Краткое руководство по рациональному использованию энергии…

THIS PROJECT IS FUNDED
BY THE EUROPEAN UNION
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Владимирский государственный университет
имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»
(ВлГУ)
МЕЖДУНАРОДНЫЙ ПРОЕКТ SPINE
«ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
И ПЛАНИРОВАНИЕ ГОРОДСКОГО РАЗВИТИЯ»
(SPIN – Energy Efficiency & Urban Development Planning)
код гранта - EuropAid/2009/227-761
2010 - 2012 г.
Владимир 2012
THIS PROJECT IS FUNDED
BY THE EUROPEAN UNION
КРАТКОЕ РУКОВОДСТВО ПО РАЦИОНАЛЬНОМУ
ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ЭНЕРГИИ В ИСТОРИЧЕСКИХ ЗДАНИЯХ:
ТЕХНИЧЕСКАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ / ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
И МЕТОДЫ / СПОСОБЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ / ТЕПЛОВОЙ МОЩНОСТИ *
Мероприятия 4.1-5.2 --- Выходные результаты 23-27
Введение
Увеличение численности населения в мире, индустриализация и урбанизация увеличивает спрос на природные ресурсы и энергию. По уточненным прогнозам, к 2030
году спрос на энергию увеличится на 50% по сравнению с сегодняшним временем
при ежегодном приросте в 1,8% [1].
С точки зрения конечного потребления энергии, здания являются крупнейшими потребителями энергии, что составляет около 40% от общего потребления энергии, а
выброс СО2 в развитых странах составляет 30% [2].
Необходимо прибегать к постепенному отказу от потребления ископаемых видов
топлива – дотации на их потребление могут представлять собой единую структуру
при решении проблемы изменения климата: полный отказ от потребления ископаемых видов топлива приведет к сокращению выбросов СО2 на 5,8%, или на 2 Гт к
2020 году [1].
Причина необходимости уменьшения выбросов CO2 объясняется следующими факторами:
• До промышленной революции концентрация СО2 была 270 мг/м3 [3],
• В декабре 2011 года содержание CO2 в атмосфере составляло  392 мг/м3 в [4],
• Уровень CO2 удвоился за последние 40 лет [3].
Программа ООН по борьбе с выбросами углерода определила верхний предел его
выбросов в 500 мг/м3 к 2050 году при ныне принятой политике по сокращению выбросов. При достижении этого предела. Если этот предел будет достигнут, прогнозы катастрофические - изменение климата, наводнения, ураганы, экологические и
социальные потрясения, и т.д. ... [3]
Страны ЕС приняли три закона, направленных на решение по использованию энергии для отопления и охлаждения зданий:
Директиву по энергетическим характеристикам зданий (EPBD), разработанную в
2002 году и введённую в действие в 2009 г., обязывающую государства, входящие в
1
THIS PROJECT IS FUNDED
BY THE EUROPEAN UNION
ЕС внедрять процессы по совершенствованию общего энергопотребления в зданиях; Директиву по экодизайну, устанавливающую минимум требований по энергоэффективности продукции; а также Директиву по энергетической маркировке, которая помогает потребителям в выборе наиболее подходящих материалов.
Тем не менее, в данных Директивах не в достаточной степени отражены возможности ЕС в определении целей и конечных сроков, а так же не отражён контроль достигнутых результатов. Кроме того, эти три директивы не складываются в четкую и
последовательную политику по разделению ответственности по достижению экономии энергии между всеми участниками этого процесса (проектировщиками и архитекторами, производителями продукции, строителями, продавцами, монтажники,
владельцами зданий и их арендаторами) [5].
Согласно директиве по эффективному использованию энергии в зданиях (EPBD),
перед продажей или арендой любого здания, покупателю или арендатору должен
быть представлен сертификат энергетической эффективности здания (EPC). Однако
EPC учитывают проектные характеристики энергоэффективности здания, а не фактическое измерение энергии, используемой в здании потребителями.
Во-первых, нет никаких количественных показателей, которыми можно было бы
руководствоваться при выполнении этих трёх директив, таким образом, чтобы можно было прямо определить ответственность за достижение экономии энергии и сокращения выбросов СО2.
