | 39 | 0,111 | 28 | ЮВ | |
| НС | 8,0 | 1 | +15 | -24 | 39 | 0,111 | 35 | СВ | |
| НО | 5,0 | 1 | +15 | -24 | 39 | 1,0 | 195 | ЮВ | |
| НД | 3,8 | 1 | +15 | -24 | 39 | 1,0 | 148 | СВ | |
| НП | 5,2 | 1 | +15 | -24 | 39 | 0,1 | 20 | — | |
Окончание таблицы 1
| Наименование помещения | Ориентация | Дополнительные теплопотери, βi | Qтр., Вт | Qинф., Вт | Qтр+ Qинф., Вт | Итого по помещению | ||||
| на ориент. | на высоту | на углы | на двери | (1+ ∑ βi) | ||||||
| 1 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 |
| Офис | — | — | — | — | — | 1,00 | 323 | — | 323 | 2620 |
| Ю | 0,00 | 0,00 | 0,10 | 0,00 | 1,1 | 24 | — | 24 | ||
| ЮЗ | 0,00 | 0,00 | 0,10 | 0,00 | 1,1 | 216 | — | 216 | ||
| ЮВ | 0,05 | 0,00 | 0,10 | 0,00 | 1,15 | 128 | — | 128 | ||
| З | 0,05 | 0,00 | 0,10 | 0,00 | 1,15 | 47 | — | 47 | ||
| СЗ | 0,10 | 0,00 | 0,05 | 0,00 | 1,15 | 236 | — | 236 | ||
| СВ | 0,10 | 0,00 | 0,05 | 0,00 | 1,15 | 142 | — | 142 | ||
| ЮВ | 0,05 | 0,00 | 0,10 | 0,00 | 1,15 | 182 | 45 | 227 | ||
| СЗ | 0,10 | 0,00 | 0,05 | 0,00 | 1,15 | 800 | 195 | 995 | ||
| — | — | — | — | — | 1,00 | 282 | — | 282 | ||
| ИТОГО по офисной части | 2380 | 240 | 2620 | |||||||
| Тамбур | — | — | — | — | — | 1,00 | 26 | — | 26 | 690 |
| ЮВ | 0,05 | 0,00 | 0,10 | 0,00 | 1,15 | 33 | — | 32 | ||
| СВ | 0,10 | 0,00 | 0,05 | 0,00 | 1,15 | 41 | — | 40 | ||
| ЮВ | 0,05 | 0,00 | 0,10 | 0,00 | 1,15 | 195 | 55 | 250 | ||
| СВ | 0,10 | 0,00 | 0,05 | 0,75 | 1,90 | 281 | 39 | 320 | ||
| — | — | — | — | — | 1,00 | 20 | — | 20 | ||
| ИТОГО по тамбуру | 596 | 94 | 690 | |||||||
| ИТОГО по зданию | 2976 | 334 | 3310 | 3310 | ||||||
При расчете мощности системы отопления объекта исследования его общая площадь разбита на две зоны: офис и тамбур. Разделение здания на зоны при выполнении расчетов обусловлено различием расчетных температур внутреннего воздуха в них: расчетная температура внутреннего воздуха tв в обслуживаемых помещениях здания принята равной 20°С, в тамбуре, отделенном от основной части здания перегородкой и дверью, – 15°С.
Рассматриваемое здание привязано на местности. Поэтому параметры ориентации фасадов по сторонам света и соответствующая площадь остекления фасадов известны.
