Управляемые технологии энергопотребления жилых зданий

Пути снижения энергозатрат на эксплуатационные нужды достаточно разнообразны. Кроме технологий повышения теплотехнических характеристик жилых зданий следует выделить метод модернизации систем отопления, вентиляции, горячего и холодного водоснабжения, а также электроэнергии. Нерегулируемые системы, используемые до настоящего времени, приводят к значительным расходам тепла, горячей и холодной воды. В то же время отсутствует возможность управления температурно-влажностным режимом помещений квартир, что приводит к резкому снижению комфортности проживания, вызывает сезонные вспышки заболеваний в результате понижения или повышения температуры воздуха квартир.

При комплексной реконструкции квартала или микрорайона застройки повышается нагрузка на тепло-, электро-, водо- и канализационные сети за счет увеличения плотности застройки и числа проживающих. Это обстоятельство требует детальных расчетов и исследований экономической целесообразности прокладки сетей, использования автономных источников энергоснабжения и других нетрадиционных решений.

Автономные системы теплоснабжения снижают расход топлива на 20-50 %. Это достигается за счет сокращения потерь при транспортировке, использования управляемых режимов теплоснабжения, а также в результате рационального применения более совершенных отопительных систем и теплогенераторов.

Использование верхней и нижней разводок в эксплуатируемых зданиях приводит к неоднородному распределению тепловой энергии по этажам и значительным колебаниям тепло-влажностного режима помещений. Это обстоятельство существенно снижает комфортность проживания и приводит к дополнительным потерям и затратам за счет наращивания отопительных приборов или создания принудительной вентиляции. Поэтому при реконструкции зданий оснащение теплосистемами с горизонтальным поквартирным распределением теплоносителя от стояков позволяет осуществить индивидуальное регулирование теплового режима квартир и поквартирный учет потребляемой тепловой энергии. Регулирование теплового режима производится путем установки терморегуляторов.

Теплоснабжение реконструируемых зданий может осуществляться:

- от существующих городских теплосетей при условии их удовлетворительного технического состояния и возможности обеспечения теплом с учетом надстраиваемой части здания с устройством ИТП в здании;

- от городских тепловых сетей через реконструируемую ЦТП, перекладкой подводящих тепловых сетей к зданию с учетом увеличения тепловой нагрузки на отопление и горячее водоснабжение и устройством ИТП в здании.

При реконструкции жилых домов производится капитальный ремонт существующей системы отопления с полной заменой трубопроводов, арматуры, нагревательных приборов. Проектируется новая система отопления - единая для существующей и надстраиваемой частей здания.

Система отопления принимается однотрубная или двухтрубная с разводкой магистральных трубопроводов по техническому подполью.

Параметры теплоносителя системы отопления составляют: 95-70 °С - для двухтрубных систем; 105-70 °С - для однотрубных систем.

В качестве нагревательных приборов могут применяться чугунные или стальные радиаторы, конвекторы типа «Универсал», которые оборудуются терморегуляторами фирмы «Дан-фосс». Термостаты, утилизируя свободное тепло от воздействия солнечной энергии, работы электрических приборов, тепло от людей и т.п., обеспечивают большую экономию тепла. Термостаты максимально используют это тепло и поддерживают постоянную температуру, которая регулируется самим потребителем. Полученная экономия может достигать 15 %.

Наибольший эффект экономии тепловой энергии достигается при автоматизированной системе управления режимом теплоснабжения.

Для автоматизации коммерческого учета количества теплоты применяется теплосчетчик ТЭМ-05М (производится НПФ «ТЭМ-Сервис», г.Москва).

На подающем теплопроводе системы отопления, а также на подающем и обратном трубопроводах системы горячего водоснабжения (ГВС) устанавливаются первичные преобразователи расхода.

На подающем и обратном трубопроводах систем отопления, а также на подающем системы ХВС и ГВС устанавливаются преобразователи температуры.