Во-вторых, еще нет согласованного подхода к работе с системами: использование
качественного материала в плохо спроектированной и регулируемой системе или
здании, и наоборот, что не даёт оптимальной экономии.
Согласно этой информации, общая энергетическая политика должна заключаться в
следующем:
• увеличение разнообразия ресурсов и энергетической безопасности,
• продолжение отраслевых исследований,
• увеличение инвестиций во все отрасли энергетического сектора, учитывающих
воздействие на природную среду
• стандартизация энергосберегающих мер и принципов
Большинство зданий (будь то новые или находящихся в процессе восстановления)
по-прежнему проектируются без учёта энергосберегающих технологий, за исключением тех случаев, когда данные технологии внедряются согласно энергетическому
кодексу.
2
THIS PROJECT IS FUNDED
BY THE EUROPEAN UNION
Целью данного руководства является введение единых требований для стран, входящих в ЕС. Существуют различные способы, благодаря которым исторические
здания могут быть сохранены и в то же время могут быть приняты меры, чтобы эти
здания стали более жизнеустойчивыми, что способствует рациональному использованию энергии в этих зданиях. Это руководство содержит обзор мер, которые можно предпринять, чтобы исторические здания стали более энергоэффективным, а
также содержится обзор различных систем оценки энергии и методы расчета.
Что такое РИЭ (RUE)?
РИЭ (RUE) расшифровывается как "рациональное использование энергии" и далее в
этом руководстве будет использоваться данная аббревиатура.
Двадцать лет исследований привели к широкому пониманию о необходимости регулирования и контроля энергопотребления в зданиях, а также увеличение числа
энергоэффективных стратегий и технологий, которые обладают большим потенциалом для экономии энергии [6].
Имеется потенциал рационального использования энергии, интеграции энергетических систем, рекуперации энергии, оптимизации процессов и энергетического использования отходов.
Исторические здания различны!
Исторические здания заслуживают особого внимания с точки зрения устойчивого
энергетического развития и сохранения здания. Для проведения любого восстановительного ремонта, который должен применяться в таких зданиях необходимо разрешение от местных органов власти. Таким образом, эффективная модернизация
здания должна быть частью хорошо спланированного проекта реставрации.
Основными рисками для традиционных (исторических) зданий являются:
• Влажность в строительных материалах.
• Конденсация в неотапливаемых помещениях здания.
• Конденсация тепловых мостов, особенно в углах
• Система вентиляции и отопления, которые являются недостаточно эффективными
для удаления влаги.
Старые конструкции описываются как сооружения, накапливающие тепловую энергию. Это способность здания поглощать тепло при более высоких температурах, и
выделять её, когда температура окружающей среды падает, что влияет на проектирование зданий. Это известно с древнейших времен. Тепловая масса также может
3
THIS PROJECT IS FUNDED
BY THE EUROPEAN UNION
быть определена как тепло-вместимость помещения, и рассчитывается по составляющей массы и удельной теплоемкости материалов. Плотные структурные элементы имеют большое значение теплоемкости на единицу объема. Термическая масса
материалов заряда / разряда определяется по его проводимости. Материалы, имеющие высокие значения теплопроводности, например, металлы, могут показать более
высокие параметры охлаждения по сравнению с материалами, имеющими низкие
значения теплопроводности, например, пластмассы. Тепловая масса не учитывается
в критерии определения энергии, которое основано на определении индекса изоляции или изоляционных свойствах строительных компонентов и измеряется так называемым «значением U». Это число, которое выражает то, как быстро определенное количество тепла будет проходить через материал.
Проведение мероприятий по повышению энергоэффективности рекомендуется проводить в зданиях, построенных приблизительно в 1900 и довоенных зданиях, а также рекомендуется включать в проектирование новых зданий, к ним относятся [7]:
• Открывающиеся окна и системы естественной вентиляции
• Естественное освещение (например, световые купола, окна, встроенные в крыши
или прозрачные крыши)
• Более эффективные системы отопления и сложные регулируемые энергосистемы
• Использование пассивной солнечной энергии, поступающей через остекленение
зданий
• Использование жалюзей и штор для затенения от солнца и изоляции в ночное время
Исследование показало, что здания, построенные приблизительно в 1900 и довоенные здания являются более энергоэффективными, чем современные здания. Те же
мероприятия можно проводить и в других общественных зданиях [7].