Расчет мощности системы вентиляции здания с низким потреблением энергии:
, (2)
где L – количество приточного воздуха в здание, м3/ч, принимаемое при принудительной вентиляции вне зависимости от назначения здания согласно расчета, а при естественной вентиляции для: а) жилых зданий, предназначенных гражданам с учетом социальной нормы (с расчетной заселенностью квартиры 20 м2 общей площади и менее на человека) – L = 3·Аж;
б) других жилых зданий (с расчетной заселенностью квартиры более 20 м2 общей площади на человека) – LV = 0,35·hэт·Аж, но не менее 30·m (где m – расчетное число жителей в здании);
в) общественных и административных зданий (а также во встроенных в жилые здания помещениях общественного назначения) принимают условно: для административных зданий, офисов, объектов сервисного обслуживания, складов и супермаркетов – 4·Ар, для учреждений здравоохранения и образования – 5·Ар, для спортивных, зрелищных и детских дошкольных учреждений – 6·Ар;
Аж, Ар – для жилых зданий – площадь жилых помещений (Аж), к которым относятся спальни, детские, гостиные, кабинеты, библиотеки, столовые, кухни-столовые; для общественных зданий – расчетная площадь (Ар), определяемая как сумма площадей всех помещений, за исключением коридоров, тамбуров, проходов, лестничных клеток, лифтовых шахт, внутренних открытых лестниц и пандусов, а также помещений, предназначенных для размещений инженерного оборудования и сетей, м2; ρвот – средняя плотность воздуха, для климатических условий Санкт-Петербурга, принимаемая равной 1,3 кг/м3; св – удельная массовая теплоемкость воздуха, принимаемая равной 1,005 кДж/(кг·°С); tв – то же, что в формуле (1), °С; tH – то же, что в формуле (1), °С; ηpek – коэффициент полезного действия установки рекуперации вытяжного воздуха в при механической вентиляции помещений (для данного проектного решения ηpek принят равным 0,72); 1/3600 – коэффициент пересчета количества приточного воздуха из м3/ч в м3/с.
Суммарная мощность систем отопления и вентиляции составит: 3,31+1,34=4,65 (кВт).
Расчет потребления в здании тепловой энергии на отопление и вентиляцию за отопительный период
Расчет произведен по методике РМД 23-16-2012 Санкт-Петербурга «Рекомендации по обеспечению энергетической эффективности жилых и общественных зданий» [5].
Годовой расход тепловой энергии на отопление в переходный и холодный периоды года Qгов, кВт∙ч/год, следует рассчитывать по формуле:
, (3)
где Qгтр – трансмиссионные потери зданием тепловой энергии через наружные ограждающие конструкции за отопительный период, кВт∙ч/год;
Qгвент – потери сооружением тепловой энергии за счет вентиляционного теплообмена за отопительный период, кВт∙ч/год;
Qгинф – потери сооружением тепловой энергии за счет инфильтрации холодного воздуха за отопительный период через наружные ограждающие конструкции, кВт∙ч/год;
Qгбыт – бытовые теплопоступления в квартирах и помещениях общественного назначения за отопительный период, кВт∙ч/год;
Qгсолн – теплопоступления через наружные светопрозрачные ограждающие конструкции от солнечной радиации с учетом ориентации фасадов здания по восьми румбам за отапливаемый период, кВт∙ч/год;
νин – коэффициент снижения теплопоступлений за счет тепловой инерции наружных ограждающих конструкций;
ξ – коэффициент эффективности систем автоматического регулирования подачи теплоты на отопление помещения;
βh – коэффициент, учитывающий дополнительное теплопотребление системой отопления, связанное с дискретностью номинального теплового потока номенклатурного ряда отопительных приборов, с их дополнительными тепловыми потерями через зарадиаторные участки ограждающих конструкций, с теплопотерями трубопроводов, проходящих через неотапливаемые помещения.