Показания преобразователей расхода и температуры регистрируются и обрабатываются микропроцессорным устройством ИВБ. Оно устанавливается в шкафу учета тепла, где кроме этого размещаются интерфейсная розетка и адаптер.

Система автоматического управления режимом теплоснабжения включает: регулятор давления, погодный конденсатор, наружные и внутренние датчики температуры, термостатический и автоматический компенсационные клапаны, радиаторные термостаты и др. Это оборудование позволяет в автоматическом режиме поддерживать заданный температурный режим. В случае значительного (выше расчетного) понижения температуры наружного воздуха предусматривается использование электрических подогревателей теплоносителя.

Авторегулирование отопительной нагрузки основано на программном обеспечении системы. Регулируемыми параметрами являются температура обратной воды из системы отопления с учетом возможных теплопотерь здания и температура помещений, обеспечивающие комфортные условия проживания. Энергоэффективность в сфере потребления обусловливается информационными потоками, характером и направленностью управляющих воздействий в системе теплоснабжения. Для систем централизованного отопления управление микроклиматом здания и отдельных помещений может быть осуществлено путем реализации принципиальной схемы, приведенной на рис. 8.19. В связи с этим регулирование теплоотдачи нагревательного прибора с термостатом является функцией индивидуального потребителя с экономической заинтересованностью в виде платы за энергоресурсы.

Рис. 8.19. Принципиальная схема управления микроклиматом при центральном теплоснабжении
=> - управление; -----► - передача информации; ®- тепломассоперенос; НО - наружные ограждения; ЕВ - система естественной вентиляции; НП - нагревательный прибор; СЦО - система центрального отопления; ГВ - система горячего водоснабжения; ТП - тепловой пункт; ЦТИ - центральный теплоисточник; БЭ - бытовые источники энергии; П - программа управления; АУУ - автоматическое управляющее устройство

Автоматизированные системы управления подачи тепловой энергии наиболее эффективны при создании локальных газовых котельных, монтируемых на крышах или вблизи зданий и обслуживающих группу жилых домов или квартал. Возможно использование комбинированных систем теплоснабжения от магистральных и локальных сетей.

Перспективным с точки зрения энергозатрат и создания комфортных условий пребывания в помещениях является использование напольных отопительных систем. Они разделяются на системы с теплопроводами из полимерных труб, греющих кабелей и плоских графито-пластиковых нагревательных элементов. Расположение отопительных систем в покрытии пола или подготовке под полы обеспечивает плотность теплоотдачи с 1 м² 50-55 Вт/(м²×°С), что соответствует температуре пола 24-26 °С.

При использовании обычного теплоносителя принимаются полимерные трубы диаметром 15-25 мм, имеющие расчетный срок эксплуатации около 100 лет и выдерживающие температуру 120 °С.

Техническое решение напольного отопления представляет собой змеевидные контуры, подключаемые к стояку отопительной системы с терморегулятором. Равномерное распределение теплового потока позволяет улучшить комфортность помещений, а отказ от навесных отопительных радиаторов не только расширяет свободное пространство помещений, но и снижает нагрузки на элементы здания.

Для компенсации зон нисходящего с наружных стен и окон холодного воздуха предусматривается более частое расположение труб по периметру, что позволяет получать указанные зоны с температурой поверхности пола 28-32 °С.

Технология производства работ предусматривает укладку труб непосредственно в подготовку под полы. Для этой цели используются специальные шаблоны, которые обеспечивают заданный шаг труб, радиус поворота и геометрическую неизменяемость положения при укладке смесей.

Первоначально размещают направляющие шаблоны с шагом, обеспечивающим минимальный прогиб полимерных труб. Своими концами они крепятся к перекрытию с помощью крепежных систем. Затем укладываются полимерные трубы с обязательным креплением к направляющим с помощью прижимных фиксаторов. Концевые элементы труб с помощью соединительных муфт поднимаются к стоякам теплоснабжения. Там же располагаются терморегуляторы. Высота их установки принимается на уровне плинтуса пола.