Что такое оболочка здания?
Как следует из названия, оболочка здания может быть определена как защитный
слой, который препятствует теплоотдаче, избыточному проникновению воздуха,
шума и влаги в кондиционируемое помещение (рис. 1). В дополнение к конструктивным и эстетическим аспектам, оболочка здания должна быть устойчивой к
образованию конденсата, разрушению и обладать высокой пожароустойчивостью
во время эксплуатации.
На тепловизионном снимке (на рисунке 2) отмечены пути утечки тепла через стены,
крышу, трубы, окна и полы.
4
THIS PROJECT IS FUNDED
BY THE EUROPEAN UNION
Рисунок 1: Оболочка здания [8] (attic - чердак,
conditioned space – вентилируемое пространство)
Рисунок 2: Пути утечки тепла в доме [9]
Для снижения потери тепла за счет теплопроводности, конвекции и излучения можно использовать методы изоляции и уплотнения.
Выбор изоляционного материала
Изоляционные материалы могут быть изготовлены либо из органических
материалов, полученных из животных и растений, либо из органических
синтетических материалов, полученных из нефти или неорганических материалов
на минеральной основе.
Выбор изоляционного материала зависит от различных факторов:
• Эффективности изоляции (см. Приложение 1,  значения),
• Срока службы материала (устойчивость к химическим повреждениям, изменению
влажности и огнеустойчивость - см. в Приложении 1 огнестойкие изоляционные
материалы),
• Бережного отношения к здоровью людей, находящихся в здании
• Экономии
При выборе лучшего материала с точки зрения RUE, предпочтение следует отдавать
тем, которые производятся с наименьшим потреблением энергии, например,
переработанным материалам, органическиим материалам, и т.д. ...
Теплопроводность () является свойством материала и определяется как количество
тепла, энергии, передаваемых в единицу толщины при определённой разности
температур, и выражается в Вт / мК. Чем ниже это значение, тем более энергоэффективным является материал.
5
THIS PROJECT IS FUNDED
BY THE EUROPEAN UNION
Тем не менее, коэффициент теплопроводности материала зависит от плотности,
влажности и температуры материала. Когда материал насыщен влагой,
теплопроводность величивается.
Значение U.
Проще говоря, значение U является мерой скорости потери тепла через один квадратный метр материала на один градус разницы температур по обе стороны материала. Как видно из определения, теплопроводность является характерным свойством материала, в то время как значение U может быть рассчитано для структурных
элементов, имеющих различную ширину и / или для составных элементов конструкции из различных материалов.
Таким образом, во всех аспектах проектирования зданий следует стремиться к возможно низким значениям U, потому что чем ниже это значение - тем меньше тепловое излучение. Так, например, окна с одинарным остеклением имеют обычное
значение U- 5,6; в то время как окна с двойным остеклением имеют обычное значение U- 2,8.
Значение U измеряется в единицах Вт на квадратный метр/ на градус Кельвина или
Вт /м2K. Обратите внимание, что Кельвин используется в качестве масштаба разницы температур, но численно равно oC. Так, например, один квадратный метр стандартного застекленного окна будет передавать около 5,6 ватт энергии с обеих сторон окна или значение U- 5,6. Двойное остекление окна значительно улучшит значение U- 2,8; т.е. передача 2,8 Вт энергии в аналогичных условиях.
Расчеты значения U
Расчет теплового сопротивления (R-значение)
Однослойные строительные материалы
Термическое сопротивление однослойного строительного материала может быть
рассчитана как толщина материала, деленная на его теплопроводность ():

R: тепловое сопротивление (м2.K / Вт)
D: толщина материала (м)
: теплопроводность (Вт / м.K)
6
THIS PROJECT IS FUNDED
BY THE EUROPEAN UNION
Многослойные строительные материалы
Если строительный материал состоит из слоев, например, кирпичная стена + изоляционный материал + штукатурка, то R-значение рассчитывается как:



где;
R: тепловое сопротивление (m2.K / W)
d1, d2, ... DN: толщина материалов, составляющих каждый слой (м)
1, 2, … n: теплопроводность материалов, составляющих каждый слой (Вт / мК)
Расчет общего теплового сопротивления (1 / U) значения
Полное термическое сопротивление (1 / U) строительного материала может определяется как R материала плюс тепловое сопротивление внутренней поверхности и
тепловое сопротивление наружной поверхности.
