Расход энергии на отопление здания за отопительный период

South-East Finland - Russia European Neighbourhood and Partnership Instrument 2007-2013
Project 2011-091-SE693 “Efficient Energy Management - EFEM”
EFEM
Report
WP3. Auditing and Guidelines.
Commissioning procedure for building retrofits:
materials for improving the energy efficiency class of
object Gydrokorpus-2, Polytechnicheskaya, 29
Saint-Petersburg
2013
20
This project is co-funded by the European Union, the Russian Federation and the
Republic of Finland
Энергетическая эффективность здания
•
•
•
•
•
•
•
Энергетическая эффективность здания определяется по
следующим критериям:
приведенный коэффициент теплопередачи здания через
наружные ограждающие конструкции Kmtr , Вт/(м2 · °С);
условный коэффициент теплопередачи здания Kmtr, учитывающий
теплопотери за счет инфильтрации и вентиляции, Вт/(м2 · °С);
кратность воздухообмена здания за отопительный период na ;
общий коэффициент теплопередачи здания Km , Вт/(м2 · °С);
коэффициент остекленности фасада здания f;
показатель компактности здания ke,1/м;
удельный расход тепловой энергии на отопление в течение
отопительного периода qhdes, кДж/(м2 ·°С · сут) [кДж/(м3 ·°С · сут)].
2 из 30
Цели и задачи
Цель:
 Повышение
энергетической
эффективности
объекта
Гидрокорпус-2 , ул. Поитехническая, д. 29.
Задачи:
 Провести энергоаудит объекта:
- Сделать тепловизионную съемку
- Выполнить теплотехнические расчеты
- Определить класс энергетической эффективности объекта
 разработать мероприятия по повышению энергетической
эффективности объекта
 Определить срок окупаемости внедряемых мероприятий
3 из 30
1.Исходные данные для расчета
теплоэнергетических параметров здания
1.1 Общая характеристика здания
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
адрес: 195251, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д.29,
Гидрокорпус – 2
общая высота здания – 24,8 м,
этажность – 5,
отапливаемая площадь – 11180,79 кв. м.,
отапливаемый объем – 43605,08 куб. м.,
общая площадь наружных ограждений – 14155,57 кв. м.
код по ОКУН – 1130001 (услуги в системе высшего образования)
4 из 30
1. Исходные данные для расчета
теплоэнергетических параметров здания
1.2 Проектные решения здания
Наружные стены многослойные:
5 мм
− гипсовая штукатурка
− керамический полнотелый кирпич
510-640 мм
− цементно песчаный раствор
20 мм
− керамическая плитка
10 мм
Кровля:
180 мм
− железобетонная плита
− пенобетон удельный вес 500
125 мм
− цементно-песчаная стяжка
20 мм
− рубероид
200 мм
Светопрозрачные конструкции здания – окна – выполнены из
двухкамерных стеклопакетов в металлопластиковых, металлических
и деревянных переплетах
5 из 30
1. Исходные данные для расчета
теплоэнергетических параметров здания
Источником теплоснабжения являются городские сети.
Теплоноситель – вода с параметрами 90 – 70 ºС.
В качестве отопительных приборов приняты чугунные радиаторы
(8 секций).
На всех отопительных приборах устанавливается запорная (кран
шаровый на обратном трубопроводе) и регулирующая арматура.
Вентиляция – механическая, но не эксплуатируемая
Индивидуальный тепловой пункт и узлы учета тепловой энергии
отсутствуют.
6 из 30
1. Исходные данные для расчета
теплоэнергетических параметров здания
1.3 Климатические и теплоэнергетические параметры
Расчетная температура внутреннего воздуха для общественных
зданий, - tint = 20 ºС.
Расчетная температура наружного воздуха в холодный период года,
- text = – 26 ºС.
Продолжительность отопительного периода, - zht = 220 суток.
Средняя температура наружного воздуха за отопительный период
tavext = - 1,8 ºС.
Градусо-сутки отопительного периода Dd = 4796 ºС·сут.