Наиболее эффективна технология устройства стяжки с использованием пенобетона, бентонита и других типов саморазравнивающихся смесей. Подача и укладка смесей с помощью растворонасосов снижают в 8-10 раз трудозатраты и обеспечивают горизонтальную поверхность, не требующую дальнейшей обработки. Затем на полученные поверхности укладывается чистый пол из различных материалов: ковролина, керамической плитки или паркета. При малых объемах работ, как например, устройство теплого пола ванной комнаты или кухни, процесс укладки поверхностного слоя может осуществляться вручную с приготовлением раствора из сухих смесей в непосредственной близости к помещениям.

При реконструкции зданий нашли применение напольные отопительные системы с использованием греющих электрических кабелей. Отечественной промышленностью выпускаются кабели с удельной мощностью 16-32 Вт/пм. В качестве нагревательной жилы используют нихром, сталь, медь. Допустимая температура в кабеле достигает 150 °С. Рабочая температура на жиле составляет 70-80 °С. Изоляция кабеля стойка к воздействию воды, 20 %-му соляному раствору, 30 %-му раствору щелочи. Греющие провода и кабели могут использоваться при температуре окружающей среды от минус 60 до плюс 50 °С.

В зависимости от площади помещений и требуемой температуры греющие кабели и нагревательные провода выполняются в виде секционных комплектов.

Система обогрева располагается в толщине цементно-песчаной подготовки толщиной 3-5 см, снабжается термодатчиком и термостатом. Подключение производится к сети жилого помещения напряжением 110-220 В. Наиболее эффективным является расположение греющих кабелей в цементно-песчаной подготовке пола. В этом случае материал, обладая высокой теплоемкостью, может длительное время отдавать тепло при отключенной подаче энергии. Поэтому возможна цикличная подача тепла во время суток, когда стоимость и потребление электроэнергии минимальны. При использовании в качестве пола деревянного покрытия греющий кабель располагается на расстоянии 3-5 см от его внутренней поверхности в промежутках между ними. Теплотехнический эффект в данном варианте менее эффективен, так как из-за воздушной прослойки и низкой теплопроводности дерева период нагрева значительно увеличивается. При этом требуется более высокая удельная мощность.

Технология производства работ заключается в раскладке кабельной системы на поверхности перекрытия, фиксации геометрического положения с помощью направляющих, установке термодатчиков и терморегуляторов.

По мере выполнения монтажных работ осуществляется пооперационный контроль, включающий сохранение проектного шага расположения кабеля, горизонтальность размещения по высоте, фиксацию мест установки термодатчиков и проверку функционирования системы в целом.

Для обеспечения требуемого шага расположения кабеля используются металлические или полимерные направляющие с фиксаторами. С помощью фиксаторов осуществляют крепление и вывод системы термодатчиков.

После подготовки системы осуществляют укладку цементно-песчаной стяжки или настилку деревянного пола.

Греющие кабельные системы возможно располагать также под штукатурной поверхностью стен или фиксировать на стенах с экранированием плоскими элементами. Они могут использоваться для отогрева тротуаров, пандусов гаражей и в других случаях.

Одним из эффективных средств создания греющих полов, потолков и стен являются стеклопластиковые графитовые нагреватели. Они представляют собой графитовую ткань, запрессованную в стеклопластиковую оболочку с концевыми выводами для коммутации.

Размеры панелей составляют от 10´70 мм до 800´1200 мм при толщине 0,8-2,5 мм. Возможно использование как постоянного, так и переменного тока. Температура рабочей поверхности может достигать 100 °С. Коэффициент теплоотдачи составляет 0,96-0,99. Системы обладают низким коэффициентом тепловой инерции, что позволяет через 30-40 с после включения получать заданный тепловой поток.

