т е п л о э н е р г е т и к а УДК 697.9 К ВОПРОСУ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ В ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ Докт. техн. наук, проф. ПИЛИПЕНКО В. М.2), канд. техн. наук, доц. АКЕЛЬЕВ В. Д.1), КИЕТ НГО ТУАН 3), канд. техн. наук НГУЕН ТХУ НГА3) 1)Белорусский национальный технический университет, 2)ГП «Институт жилища – НИПТИС имени Атаева С. С.», 3)Научный энергетический институт Вьетнамской академии наук и технологий Решение задач экономии теплоты в строительстве сегодня имеет место лишь в пределах одной специальности, а также в рамках нераспростране- ния на проблему в целом. Проводимые исследования не учитывают того, что уровень энергетической эффективности здания зависит от архитектур- но-планировочного решения, компоновки здания, работы технологическо- го оборудования, освещения, систем автоматизации, обеспечивающих микроклимат в помещениях. Использование возобновляемых источников энергии в энергоэффек- тивном строительстве, энергосбережение – важнейшие актуальные про- блемы большинства стран. Неоспоримым фактом является разработка принципиальных концепций развития нетрадиционных источников тепло- ты, энергии. Применение нетрадиционных источников энергии в мировой практике отнесено к числу важнейших факторов, обусловливающих буду- щее энергетики. В интенсивно развивающемся технологическом мире энергоэффектив- ное здание нельзя рассматривать как статичную систему вне общих тен- денций развития энергетики и энергоэффективных технологий. Затраты теплоты и энергии на эксплуатацию здания в течение срока его функцио- нирования можно представить в следующем виде: от 1 2 1 3 ( ) m N M N n n n n mn n m n k E S f T f f              , (1) где N – продолжительность функционирования здания, годы; М – число энергоэффективных технологий в здании; n – номер года; т – номер тех- нологии; km – номер первого года введения технологии; Е – затраты тепло- ты, энергии на эксплуатацию здания в течение срока его функционирова- ния, кВтч; Sот – отапливаемая площадь здания, м2; i – продолжительность отопительного периода в i-м сезоне, ч; f1 – суммарный удельный коэффи- циент теплопередачи здания, Вт/(м2СВт); f2i – мощность внутренних ис- точников теплоты в здании, кВт/м2; fmn – удельная мощность энергоэффек- 67 тивных технологий (т-й) в п-м году, кВт/м2; Тп – средняя разность темпе- ратур воздуха внутри и снаружи здания в i-м году, С. В соответствии с общепринятой терминологией энергоэффективное здание – это открытая энергетическая система с оптимальным для сущест- вующих технико-экономических условий уровнем потребления теплоты и интерфейсом для подключения энергоэффективных модулей. Следова- тельно, это развивающееся, с точки зрения уровня тепловых потерь, зда- ние, энергетические характеристики которого изменяются по мере разви- тия энергоэффективных технологий, оставаясь оптимальными по отноше- нию к затратам на экономию энергии во время его эксплуатации. Проектирование систем теплоснабжения зданий, равно как и расчет мощности отопительных элементов в них, выполняется для нормируе- мых условий микроклимата помещений исходя из проектных значений сопротивлений теплопередаче ограждающих конструкций зданий и уровня воздухообмена помещений [1]. При этом оптимальное значение темпе- ратуры находится в пределах (20–22) С, что выше расчетного диапазо- на, устанавливаемого жильцами при возможности регулирования от 18 до 25 С. Таким образом, на стадии проектирования [2] закладывается противо- речие между проектными и фактическими температурными режимами жи- лых помещений. При эксплуатации жители доступными средствами доби- ваются оптимальной температуры воздуха в квартирах. В зданиях основная возможность регулирования температуры воздуха – воздухообмен. Жители старого жилого фонда с целью повышения температуры в квартирах уп- лотняют притворы окон различными способами, уменьшая при этом воз- духообмен и снижая тепловые потери зданий. В новых зданиях, где герметичные окна не оставляют резерва экономии теплоты вследствие уменьшения воздухообмена, возникают проблемы, связанные с высокой относительной влажностью воздуха. У жильцов есть возможность управления воздухообменом, регулируя установку окон в ре- жиме микропроветривания, но