10806

используются воздушные клапаны, расположенные в верхней и нижней частях массивной стены. Управление работой подобных систем проводится, как правило, в автоматическом режиме.

В холодный период времени в солнечный день штора поднята, клапаны открыты (рис. 2а). Это приводит к нагреву массивной стены через стеклянную перегородку и нагреву воздуха, находящегося в прослойке между стеклянной перегородкой и стеной. Теплота поступает в помещение от нагретой стены и нагретого в прослойке воздуха, циркулирующего через прослойку и помещение под воздействием гравитационных сил, вызванных разностью плотностей воздуха при разных температурах. Ночью или в пасмурный день штора опущена, клапаны закрыты (рис. 2б). Теплопотери во внешнюю среду значительно сокращаются. Температура в помещении поддерживается за счет поступления теплоты от массивной стены, аккумулирующей эту теплоту от солнечного излучения.

В теплый период времени в солнечный день штора опущена, нижние клапаны открыты, верхние – закрыты (рис. 2в). Штора предотвращает нагрев массивной стены от солнечного излучения. Наружный воздух поступает в помещение с затененной стороны дома и выходит через прослойку между стеклянной перегородкой и стеной в окружающую среду. Ночью или в пасмурный день штора поднята, нижние клапаны открыты, верхние – закрыты (рис. 2г). Наружный воздух поступает в помещение с противоположной стороны дома и выходит в окружающую среду через прослойку между стеклянной перегородкой и массивной стеной. Стена охлаждается в результате конвективного теплообмена с воздухом, проходящим через прослойку, и за счет теплопотерь в окружающую среду. Охлажденная стена в дневное время поддерживает необходимый температурный режим в помещении.

Рис.2 . Схемы работы усовершенствованной пассивной солнечной системы теплоснабжения: а, б – зимой; в, г – летом

1– штора;2– верхний клапан;3– стеклянная перегородка;4 – прослойка;5 – массивная стена;6 – нижний клапан

Пассивные солнечные систем отопления являются достаточно перспективными в отдельных климатических регионах в сравнении с остальными системами по следующим причинам:

130

Относительно низкая стоимость устройства;

Конструкция простая в обслуживании;

Долговечность и надежность конструкции.

К недостаткам пассивного солнечного отопления следует отнести то, что параметры воздуха внутри помещения могут отличаться от требуемых при изменении температуры наружного воздуха. Точность расчетов невысокая, поэтому данной системы теплоснабжения может быть не достаточно для полного обогрева здания.

Для достижения хорошего энергосберегающего эффекта в системах теплоснабжения зданий с более точным поддержанием температурных условий в заданных пределах целесообразно комбинированное использование пассивных и активных солнечных систем теплоснабжения.

Литература

1.Электронный ресурс:

[https://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=4275]

2.Электронный ресурс:

[http://energodom.org/energodom/vozobnovlyaemye-istochniki-energii/42- gelio-alternativa/182-passive-solar]

3.Электронный ресурс: [http://gidproekt.com/stena-tromba-v-dome- kak-ispolzovat-passivnoe-solnechnoe-teplo.html]

4.Харченко Н.В. «Индивидуальные солнечные установки». Энергоатомиздат, Москва, 1991 г. — 208 с.

Д.В. Васильев, С.В. Болдин

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурностроительный университет», г. Нижний Новгород, Россия

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВКАХ

В настоящее время большая часть тепловой энергии вырабатывается на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ) и котельных, в основе которых лежит котельная установка (КУ). Котельная установка – это комплекс устройств, служащих для выработки пара или горячей воды.

Энергосбережение является одной из приоритетных задач при проектировании и эксплуатации КУ, так как использование всей теплоты получаемой при сжигании топлива, а также экономия вторичных ресурсов, помогает достигать наивысших экономических показателей работы установки.

131

Одним из самых эффективных мероприятий по энергосбережению в КУ является использование теплоты уходящих газов. Потеря теплоты с уходящими газами занимает основное место среди тепловых потерь котла и составляет 5–12 % от вырабатываемой теплоты. Используя эту теплоту, можно не только снизить расход топлива, но и повысить общую эффективность работы котлоагрегатов КУ.