Стеклопластиковые греющие панели имеют высокий уровень энергобезопасности и долговечности. Они одинаково хорошо выполняют свои функции при непрерывной и цикличной работе, сохраняют работоспособность при наличии сквозных отверстий. Это качество существенно упрощает процесс их монтажа, так как позволяет использовать различные крепежные средства в зависимости от материала основания.

Основным преимуществом электрических систем отопления является то, что излучаемый тепловой поток имеет большую площадь и малую тепловую инерцию. Так, для греющих полов период стационарного режима снижается до 30-45 мин, а плоских нагревательных систем - 10-15 мин. При этом излучаемое тепло не сжигает кислород и не создает воздушных потоков, поднимающих пылевые частицы. Это обстоятельство существенно улучшает экологическую ситуацию, благоприятно воздействуя на психику человека.

Следует отметить высокую надежность и долговечность отопительных систем, а также низкие трудозатраты и стоимость при их устройстве. По сравнению с традиционными решениями достигается снижение затрат до 30 %. Однако наиболее ощутимым фактором является эксплуатационная надежность таких систем. По данным финских экспертов, срок эксплуатации таких систем может достигать 100 лет.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Авиром Л.С. Надежность конструкции сборных зданий и сооружений. -Л.: Стройиздат, 1971. - 171 с.

2. Ананьев В.П., Зеленский Ю.В., Шувалова Л.П., Исаев Б.Н. Силикатизация лессовых грунтов. - Ростов: Изд-во Рост, ун-та, 1985. - 124 с.

3. Арендский Е. Долговечность жилых зданий/ Пер. с польского. - М.: Стройиздат, 1983. -255 с.

4. Афанасьев А.А., Матвеев Е.П., Монастырев В.П. Индустриальные методы облицовки зданий при их утеплении// ПГС. - № 6. - 1997. - С. 49-52.

5. Бедов А.И., Сапрыкин В.Ф. Обследование и реконструкция железобетонных и каменных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений. - М.: АСВ, 1995. - С. 180.

6. Боровков А.А. Теория вероятностей. - М.: Наука, 1986. - 431 с.

7. Бойко М.Д. Технологическое обслуживание и ремонт зданий и сооружений. - М.: Стройиздат, 1993. - 207 с.

8. Грунау Э. Предупреждение дефектов в строительных конструкциях/ Пер. с нем. - М.: Стройиздат, 1980. - 186 с.

9. Гусаков А.А. Системотехника строительства. - М.: Стройиздат, 1993. - 366 с.

10. Гнеденко Б.В., Беляев Ю.К., Соловьев А.Д. Математические методы в теории надежности. - М.: Наука, 1965.

11. Егнус М.Я., Каграманов Р.А., Левинзон АЛ. Технологическое обеспечение сборки зданий. - М.: Стройиздат, 1979. - 341 с.

12. Жилкин Г.Н. Электромеханическое закрепление фунтов в строительстве. - Л.: Стройиздат, 1966. - 246 с.

13. Калинина В.Н., Панкин В.Ф. Математическая статистика. - М.: Высшая школа, 1994.-335 с.

14. Карлин С. Основы теории случайных процессов. - М.: Мир, 1971. -386 с.

15. Коновалов П.А. Основания и фундаменты реконструируемых зданий. -М.: Стройиздат, 1980. -242 с.

16. Мензуренко А.С. Механизация строительно-монтажных работ при реконструкции, модернизации и капитальном ремонте жилых зданий// ПГС. - № 4. - 1995. С. 30-31.

17. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов и их отбору для финансирования. - М., 1994. - 80 с.

18. Михалко В.Р. Ремонт конструкций крупнопанельных зданий. - М.: Стройиздат, 1986.- 310с.

19. Пилягин А.В. Опыт определения осадок фундаментов по данным краткосрочных геодезических наблюдений// Геология и картография. -1973. - № 11.

20. Пискунов М.Е. Методика геодезических наблюдений за деформациями сооружений. - М.: Недра, 1980. - 186 с.