7 из 30
1. Исходные данные для расчета
теплоэнергетических параметров здания
Требуемые сопротивления теплопередаче наружных ограждений:
- для наружных стен - Rw = 3,08 (м2 · ºС)/Вт;
- для покрытий - Rc = 4,6 (м2 · ºС)/Вт;
- для окон - RF = 0,51 (м2 · ºС)/Вт.
Нормируемый удельный расход тепловой энергии на отопление
общественного
образовательного
учреждения
составляет
qreq=27 кДж/(м3·ºС·сут).
8 из 30
Тепловизионная съемка
Тепловизор марки Fluke Тi27
Погрешность: ± 2 °C или 2% (при
номинальной температуре 25 °C,
выбирается большее значение)
10 из 30
Выводы по тепловизионной съемке
По результатам проведенной тепловизионной съемки выявлены
дефекты окон, дверей и ограждающих конструкций
Нормативным требованиям соответствуют только окна в пластиковых
стеклопакетах
10 из 30
2. Теплотехнический расчет
2.1 Расчетные (проектные) значения сопротивлений
теплопередаче ограждающих конструкций здания:
Наружных стен
Покрытий
Оконных заполнений
Дверных заполнений
Rw = 0,8 (м2 · ºС)/Вт < 3,08 (м2 · ºС)/Вт
Rc = 0,88 (м2 · ºС)/Вт < 4,6 (м2 · ºС)/Вт
RF = 0,3 (м2 · ºС)/Вт < 0,51 (м2 · ºС)/Вт
Red = 0,26 (м2 · ºС)/Вт < 0,79 (м2 · ºС)/Вт
11 из 30
2. Теплотехнический расчет
2.2 Приведенный трансмиссионный коэффициент
теплопередачи здания
tr
Кm
 Aw
Af 1 
A с1
Ac
Af
 r + A rF + A ed
+ r + n⋅ r + n⋅ r + r 
r
 Rw
Rf
R f 1 
R с1
RF
R ed
Rc

=
=
sum
Ae
 6680,37 3113,51 50,7 4191,85 
+
+
+


0
,
8
0
,
3
0
,
26
0
,
88
 = 1,67 , Вт/(м2·°С),
=
14155,57
где n - коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной
поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху;
Аw, АF, Аed, Аc, Аf - площадь соответственно стен, заполнений
светопроемов, наружных дверей и ворот, покрытий (чердачных
перекрытий), цокольных перекрытий (или полов грунту);
Rw, RF, Red, Rc, Rf - приведенное сопротивление теплопередаче
соответствующих элементов ограждающих конструкций.
12 из 30
2. Теплотехнический расчет
2.3 Приведенный условный (инфильтрационный) коэффициент
теплопередачи здания:
-По проекту (механическая вентиляция):
0,28 ⋅ c ⋅ n α ⋅ β v ⋅ Vh ⋅ ραht
0,28 ⋅1⋅ 0,92 ⋅ 0,85 ⋅ 43605,08 ⋅1,3
inf
Кm =
=
= 0,62 ,
A sum
14155
,
57
e
- При неработающей запроектированной системы вентиляции:
К
inf
m
0,28 ⋅ c ⋅ n α ⋅ β v ⋅ Vh ⋅ ραht
0,28 ⋅1⋅ 0,92 ⋅ 0,27 ⋅ 43605,08 ⋅1,3
=
=
= 0,18 ,
sum
Ae
14155,57
где с - удельная теплоемкость воздуха, равная 1 КДж/(кг·ºС);
na - средняя кратность воздухообмена за отопительный период, ч-1, для зданий
общественных учреждений рассчитывается по суммарному
воздухообмену за счет вентиляции и инфильтрации;
βv - коэффициент, учитывающий долю внутренних ограждающих конструкций
в отапливаемом объеме здания, принимаемый равным 0,85;
Vh - отапливаемый объем здания, м3;
ρa - средняя плотность наружного воздуха за отопительный период, кг/м3.
13 из 20
2. Теплотехнический расчет
2.4 Общий коэффициент теплопередачи здания, Km, Вт/(м2·ºС)
Кm = К + К
tr
m
inf
m
= 1,67 + 0,18 = 1,85
14 из 30
3. Объемно-планировочные
характеристики здания
3.1 Коэффициент остеклённости фасадов здания f определяется
по формуле:
f=
АF
A w + F+ ed
3113,51
=
= 0,29.