Одним из самых эффективных способов использования энергии уходящих газов является использование конденсационных теплообменников (КТ), способных охлаждать уходящие дымовые газы ниже точки росы и дополнительно полезно использовать скрытую теплоту конденсации водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания. Эффективность применения КТ объясняется повышенным содержанием в продуктах сгорания водяных паров и высоким качеством выделяющегося конденсата. Этот конденсат после дегазации используется в качестве питательной воды котлов.

Такое использование теплоты отработанных газов не только позволяет экономить топливо, увеличивая тем самым получаемое количество энергии на единицу условного топлива, но и снижать объем вредных выбросов в атмосферу.

Помимо использования теплоты уходящих газов существует еще множество способов энергосбережения и повышения энергоэффективности КУ. Из них стоит выделить несколько основных направлений энергосбережения: повышение КПД котельной установки за счет регенеративных подогревателей, снижение потерь при производстве энергии и снижение потребления энергии на технологические нужды котельной.

Повысить КПД котельных установок можно модернизируя старое оборудование КУ: замена устаревших горелок на автоматизированные, замена систем подготовки воды, что приведет к уменьшению количества отложений в котлах и трубопроводах, и соответственно повысит эффективность теплопередачи и теплосъема.

Снижение потерь при производстве пара и горячей воды в КУ так же существенно влияет на эффективность работы котельной и позволяет повысить эффективность использования топлива. Один из методов был уже рассмотрен выше, но кроме него существует еще ряд способов снижения потерь теплоты, таких как повышение качества обмуровки котлов, замена и своевременное обслуживание трубопроводов и соединительных уплотнений, а также снижение потерь теплоты с недожогом топлива.

Для снижения потребления электроэнергии на собственные нужды котельной стоит прибегнуть к таким методам как, применение частотных приводов и устройств плавного пуска на электродвигателях, что позволит

132

снизить расход электроэнергии на 25 – 30 %, а также продлить срок эксплуатации двигателей на 15 %.

Что бы выявить какой из методов будет наиболее эффективен и экономически выгоден, необходимо сделать технико-экономические расчеты с учетом всех особенностей рассматриваемой КУ. Говорить о каких-либо общих методах, которые могут быть использованы повсеместно нецелесообразно, так как условия работы, экономическая ситуация, режимы работы, качество и степень износа оборудования различны для каждой котельной.

Мероприятия по энергосбережению в КУ помогают не только оптимизировать затраты на производство тепловой и электрической энергии, но и качественно улучшить работу КУ и всего производства в целом. К сожалению большинство методов по энергосбережению имеют длительные сроки окупаемости, и затраты на подобные мероприятия могут позволить себе далеко не все организации, эксплуатирующие котельные. Так как для эксплуатирующей организации вложение средств в мероприятия со столь длительным периодом окупаемости зачастую просто неоправданы, из-за нестабильной экономической ситуации и множества других факторов, которые могут свести траты на повышение эффективности к нулю. Однако если рассматривать энергосбережение в долгосрочной перспективе и в масштабах не одной, а всех котельных области, округа или страны, а также закладывать большинство энергосберегающих мероприятий на стадии проектирования КУ, то можно достичь более высоких результатов.

Г.И. Ветюгов, И.П. Грималовская

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурностроительный университет», г. Нижний Новгород, Россия

МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ СВЕТОПРОЗРАЧНЫХ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ

Энергосбережение – это комплекс организационных, правовых, технических, технологических, экономических и иных мер, направленных на уменьшение объема используемых энергетических ресурсов при сохранении соответствующего полезного эффекта от их использования. Требования по энергосбережению контролируются государством и описываются в Федеральном законе от 23 ноября 2009 года № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о

133

внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».

Величина теплопотерь зданий зависит от множества факторов. Большая их часть приходится на ограждающие конструкции, в том числе и оконные. Окно – важнейшая часть конструкции здания, выполняющая сразу несколько функций: естественное освещение, вентиляция, тепло- и шумоизоляция, защита от вредных атмосферных воздействий. От 18% до 50% теплоты теряется через оконные проемы. Это приводит к поиску методов повышения энергоэффективности светопрозрачных ограждающих конструкций зданий.

Теплозащитные качества окна в соответствии с нормативными документами оцениваются приведенным сопротивлением теплопередаче, которое должно быть не меньше нормируемых значений, определяемых по формуле (1):

особенности региона строительства.