Трансмиссионные (через наружные ограждающие конструкции здания) потери тепловой энергии Qгтр, кВт∙ч, следует рассчитывать по формуле:
, (4)
где Aст, 
– соответственно площадь, м2, и расчетное значение приведенного сопротивления теплопередаче, м2·К/Вт, наружных стен здания (за исключением проемов);
Аок, 
– то же, заполнений световых проемов (оконных блоков и балконных дверей, витрин и витражей);
Аф, 
– то же, фонарей с вертикальным остеклением;
Адв, 
– то же, наружных дверей и ворот;
Апокр, 
– то же, совмещенных покрытий (в том числе над эркерами), чердачных перекрытий холодных чердаков;
Аперекр, 
– то же, перекрытий над проездами и под эркерами;
Ач.перекр, 
– то же, чердачных перекрытий теплых чердаков;
Ац.перекр, 
– то же, цокольных перекрытий над неотапливаемыми подвалами и подпольями;
Апол, 
– то же, ограждающих конструкций отапливаемых подвалов, контактирующих с грунтом; полов по грунту для зданий без подвала (подполья);
0,024 – коэффициент пересчета трансмиссионных потерь тепловой энергии из Вт·cут. в кВт·ч (1 cут.=24 ч, 1 Вт=0,001 кВт);
ГСОП – градуcо-сутки отопительного периода, °С·сут., определяемые для определенной группы зданий по формуле:
(5)
где tв – расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания, °С, принимаемая по ГОСТ 30494; tот, Zот – соответственно средняя температура наружного воздуха, °С, и продолжительность, cут./год, отопительного периода, принимаемые по СП 131.13330 для периода со средней суточной температурой наружного воздуха не более 10°С.
Расчетную температуру наружного воздуха в холодный период года tН, °С, принимаемую по СП 131.13330 равной средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92, и среднюю температуру наружного воздуха tот, °С, в течение отопительного периода следует принимать в соответствии с табл. 2.
Таблица 2. Расчетные температуры наружного воздуха в холодный период года
| Наименование населенного пункта | Расчетные температуры наружного воздуха, °С | ||
| наиболее холодной пятидневки, °С | средняя за отопительный период для зданий: | ||
| жилых и общественных, кроме перечисленных в графе 4 | поликлиник и лечебных учреждений, домов-интернатов, дошкольных учреждений, общеобразовательных школ | ||
| Санкт-Петербург | -24 | -1,3 | -0,4 |
Для теплотехнического расчета ограждающих конструкций расчетные параметры воздуха внутри соответствующих типов зданий и помещений следует принимать по табл. 3.
Таблица 3. Расчетная температура, относительная влажность и точка росы для воздуха внутри помещения, принимаемые при теплотехнических расчетах ограждающих конструкций [5]
| Назначение зданий | Расчетная температура внутреннего воздуха tв, °С | Относительная влажность внутреннего воздуха φв, % | Точка росы tp, °С |
| 1. Жилые здания, гостиницы, общежития, общеобразовательные учреждения (школы) | 20 | 55 | 10,7 |
| 2. Поликлиники и лечебные учреждения | 21 | 55 | 11,6 |
| 3. Дошкольные учреждения | 22 | 55 | 12,6 |
| 4. Другие общественные здания (или помещения общественного назначения, встроенные в жилые здания), кроме перечисленных в пунктах 1, 2 и 3 табл. 3 | 18 | 55 | 8,8 |
Продолжительность Zom, сут., и градусо-сутки ГСОП, °С·сут., отопительного периода для климатических условий Санкт-Петербурга следует принимать в соответствии табл. 4.
Таблица 4. Градуcо-cутки и продолжительность отопительного периода
| Наименование населенного пункта | Градусо-сутки ГСОП, °С·сут. / продолжительность отопительного периода, сут. | ||||
| Назначение здания | |||||
| Жилые, гостиницы и общежития | Общественные, кроме перечисленных в графах 4, 5 и 6 | Школы общеобразовательные | Поликлиники и лечебные учреждения, дома-интернаты | Дошкольные учреждения | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Санкт-Петербург | 4537 / 213 | 4111 / 213 | 4733 / 232 | 4965 / 232 | 5197 / 232 |
По назначению здание относится к общественным с ГСОП 4537 °С·cут. (с расчетной температурой воздуха внутри помещения tв=20°С и продолжительностью отопительного периода Zom=213 сут.). Для помещения тамбура с расчетной температурой внутреннего воздуха tв=15°С ГСОП приняты равными (15+0,4)·232=3573 °С·сут.