1 / U = R_i + R + R_e [3]
где;
1 / U: общее термическое сопротивление материала (м2.K / Вт)
Ri: внутреннее тепловое сопротивление (м2.K / Вт)
Re: внешнее тепловое сопротивление (м2.K / Вт)
Внешнее и внутреннее тепловое сопротивления могут быть взяты из таблицы 1.
Таблица 1: значения теплового сопротивления [10]
Направления теплового
потока
Внутреннее сопротивление
Внешнее сопротивление
Полы
вверх
0.10
0.04
---
горизонтальное
0.13
0.04
0.13
Расчет общего коэффициента теплопередачи
вниз
0.17
0.04
0.17
(значение U)
Значение U может быть определено как обратное уравнению [3].
U = 1 / (R_i + R + R_e)
7
THIS PROJECT IS FUNDED
BY THE EUROPEAN UNION
где,
U: Общий коэффициент теплопередачи строительного материала (м2.K / Вт)
Расчет плотности теплового потока
В стационарном состоянии, плотность теплового потока (Q), потери тепла на единицу площади внешней части, может быть рассчитана как:
Q = U (θ_i-θ_e)
где;
θ_i: внутренняя температура
θ_e: внешняя температура
Оценка и методы расчета энергетической эффективности
Эффективный план RUE для исторических зданий начинается с анализа и оценки
состояния здания на текущий момент при необходимости сохранения или обновления здания.
Европейская Директива энергетической эффективности зданий (Европейская Директива по энергетическим характеристикам зданий - EPBD) обязывает государствачлены составлять расчеты энергоэффективности зданий [11]. Такие расчёты необходимо производить для того, чтобы иметь чёткую картину того, какие меры предпринять, чтобы повысить эффективность использования энергии в определенном здании, и какие оценки энергетической эффективности должны быть проведены. Данные виды работ как правило, осуществляются квалифицированным инспектором по
оценке, который собирает информацию о различных характеристиках здания, его
компонентов, а также энергетических систем и потребления энергии. В качественную оценку обычно входят [1]:
• форма, площадь и другие части здания;
• тепловые свойства, влияние солнечного излучения, естественное освещение оболочки здания и его воздухопроницаемость;
• отопление помещений и горячее водоснабжение, в том числе их эффективность,
ответственность и контроль за работу систем отопления и водоснабжения;
• вентиляция, системы кондиционирования воздуха и контроль за ними, стационарное освещение;
• топливо и возобновляемые источники энергии.
8
THIS PROJECT IS FUNDED
BY THE EUROPEAN UNION
Другие элементы, такие как системы освещения и встроенное оборудование и техника, также могут быть включены в оценку. Согласно EBPD следующие характеристики должны быть включены в оценку энергосбережения [12].
1. В метод расчета энергоэффективности зданий должны быть включены следующие аспекты:
(а) тепловые характеристики здания (корпуса, внутренних перегородок и т.д.); в эти
характеристики может также быть включена герметичность;
(b) установка отопления и горячего водоснабжения, в том числе их изоляционные
характеристики;
(с) кондиционирование воздуха;
(d) вентиляция;
(е) встроенное осветительное оборудование (в основном нежилого сектора);
(f) положение и ориентация здания, в том числе необходимо учитывать климатические условия;
(g) пассивные солнечные системы и защиты от солнца;
(h) естественная вентиляция;
(i) климатические условия комнат, в том числе учёт климатических условий в помещении.