на первом месте остается комфортная тем- пература. В итоге тепловой баланс здания в процессе эксплуатации формируется с учетом климатических условий, влияющих на уровень тепловых потерь, социально-урбанистских условий, определяющих мощность тепловых вы- делений в здании и структуру жилого фонда, а также случайных воздейст- вий жильцов на термодинамические параметры микроклимата квартир. Эти воздействия сказываются как на величине теплопотерь здания, так и перераспределяют тепловую нагрузку между отдельными квартирами. Величину средней удельной мощности теплопотерь q (Вт/м2) здания с уче- том случайных воздействий жильцов можно записать в виде cp ср от 1 1от вн 2 1 1от уд 1 1 1 , M N i out m nm m nm m N M nm n n n nm n m m m T T S Rq c V S S R R qc v S S S R R                                      R S  (2) 68 где Sn, Sm, Snm – отапливаемая площадь п-й квартиры, м2, площадь т-х ог- раждающих конструкций в здании и площадь ограждающих конструкций п-й квартиры (м2) с приведенным сопротивлением теплопередаче Rm, м2С/Вт; Vср – средний объем воздухообмена в здании, м3/(м2с); n – слу- чайная величина, равная отклонению (девиации) значения температуры в n-й квартире от средней по зданию величины, С; vn – случайная величи- на, равная отклонению значения воздухообмена в n-й квартире от средней по зданию величины, м3/(м2с); Rnm – случайная величина, равная отклоне- нию значения сопротивления теплопередаче m-го ограждения в n-й квар- тире от среднего по зданию значения, м2С/Вт; N и M – количество квар- тир в здании и число типов ограждающих конструкций соответственно; qвн – мощность внутренних источников теплоты, приходящаяся на одного человека, Вт/чел.; Sуд – средняя заселенность зданий, м2/чел. Первый член суммы характеризует среднее значение мощности удель- ных тепловых потерь здания в течение отопительного сезона, второй – случайную составляющую, обусловленную девиациями температуры и воздухообмена в квартирах от средних значений. Величина среднеквадратичного отклонения удельной мощности зданий среднего значения может быть рассчитана из уравнения , 1 2 11 2222 2 2 2               N n M m m nm N n n ol q R SSc S (3) где  и  – среднеквадратичное отклонение температуры и удельного воздухообмена в квартирах от среднего значения, оС, м3/(м2с), соответст- венно. Требования к теплотехническим характеристикам зданий изменяются синхронно стоимости энергоносителей. Если в зданиях постройки 1994 г. требования к сопротивлению теплопередаче ограждающих конструкций выбирались только из условия теплового комфорта, то затем были уста- новлены нормируемые значения для сопротивлений теплопередаче ограж- дающих конструкций, а в 2009-м – нормативные значения удельных годо- вых потреблений теплоты на отопление зданий. Удельное годовое потреб- ление теплоты на отопление устанавливается и в нормативах стран ЕС, которое относится не к зданию как конструктивной системе, а учитывает также климатические и условия эксплуатации зданий. Поэтому сравни- тельный анализ зданий, находящихся в различных климатических зонах и условиях эксплуатации, по удельному потреблению теплоты на отопление некорректен в силу отмеченных особенностей. Предложенная математическая модель позволяет рассматривать здание как энергетическую систему, находящуюся во взаимодействии с внутрен- ними условиями, обусловленными наличием жильцов и окружающей сре- дой, и обеспечивает возможность моделирования для существующих в ре- альности условий эксплуатации. 69 В Ы В О Д Выполненный комплекс научно-исследовательских разработок позво- ляет с использованием компьютерной техники прогнозировать по времени затраты теплоты в зданиях различного назначения в зависимости от термо- динамических характеристик внутреннего и наружного воздуха, теплофи- зических характеристик ограждающих конструкций при наличии энергии энергоэффективных технологий во временном интервале социальных фак- торов. Л И Т Е Р А Т У Р А 1. С о в р е м е н н ы е математические модели конвекции / В. К. Андреев [и др.]. – М.: Физматлит, 2008. – 368 с. 2. П р о е к т и р о в а н и е экономичных общественных зданий: пер. с англ. / С. Терной [и др.]. – М.: Стройиздат, 1990. – 336 с. Представлена кафедрой теплогазоснабжения и вентиляции Поступила 03.04.2012 70