Отопление
Проектом не предусмотрены неотапливаемые помещения (подвал, чердак и пр.). По этой причине коэффициент n, учитывающий зависимость положения ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху, принят в расчетной модели равным 0.
Рассчитаем по формуле (4) трансмиссионные потери тепловой энергии в проектируемом объекте:
(6)
Вентиляция
Проектом предусмотрена схема с регулируемой приточно-вытяжной механической вентиляцией с утилизацией теплоты грунта и вытяжного воздуха. Система вентиляции оборудована датчиками CO2 (двуокиси углерода) и RH (влажности) внутреннего воздуха в помещениях (помещении) здания. Кратность воздухообмена в рабочее время при наличии персонала предусмотрена в объеме: 0,5÷1 ч-1.
В зимний период эксплуатации при необходимости догрева приточного воздуха до tв=18-19°C в качестве источника тепла предполагается использование теплоносителя геотермального теплового насоса (рис. 2).
Потери зданием тепловой энергии за счет вентиляционного теплообмена за отопительный период 
, кВт∙ч/год следует рассчитывать по формуле (Ц.2) РМД 23-16-2012 [5]:
(7)
где 0,0067 – коэффициент пересчета продолжительности отопительного периода, входящего в формулу для расчета ГСОП из суток в часы, и потерь тепловой энергии за счет вентиляционного теплообмена из кДж в МДж (1 сут.=24 ч, 1 кДж=1/3600 кВт∙ч: 24/3600=0,0067);
Lпр – количество приточного воздуха, м3/ч, принимаемое для проектируемого здания равным 300 м3/ч (строительный объем 400 м3 с кратностью 0,75);
св – то же, что и в формуле (2), кДж/(кг·°С);
ρвот – то же, что и в формуле (2), кг/м3;
kсут – коэффициент среднесуточного использования вентиляционного оборудования при механической (принудительной) вентиляции, ч/24 ч (при неорганизованном притоке (естественной вентиляции) коэффициент kсут принимается равным 1 – например, если вентиляционное оборудование при механической вентиляции в офисных помещениях здания используется в течение 8 часов в сутки, kсут принимается равным 8/24=0,333);
kнед – коэффициент средненедельного использования вентиляционного оборудования при механической вентиляции, сут./7сут. (при неорганизованном притоке (естественной вентиляции) коэффициент kнед принимается равным 1 – например, если вентиляционное оборудование при механической вентиляции в офисных помещениях здания используется 5 суток в течение недели, kнед принимается равным 5/7=0,714);
ГСОП – то же, что и в формуле (4), °С·сут;
ηрек – то же, что и в формуле (2).
Подставив проектные данные в формулу (7), получим:
Инфильтрация
Потери тепловой энергии зданием за счет инфильтрации холодного воздуха за отопительный период через наружные ограждающие конструкции 
, кВт∙ч/год, следует рассчитывать по формуле (Ц.5) РМД 23-16-2012:
(8)
где 0,0067 – то же, что в формуле (7);
Gинф – количество инфильтрующегося воздуха в здание через ограждающие конструкции, кг/ч; для проектируемого здания – воздуха, поступающего в тамбур в течение суток отопительного периода;
nинф – число часов учета инфильтрации в течение недели, ч, равное 168 для зданий со сбалансированной приточно-вытяжной вентиляцией и 168·(1–kсут kнед), в помещениях которых поддерживается подпор воздуха во время действия приточной механической вентиляции;
Св – то же, что и в формуле (2), кДж/(кг·°С);
ГСОП– то же, что и в формуле (4), для тамбура принято равным 3573 °С·сут.