21. Попов Г.Г., Бурак Л.Я. Техническая экспертиза жилых зданий старой постройки. - Л.: Стройиздат, 1986. - 210 с.

22. Перлей Е.М., Раюк В.Ф., Беленькая В.Ф., Алмазов А.Н. Свайные фундаменты и заглубленные сооружения при реконструкции действующих предприятий. - Л.: Стройиздат, 1989.-175 с.

23. Райзер В.Д. Теория надежности в строительном проектировании. -М.: АСВ, 1998. - 302 с.

24. Рекомендации по обследованию и оценке технического состояния крупнопанельных и каменных зданий/ ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко. - М.: Стройиздат, 1988. - 57 с.

25. Рекомендации по усилению каменных конструкций зданий и сооружений/ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко. - М.: Стройиздат, 1984. - 36 с.

26. Ройтман А.Г. Надежность конструкций эксплуатируемых зданий. - М.: Стройиздат, 1985.-174 с.

27. Ройтман А.Г. Деформации и повреждения зданий. - М.: Стройиздат, 1987. - 157 с.

28. Саурин А.Н., Таранцева Е.А. Опыт устройства набивных свай в раскатанных скважинах применительно к различным инженерно-геологическим и построечным условиям площадок// Основания, фундаменты и механика грунтов. - 1998. - С. 40-43.

29. Соловьев А.Д. Асимптотическое поведение момента первого наступления редкого события в регенерируемом случайном процессе// Изв. АН СССР. Техническая кибернетика. - 1971.-№6. -С. 79-89.

30. Соловьев А.Д., Саходов О.В. Двусторонние оценки для вероятности отказа на одном периоде регенерации// Изв. АН УзССР. - 1977. - № 2. - С. 41-46.

31. Соколов В.К. Реконструкция жилых зданий. - М.: Стройиздат, 1986. - 245 с.

32. Столбов Ю.В. Статистические методы контроля качества строительно-монтажных работ. - М.: Стройиздат, 1982. - 86 с.

33. Седых Ю.И., Лазебник В.М. Организационно-технологическая надежность жилищно-гражданского строительства. - М.: Стройиздат, 1989. - 398 с.

34. Смолко С.Я., Хотяков В.Я., Яковлев В.Г. Применение коротких свай и плитных фундаментов в жилищном строительстве на слабых основаниях// Основания, фундаменты и механика грунтов. - 1991. - № 2. - С. 5-6.

35. Соколевич Л.Е. Химическое закрепление грунтов. - М.: Стройиздат, 1980. - 268 с.

36. Штепе Г. Надежность несущих строительных конструкций/ Пер. с немец. - М.: Стройиздат, 1994. - 287 с.

37. Шторм Р. Теория вероятностей. Математическая статистика. Статистический контроль качества/ Пер. с немец. - М.: Мир, 1970. -364 с.

38. Управление инвестиционным комплексом в новых условиях/ Под ред. А.И. Ресина. - М., 1994. - 104 с.

39. Физдель И.А. Дефекты в конструкциях, сооружениях и методы их устранения. - М.: Стройиздат, 1987. - 335 с.

40. Пособие к МГСН 2.01-99 «Энергосбережение в зданиях». - М., 1999.

41. Проектирование тепловой защиты зданий. СП 23-101-2004. - М., 2001.

42. Рекомендации по проектированию и устройству оснований, фундаментов и подземных сооружений при реконструкции гражданских зданий и исторической застройки/ Правительство Москвы, Москомархитектура. - М., 1998.

43. Рекомендации по обследованию и мониторингу технического состояния эксплуатируемых зданий, расположенных вблизи нового строительства или реконструкции/ Москомархитектура. - М., 1998.

44. Рекомендации по проектированию и устройству оснований и фундаментов при возведении зданий вблизи существующих в условиях плотной застройки в г. Москве/Правительство Москвы, Москомархитектура. - М., 1999.