10768,37
3.2 Показатель компактности здания
формуле:
k
des
е
определяется по
А sum
14155,57
е
=
=
= 0,32 , 1/м
Vh
43605,08
15 из 30
4. Расчет теплоэнергетических
показателей здания
4.1 Общие теплопотери здания через наружные ограждающие
конструкции с учетом вентиляции помещений
Q h = 0,0864 ⋅ К m ⋅ D d ⋅ A sum
= 0,0864 ⋅1,67 ⋅ 4796 ⋅14155,57 = 10245074 (МДж )
e
4.2 Бытовые теплопоступления
Q int = 0,0864 ⋅ q int ⋅ z ht ⋅ А = 0,0864 ⋅10 ⋅ 220 ⋅ 7793,6 = 1481407 (МДж )
4.3 Теплопоступления через окна и витражи от солнечной радиации
Q s = τ F ⋅ k F ⋅ (A F1 ⋅ I1 + A F2 ⋅ I 2 + A F3 ⋅ I 3 + A F4 ⋅ I 4 ) + τ scy ⋅ k scy ⋅ A scy ⋅ I hor =
= 0,78 ⋅ 0,76 ⋅ (1228,1 ⋅ 455 + 210,09 ⋅ 455 + 787,96 ⋅ 902 ) = 809241 (МДж ),
0,0864 – переводной коэффициент (1 сут = 24 ч; 1 Вт =1/1000 кВт;
1 Вт•ч =3,6 кДж).
16 из 30
4. Расчет теплоэнергетических
показателей здания
4.4 Расход энергии на отопление здания за отопительный период
[
]
Q hy = Q h − (Q int + Q s )⋅ν ⋅ ξ ⋅ β h =
= [1 02450074 − (1481407 + 809241)⋅ 0,8 ⋅ 0,95] ⋅1,11 = 111787191 (МДж ) ,
где ν – коэффициент снижения теплопоступлений за счет тепловой инерции
ограждающих конструкций; рекомендуемое значение ν = 0,8;
ξ – коэффициент эффективности авторегулирования подачи теплоты, в
системах отопления (в двухтрубной системе отопления с термостатами и с
центральным авторегулированием на вводе ξ = 0,95);
βh - коэффициент, учитывающий дополнительное теплопотребление системы
отопления, связанное и дискретностью номинального теплового потока
номенклатурного ряда отопительных приборов, их дополнительными
теплопотерями через зарадиаторные участки ограждений, повышенной
температурой воздуха в угловых помещениях, теплопотерями трубопроводов,
проходящих через неотапливаемые помещения, принимаем βh =1,11.
17 из 30
4. Расчет теплоэнергетических
показателей здания
4.5 Расчетный удельный расход энергии на отопление здания
q des
h
103 ⋅ Q hy 103 ⋅111787191
=
=
= 53,4 кДж/(м 3 ⋅ о С ⋅ сут) .
Vh ⋅ D d 43605,08 ⋅ 4796
(
)
Для общественного учреждения нормируемое значение удельного расхода
энергии на отопление составляет = 27 кДж/(м3·ºС·сут).
18 из 30
Мероприятия по повышению класса
энергоэффективности объекта Гидрокорпус 2 по результатам проведённого энергоаудита
Рис.1 Объект Гидрокорпус -2
Рис.2 Аудитория Гидрокорпуса -2
19 из 30
5.Модернизация и автоматизация систем
вентиляции
Рис.3 Вентиляция с
пластинчатыми
рекуператорами
Рис.4 Вентиляция с
роторными
рекуператорами
Рис. 5 Вентиляция с
камерными
рекуператорами
20 из 30
5.Модернизация и автоматизация систем
вентиляции
Рис. 6 Датчик движения
Рис. 7 Датчик, фиксирующий
изменение влажности и концентрацию
углекислого газа
21 из 30
Комплекс мер по повышению
энергоэффективности
• Замена оконных блоков
• Реконструкция ограждающих конструкций здания
• Установка датчиков движения на осветительные приборы
• Модернизация системы отопления,
экранов на стенах у батарей отопления
размещение
теплоотражающих
•Установка в корпусе узлов учёта расхода электроэнергии
Расход энергии на отопление здания за отопительный период
Q hy = 111787191 Мдж = 26828 Гкал
22 из 30
6.Замена оконных блоков
Стоимость 1 кв. м двухкамерного стеклопакета :
С = 7831 руб.