Количество инфильтрующегося воздуха Gинф, кг/ч, поступающего в тамбур помещения общественного здания через неплотности заполнений проемов, полагая, что все они находятся на наветренной стороне, следует определять по формуле:
(9)
где Аок, Адв – соответственно суммарная площадь окон и входных наружных дверей в тамбур здания, м2;
, 
– соответственно требуемое сопротивление воздухопроницанию окон и входных наружных дверей, м2·ч/кг;
∆pок, ∆pдв – расчетная разность давлений внутреннего и наружного воздуха, Па, рассчитываемая для
— окон по формуле:
(10)
— для наружных входных дверей в здание по формуле:
(11)
В формулах (10, 11) приняты следующие обозначения: Н – высота здания (от уровня пола первого этажа до верха вытяжной шахты), м;
γН – удельный вес наружного воздуха, принимаемый для условий Санкт-Петербурга равным 14,02 Н/м3;
γв – удельный вес внутреннего воздуха, принимаемый равным: для жилых зданий, общеобразовательных учебных заведений, гостиниц и общежитий (с расчетной температурой внутреннего воздуха tв=20°С) – 11,82 Н/м3;
ν – максимальная из средних скоростей ветра по румбам за январь, повторяемость которых составляет 16% и более, принимаемая для климатических условий г. Санкт-Петербурга равной 4,2 м/с (для зданий высотой свыше 60 м ν следует умножать на коэффициент изменения скорости ветра по высоте, принимаемый по таблице 12 РМД 23-16-2012 [5]).
Подставив исходные данные в формулы (9-11), получим, что: ∆pок = 11,7 Па; ∆pдв = 15,9 Па; 
= 5 м2·ч/кг; 
=1,5 м2·ч/кг; Gинф = 4,56 кг/ч.
Число часов учета инфильтрации в здании в течение недели примем равным 168, т.к. тамбур не оборудован механической системой вентиляции. Рассчитаем по формуле (8) потери зданием тепловой энергии за счет инфильтрации холодного воздуха:
Бытовые теплопоступления
Бытовые теплопоступления за отопительный период, кВт∙ч/год, следует определять по формуле (Ц.10) РМД 23-16-2012 [5]:
(12)
где 0,024 – то же, что и в формуле (4);
Zom – то же, что и в формуле (5), сут. (для проектируемого здания Zom принято равным 213 сут.);
Ар – то же, что в формуле (2), м2 (для проектируемого объекта Ар принята равной 92,8 м2);
qбыт – величина бытовых тепловыделений на 1 м2 расчетной площади объекта Ар, Вт/м2, принимаемая:
– по расчетному числу людей, находящихся в здании (из расчета 90 Вт/чел – для взрослых мужчин, 90х0,85=76,5 Вт/чел – для женщин, 90х0,75=67,5 Вт/чел – для детей);
– по количеству и мощности осветительных приборов (исходя из установочной мощности);
– по количеству и мощности оргтехники и технологического оборудования (из расчета 10 Вт/м2 или исходя из установочной мощности).
Помещения общественного назначения без конкретной технологии приравнивают к офисам. При этом теплопоступления в течение рабочей недели (при 8-часовом рабочем дне и 5-дневной рабочей неделе) распределяются следующим образом:
– теплопоступления от освещения – qосв=25 Вт/м2 расчетной площади при использовании 50% рабочего времени (τосв=0,5).
– тепловыделения от оргтехники – qорг.т=10 Вт/м2 расчетной площади при использовании 40% рабочего времени (τорг.т=0,4).
Тогда бытовые теплопоступления qбыт в час за средние сутки отопительного периода допускается определять по формуле:
, (13)
где qчел,i – тепловыделения от людей, Вт/чел;
nчел – расчетное количество людей (жителей, работников, детей и т.д.), чел.;
Ар – то же, что в формуле (2), м2;
qосв – удельные теплопоступления от осветительных приборов, Вт/м2;
τосв – отношение продолжительности использования осветительных приборов в течение рабочего дня по отношению к общей продолжительности рабочего дня;
qорг.т – удельные теплопоступления от оргтехники и технологического оборудования, Вт/м2;
τорг.т – отношение продолжительности использования оргтехники и технологического оборудования в течение рабочего дня по отношению к общей продолжительности рабочего дня;
kсут, kнед – то же, что и в формуле (7).