В области современного строительства в оконных конструкциях для зданий и сооружений широкое применение нашли окна в виде однокамерных или двухкамерных стеклопакетов (рис. 1), на которые могут наноситься теплосберегающие низкоэмиссионные покрытия. Стеклопакет

– это светопрозрачная конструкция строительного назначения из двух и более стекол, скрепленных (склеенных) между собой в следующем порядке: стекло – воздушная камера (газ) – стекло и т. д. Между стеклами обычно находится воздух, который, как известно, плохо пропускает тепло и способствует теплоизоляции помещения. Для улучшения характеристик сопротивления теплопередаче внутрь стеклопакета могут быть закачаны и другие газы, имеющие меньшую теплопроводность, – углекислый газ, аргон, ксенон, их смеси. Одноатомные газы с большим молекулярным весом резко снижают теплопроводность стеклопакета, но увеличивают его цену.

134

1 – стекло; 2 – дистанционная рамка; 3 – влагопоглотитель; 4 – нетвердеющий герметик; 5 – отверждающийся герметик; 6 – воздушная (газовая) прослойка; δ – толщина стекла; hc –

расстояние между стеклами; D – глубина герметизирующего слоя; h – толщина стеклопакета. Рис. 1. Конструкции однокамерного и двухкамерного стеклопакетов: а) однокамерного;

б) двухкамерного.

Потери теплоты через остекление складываются из теплопроводности, конвекции и теплового излучения. Основная доля теплопотерь через оконные конструкции происходит за счет теплового излучения. Для борьбы с этим процессом и разработаны энергосберегающие стекла. Придание энергосберегающих свойств стеклу связано с нанесением на его поверхность низкоэмиссионных оптических покрытий, а само стекло с таким покрытием получило название низкоэмиссионного. Эти покрытия обеспечивают прохождение в помещение коротковолнового солнечного излучения, но препятствуют выходу из помещения длинноволнового теплового излучения, например от отопительного прибора. Таким образом, стекла с низкоэмиссионным покрытием отфильтровывают длинноволновое излучение по диапазону 5,6-50 мкм, отчего также называются селективными (избирательными). Стеклопакеты, имеющие стекла с низкоэмиссионным мягким покрытием, позволяют сократить теплопотери и увеличить теплоизоляцию практически в 2 раза по сравнению с обычными стеклами. Коэффициент эмиссии ε показывает, как то или иное стекло поступает с лучистой тепловой энергией. Так у обычного листового стекла без всякого напыления коэффициент эмиссии ε = 0,83-0,84, а у стекла с напылением ε = 0,06, что больше почти в 15 раз.

135

1 – воздух или газ (углекислый газ, аргон, ксенон); 2 – селективное покрытие; 3 – дистанционная рамка; 4 – отопительный прибор.

Рис. 2. Потоки энергии в периоды года: а) летний; б) зимний.

Различают энергосберегающие стекла двух видов. К первому относится стекло с мягким покрытием из материалов на основе серебра. Это так называемое і-стекло, которое пропускает более 75-85 % видимого света и отражает обратно в помещение более 90-95 % тепла. Стекло отличается максимальными энергосберегающими характеристиками. По сравнению с обычным листовым стеклом, i-стекло пропускает в 10-20 раз меньше теплового излучения. Однако такое покрытие мягче стекла, поэтому стекло с ним используется только в составе стеклопакетов, где оно обращается внутрь стеклопакета и, таким образом, защищается от механического контакта.

Второй вид теплосберегающего стекла имеет твердое покрытие из материалов на основе прочных и атмосферостойких оксидов, нитридов титана, индия. Покрытия типа «k» наносят на горячую поверхность методом пиролиза, после чего стекло отжигают. При этом твердость покрытия получается выше, чем у самого стекла. Коэффициент ε у стекла с k-покрытием не превышает 0,1, поэтому утечки тепла сокращаются в 5 и более раз. Материалом низкоэмиссионного покрытия в данном случае является, как правило, оксид олова с добавлением фтора. Такое стекло имеет несколько худшие теплосберегающие характеристики по сравнению с і-стеклом. Отражение тепла при использовании этого вида стекла составляет до 90 %, а пропускание видимого света – до 80 %.