2. При расчётах следует принять во внимание положительное влияние следующих
аспектов:
(а) систему солнечной активности и другие системы отопления и электричества, работающие на возобновляемых источниках энергии;
(b) электроэнергию, произведенную на ТЭЦ;
(с) системы теплоцентрали или централизованного теплоснабжения и охлаждения
здания;
(d) естественное освещение
После завершения процедуры оценки, информация предоставляется в авторизированную систему расчета, которая определяет энергопотребление здания в соответствии с местными климатическими условиями. Эксперт предоставляет результаты в
централизованную систему по технической документации, которая обеспечивает
проверку оценки и выдачу энергетического сертификата [1]. Если централизованная
система находится в ведении государственного учреждения, оно, как правило, также
проводит проверку качества оценки энергетической эффективности. Это создает доверие к системе сертификации и повышает престиж сертификата.
9
THIS PROJECT IS FUNDED
BY THE EUROPEAN UNION
Метод расчета энергетической эффективности лежит в основе сертификации. Общие стандарты были разработаны для поддержания согласованности в Европе (в
рамках Европейского комитета по стандартизации - CEN). В методе сертификакации также отражаются международные стандарты, содержащиеся в Международном
кодексе по энергосбережению (МКСЭП), в документах Американского общества
инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха (ASHREA) и
соответствует документам Международной Организации по Стандартизации (ISO).
Европейская комиссия получила мандат ЕКС/CEN (Европейского Комитета по
Стандартизации) для разработки стандартов по осуществлению EBPD. В результате,
CEN находится в процессе обновления и разработки стандартов, которые имеют отношение к EPBD [11]. Вы можете найти список всех соответствующих стандартов,
касающихся расчета энергетической эффективности зданий в приложении 2 к настоящему докладу.
Методы оценки обычно используют техническую документацию для расчета энергетической эффективности и составления технического паспорта (список доступной
технической документации приведен в Приложении 3). Чаще всего используются
данные ежегодного использования энергии в конкретных условиях, таких, как количество использованных киловатт-часов на квадратный метр (кВтч/м2/год; также могут замеряться выбросы CO2, в килограммах на квадратный метр (кг CO2/м2/год)
(Международное энергетическое агентство, 2010) Однако, есть некоторые вопросы,
на которые необходимо обратить внимание при выборе метода расчета: (Международное энергетическое агентство). Методы расчета и соответствующая техническая
документация являются эффективными, если:
• они соответствуют существующим национальным и международным стандартам,
• легко адаптируется к изменениям в этих стандартах,
• их результаты четко отражают фактическое использование энергии, как при оценке, так и в техническом паспорте,
• результаты позволяют произвести сравнение с аналогичными зданиями, находящимися в аналогичных условиях,
• предоставляется возможность для проверки методов расчета технической документации,
• техническая документация соответствует требованиям.
Эксперты используют методы измерений, чтобы отследить любые утечки энергии
или избыток влаги внутри здания. Инфракрасные фотографии, термогигрометрические измерения и проверка воздуходувки двери являются одними из наиболее часто
используемых методов оценки.
10
THIS PROJECT IS FUNDED
BY THE EUROPEAN UNION
Инфракрасные фотографии часто используются для оценки энергетической эффективности. С их помощью можно определить, где в здании происходит потеря тепла
и определить небольшие различия в температуре. (Рис. 2) Эти фотографии необходимо рассматривать с осторожностью, но при правильном использовании они могут
очень чётко показать, где тепло теряется.
Рисунок 3: пример тепловой фотографии [13]
Термогигрометры являются инструментами для измерения температуры и относительной влажности. Используя различные датчики можно проводить измерения на
разных уровнях толщины различных частей здания.
Тест «Аэродверь» проводится путем установки вентилятора высокой мощности к
раме внешней двери, которая тянет воздух из здания. Измеряется разница в давлении внутри здания и снаружи здания, а затем определяется общая герметичность
здания.
Рисунок 4: тест «Аэродверь» [14]
11
THIS PROJECT IS FUNDED
BY THE EUROPEAN UNION
Снижение потребления энергии в здании
После выбора соответствующей оценки и метода расчета, можно достоверно оценить энергетические характеристики исторического здания. Такая оценка должна
указать, в каких местах историческое здание нуждается в усовершенствовании, чтобы увеличить рациональное использование энергии. В исторических зданиях такие
меры могут быть приняты только без изменения уникального характера здания или
увеличения риска дальнейшего ухудшения материала [15].