Количество постоянных сотрудников в проектируемом здании принято равным 3. Тогда бытовые теплопоступления в час за средние сутки составят:
Следовательно, бытовые теплопоступления в течение отопительного периода составят:
.
Солнечные теплопоступления
Теплопоступления через наружные cветопрозрачные ограждающие конструкции от солнечной радиации с учетом ориентации фасадов по восьми румбам за отопительный период 
, кВт∙ч/год, следует определять по формуле (Ц.12) РМД 23-16-2012 [5]:
, (14)
где τок, τоф коэффициенты, учитывающие затенение светового проема соответственно зенитных фонарей и окон непрозрачными элементами заполнения, принимаемые по проектным данным;
kок, kф – коэффициенты проникания солнечной радиации для cветопропускающих заполнений соответственно окон и зенитных фонарей, принимаемые по паспортным данным соответствующих cветопропускающиx изделий;
Аок,i – площадь поверхности светопроемов фасадов здания, ориентированных по восьми направлениям (светопроемы лестнично-лифтового узла в расчет не принимаются), м2;
Аф – площадь светопроемов зенитных фонарей здания, а также мансардных окон с углом наклона к горизонту меньше 45°, м2;
Iв,i – средняя за отопительный период величина солнечной радиации на вертикальные поверхности при действительных условиях облачности, соответственно ориентированная по восьми фасадам зданиям, кВт∙ч/м2, для климатических условий Санкт-Петербурга принимается по табл. 5;
Таблица 5. Средняя размерность солнечной суммарной радиации на вертикальные и горизонтальные поверхности при действительных условиях облачности Ii, МДж/м2 (кВт·ч/м2), за отопительный период
| Наименование населенного пункта | Горизонтальная поверхность | Вертикальные поверхности с ориентацией на: | ||||
| север | северо-восток / северо-запад | восток / запад | юго-восток / юго-запад | юг | ||
| Санкт-Петербург | 912 (253,3) | 394 (109,4) | 455 (126,4) | 650 (180,6) | 902 (250,6) | 1009 (280,3) |
Iф – средняя за отопительный период величина солнечной радиации на горизонтальную поверхность при действительных условиях облачности, МДж/м2, для климатических условий Санкт-Петербурга принимается равной 253,3 кВт∙ч/м2 (см. данные таблицы 4 РМД 23-16-2012 [5]).
Мансардных окон и зенитных фонарей в здании не запроектировано. Коэффициент, считающий затенение светового проема окон непрозрачными элементами заполнения, τoк, для принятого проектного решения соответствующий 0,7; коэффициент относительного проникания солнечной радиации для светопропускающих заполнений kок принят равным 0,58. Тогда теплопоступления через наружные светопрозрачные ограждающие конструкции от солнечной радиации с учетом ориентации фасадов по восьми румбам за отопительный период составят:
Коэффициенты
Коэффициент уменьшения теплопоступлений за счет тепловой инерции ограждающих конструкций νин для проектируемого объекта принят равным 1,0. Коэффициент эффективности систем автоматического регулирования подачи теплоты в системах отопления ξ – 1,0. Коэффициент, учитывающий дополнительное тепловое потребление системой отопления, относящийся с дискретностью номинального теплового потока номенклатурного ряда отопительных приборов, их дополнительными тепловыми потерями через зарадиаторные участки ограждающих систем, с тепловыми потерями трубопроводов через неотапливаемые помещения, βh также принят равным 1,0.
Результаты
Представлены результаты годового расхода тепловой энергии на отопление проектируемого здания в течение отопительного периода года. При измерении количества потребленного тепла на отопление за отопительный период рекомендуется учитывать эффективность принятой системы автоматического регулирования отопления и теплопоступления через наружные светопрозрачные системы от солнечной радиации, учитывающий ориентацию фасадов здания по 8-ми румбам, интенсивность ее при действительных условиях облачности, затенения светового проема непрозрачными объектами и относительное пропускание ее через светопропускающие заполнения оконных пространств. Подставив в формулу (3) расчетные теплоэнергетические параметры, получим:
Таким образом, годовой расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию в проектируемом здании составит 3868,7 кВт∙ч/год.