Площадь остекления в деревянных и металлических рамах:
S=2 273,7 кв. м
Затраты на покупку новых окон составляют:
S * C = 2273,7 * 7831 = 17805,345тыс. руб.
С учетом выполнения работ (15 % от стоимости):
17805,345 *1,15 = 20476,147 тыс. руб.
Рис.9 Стеклопакет двухкамерный
23 из 30
6.Замена оконных блоков
Экономия энергии – 13 %
Расход энергии на отопление здания за отопительный период:
Q hy = 26828 Гкал
Экономия в натуральном выражении (Гкал) составляет:
26828 * 0,13 = 3487,64 Гкал
Стоимость 1 Гкал за отопительный период 1230 руб, экономия в
стоимостном выражении:
3487,64 *1230 = 4289,797 тыс. руб
Срок окупаемости :
20476,147 / 4289,797 = 4,77 года
24 из 30
7.Реконструкция фасада
25 из 30
7.Реконструкция фасада
Площадь всех фасадов здания :
S = 6 680,37 м2
Стоимость подконструкции фасада на 1 м2:
С= 975,94 руб
С учетом утеплителя 1446 руб, с учетом облицовки (керамогранит) 1866 руб.
Тогда затраты на реконструкцию фасада:
S * C = 6680,37 *1866 = 12465,570тыс. руб.
С учетом стоимости работ (30%):
16205,252 тыс. руб.
26 из 30
7.Реконструкция фасада
Экономия тепловой энергии – 15 %
Расход энергии на отопление здания за отопительный период:
Q hy = 26828 Гкал
Тогда экономия в натуральном выражении (Гкал) составляет :
26828 * 0,15 = 4024,2 Гкал
Стоимость 1 Гкал за отопительный период 1230 руб, экономия в в
стоимостном выражении:
4024,2 *1230 = 4949,766тыс. руб.
Срок окупаемости :
16205,252 / 4949,766 = 3,4 года
27 из 30
8.Модернизация системы отопления
Количество всех батарей:
N = 347 шт
Количество секций:
n=8
Стоимость одной секции:
С = 480 руб
Затраты на модернизацию системы отопления:
N * C * n = 347 * 8 * 480 = 1332,480тыс. руб.
С учетом стоимости работ (20%):
1598,976 тыс. руб.
28 из 30
8.Модернизация системы отопления
Замена чугунных батарей отопления (теплоотдача которых составляет 150 Вт)
на алюминиевые (теплоотдача которых 80 Вт) помогает сэкономить около
20% энергии.
Расход энергии на отопление здания за отопительный период:
Q hy = 26828 Гкал
Экономия в натуральном выражении (Гкал) составляет :
Q hy = 26828 * 0,2 = 5365,6 Гкал
Стоимость 1 Гкал за отопительный период 1230 руб, экономия в
стоимостном выражении :
5365,6 *1230 = 6599,688тыс. руб.
Срок окупаемости :
6599,688 / 1598,976 = 4,13года
29 из 30
Заключение
Ограждающие
конструкции
5-этажного
здания
общественного
образовательного
учреждения
не
соответствуют
нормативным
требованиям.
- Величина отклонения расчетного значения удельного расхода тепловой
энергии на отопление здания от нормативного составляет +51 %.
Следовательно, здание относится к классу Д («низкий») по энергетической
эффективности.
Необходимы
следующие
мероприятия
по
повышению
класса
энергоэффективности:
- наиболее значительным мероприятием является установка узлов учета
тепловой энергии.
- Наиболее эффективными – замена оконных блоков и реконструкция
ограждающих стен.
30 из 30