При правильном расчете и выборе энергосберегающие стеклопакеты позволяют беспрепятственно пропускать солнечную энергию с короткими волнами непосредственно во внутреннюю часть помещения, а стремящиеся наружу тепловые потоки свободно отражать, сохраняя, таким образом, тепло внутри дома.

136

Литература

1.Теплоизолированная наружная стенка из двойного остекления [Текст]: пат. 2180173 Рос. Федерация: МПК E06B7/02 / СЕНСИНИ Массимо; заявитель и патентообладатель ВЕТРО ВЕНТИЛАТО С.Р.Л. – № 20041321991/03; заявл. 21.03.2003; опубл. 10.12.2008, Бюл. №34. – 3 с.

2.Куренкова, А. Ю. Проектирование и конструирование окон. Мысли вслух по результатам поездки в Финляндию / А. Ю. Куренкова, А. К. Никитин, А. И. Шовковый // Светопрозрачные конструкции. – 2007 – №3. – С. 20-25.

3.Кузьминский, Р. А. Повышение энергоэффективности светопрозрачных ограждающих конструкций зданий/ Р. А. Кузьминский, Ю. Н. Павлов // АВОК. Энергосбережение. – 2018 – №3. – С. 38-43.

А.Д. Елизарова, Е.Н. Фролова, А.А. Харитонов, Н.А. Солуянов

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурностроительный университет», г. Нижний Новгород, Россия

АНАЛИЗ ОБЕСПЕЧЕННОСТИ РАСЧЕТНОГО ВОЗДУХООБМЕНА В ЖИЛЫХ ДОМАХ С СИСТЕМАМИ ЕСТЕСТВЕННОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ

Одним из базовых показателей, характеризующих эффективность работы систем вентиляции гражданских зданий, является коэффициент обеспеченности расчетного воздухообмена n, %. Система вентиляции считается достаточно эффективной если n ≥ 95 % [1].

Для проведения оценки эффективности работы систем вентиляции с естественным побуждением движения воздуха авторами был проведен анализ обеспеченности расчетного воздухообмена в помещениях первого, третьего и пятого этажей пятиэтажного многоквартирного жилого дома, расположенного в Нижнем Новгороде.

Существующие системы естественной вентиляции жилых домов проектировались из условия

где h – разница между отметками забора воздуха в помещение и его выброса из вентиляционной шахты на кровле, м; g – ускорение свободного падения, м/с2; ρв – плотность внутреннего воздуха, кг/м3; ρ5 – плотность наружного воздуха с температурой +5 °С, кг/м3.

137

Система естественной вентиляции проектируется таким образом, чтобы расчетный воздухообмен Lр, м3/ч, обеспечивался при температурах наружного воздуха +5 °С и ниже.

Фактический воздухообмен в помещениях жилого дома Lф, м3/ч, рассчитывается по формуле [2]:

где ρф – фактическая плотность наружного воздуха, кг/м3 [3]; cф, cкр – аэродинамические коэффициенты в точке забора воздуха в помещение (на фасаде) и в точке выброса из вентиляционной шахты (на кровле) [4, 5]; kф, kкр – понижающие коэффициенты для фасада и кровли здания, учитывающие плотность городской застройки; vветр – фактическая скорость ветра, полученная по результатам замеров на метеостанции, м/с [3].

Зависимости (1)…(4) позволяют определять фактический воздухообмен как для отдельных помещений, так и для всего здания в целом. Для наглядной иллюстрации изменения фактического воздухообмена рассчитывается относительный воздухообмен L , равный

Представленные на рисунке 2 значения среднемесячных коэффициентов обеспеченности воздухообмена n, %, определялись по формуле:

где n+ – число результатов расчета в течение месяца, когда фактический воздухообмен Lф, м³/ч, был больше или равен расчетному воздухообмену Lр, м³/ч, м³/ч; n– – тоже, когда Lф < Lр.

138

Рис. 1. Зависимость относительного воздухообмена в помещениях многоквартирного жилого дома от расчетного месяца для 1, 3 и 5 этажей здания

1 2

3

Месяц

Рис. 2. Зависимость коэффициента обеспеченности воздухообмена в помещениях многоквартирного жилого дома от расчетного месяца для: 1, 2, 3 –

первого, третьего и пятого этажей здания

139