Удельный годовой расход тепловой энергии в проектируемом здании составит:
Выводы:
Максимальный эффект сбережения энергии может быть достигнут только при детальном анализе объемно-планировочных, инженерных и конструктивных решений.
Применительно для рассматриваемого проекта здания с низким потреблением энергии:
1. Суммарная расчетная мощность системы отопления и вентиляции составляет 4,65 кВт;
2. Расчетное значение суммарного расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию составляет 3868,7 кВт∙ч/год;
3. Удельный годовой расход тепловой энергии на отопление составляет 41,7 кВт∙ч/(м2∙год).
Для малоэтажных домов, расположенных в населенных пунктах с ГСОП более 4000°С·сут., достижение показателей удельного потребления тепловой энергии на отопление менее 45 кВт·ч/(м2·год) возможно только при очень высоком уровне теплоизоляции и герметичности наружных ограждающих конструкций, эффективном регулировании параметров теплоносителя и применении механической вентиляции с утилизацией тепла вытяжного воздуха [12].
Библиографический список
1. Горшков А.С., Ракова К.М., Мусорина Т.А., Цейтин Д.Н., Агишев К.Н. Проект здания с низким потреблением тепловой энергии на отопление // Строительство уникальных зданий и сооружений, №4(31), 2015, c. 232-247.
2. Горшков А.С., Ракова К.М. Об одном проекте энергоэффективного здания // Кровельные и изоляционные материалы, №2, 2015, с. 34-39.
3. Perlova E., Karpova S., Rakova X, Bondarenko E., Platonova M., Gorshkov A. The architectural concept of the building with low energy consumption // Applied Mechanics and Materials. V. 725-726, 2015, p. 1580-1588.
4. Perlova E., Platonova M., Gorshkov A., Rakova X. Concept Project of Zero Energy Building // Procedia Engineering. V. 100, 2015, p. 1625-1633.
5. РМД 23-16-2012 Санкт-Петербург. Рекомендации по обеспечению энергетической эффективности жилых и общественных зданий.
6. Горшков А., Ватин Н., Немова Д. Строительная физика. Энергоэффективное проектирование ограждающих конструкций по стандартам Финляндии. Saarbrucken: LAP LAMBERT, 2014, – 136 c.
7. Ватин Н.И., Величкин В.З., Горшков А.С., Пестряков И.И., Пешков А.А., Немова Д.В., Киски С.С. Альбом технических решений по применению теплоизоляционных изделий из пенополиуретана торговой марки SPU-INSULATION в строительстве жилых, общественных и промышленных зданий // Строительство уникальных зданий и сооружений, №3(8), 2013, с. 1-264.
8. Горшков А.С., Ватин Н.И., Дацюк Т.А., Безруков А.Ю., Немова Д.В., Какула П., Виитанен А. Альбом технических решений по применению теплоизоляционных изделий из пенополиуретана в строительстве жилых, общественных и промышленных зданий // Строительство уникальных зданий и сооружений, №5(20), 2014, с. 71-441.
9. Горшков А.С. Инженерные системы. Руководство по проектированию, строительству и реконструкции зданий с низким потреблением энергии. – Санкт-Петербург: Изд-во Политехн. ун-та, 2013, – 160 с.
10. Сормунен П. Энергоэффективность зданий. Ситуация в Финляндии // Инженерно-строительный журнал, №1, 2010, с. 7-8.
11. Горшков А.С., Дерунов Д.В., Завгородний В.В. Технология и организация строительства здания с нулевым потреблением энергии // Строительство уникальных зданий и сооружений, №3(8), 2013, с. 12-23.
12. Горшков А.С. Принципы энергосбережения в зданиях // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века, №7(186), 2014, с. 26-35.