Важно отметить, что исторические здания были построены задолго до изобретения
современных изоляционных материалов. Таким образом, движение воздуха в них
происходит естественным путём, через строительные материалы. Современные изоляционные материалы не могут работать в гармонии с природой здания. В старых
зданиях, как правило, высокая влажность из-за их естественной непроницаемости, и
может произойти разрушение, если предпринять попытку установки водонепроницаемой мембраны.
Конденсация может происходить внутри оболочки, если значительное количество
водяного пара проходит между внутренней и наружной средой (утечка воздуха).
Конденсат может появиться и в неотапливаемых помещениях здания [15].
Через неплотные материалы, используемые в исторических зданиях, происходит
проникновения воды внутрь здания. Этот «дышащий» материал также позволяет
частям здания быстро высыхать, когда относительная влажность воздуха низкая.
Для таких систем более мощные системы вентиляции и отопления для вывода влаги.
Непроницаемые изоляционные материалы могут изменить механизм переноса влаги, что может помешать регулированию воздушного потока.
Таким образом, проблемы вывода влаги имеют важное значение для исторических
зданий. Влага может привести к росту плесени, проблемам со здоровьем у людей,
находящихся в этом здании, разрушению здания, и может стать очень важной проблемой для прочности структурных (несущих) конструкций деревянных домов.
Вентиляция необходима для обеспечения здоровой внутренней среды, регуляции
давления при проникновении воздуха, удержания влаги, контроля температуры здания. С помощью приточно-вытяжной вентиляции можно определить скорость воздуха, выходящего из здания, почти равной скорости энергии, поступающей в здание. Естественная вентиляция увеличивается, если вентиляционные отверстия расположены на противоположных сторонах здания. Механическая вентиляция возможна через: воздушные фильтры, обогрев / охлаждение посредством «змеевиков»,
воздуховоды со встроенными вентиляторами, и т.д. ... Маршруты, по которым происходит проникновение в оболочку здания воды, воздуха, тепла, должны быть герметичны. Герметичность должна быть обеспечена путем изоляции этих маршрутов
в оболочке здания. В противном случае они могут действовать как тепловые мосты.
12
THIS PROJECT IS FUNDED
BY THE EUROPEAN UNION
Герметизацию оболочки здания можно произвести путем применения методов изоляции внутри или за пределами непрозрачных элементов здания (фасадов, крыш,
полов и т.д.). Важно отметить, что изоляция может применяться только в том случае, если новые материалы не меняют условия влажности и не повреждают важные
характеристики исторического здания.
В исторических зданиях, иногда невозможно применить утепление стен по какимлибо причинам, например, риск повреждения исторических деталей, или оболочки
здания. Таким образом, тепловая модернизация, такая как изоляция крыши и пола,
замена окон на стеклопакеты с двойным остеклением может способствовать снижению потребления энергии в здании [16].
Внешняя изоляция
Введение дополнительной изоляции с внешней стороны непрозрачных частей, таких
как фасадов и крыш, является одним из самых простых способов снижения потребления тепла. Внешняя изоляция имеет много преимуществ:
- При изоляции теплового моста снижаются дополнительные потери тепла,
- Количество тепла сохраняется внутри оболочки здания, что способствует тепловому комфорту.
- Тепловые потери, вызванные вентиляцией, не допускаются, так как при высоких
температурах сохраняется более высокая влажность, тем самым препятствуя прохождению воздушного потока.
- После решения проблемы конденсации, внешняя изоляция может увеличить срок
службы строительного материала, сохраняя части здания от прямого воздействия
химических веществ, солнечного света, мороза и т.д.
Существуют преимущества при использовании технологий внешней изоляции исторических зданий:
- Применение внешней изоляции исторических зданий зачастую невозможно или
весьма дорогостояще, так как в основном подвергаются изменениям фасады. Используя такие технологии, как комплексная система, изоляция с применением прозрачных материалов или метод свода можно произвести изоляцию, не влияя на
внешний вид здания.
- Внешние изоляционные барьеры могут удерживать влагу внутри оболочки здания,
- Изоляционный материал подвергается воздействию атмосферных условий (в тоже
время старые материалы защищены от воздействия атмосферных условий новыми
изоляционными материалами)
13
THIS PROJECT IS FUNDED
BY THE EUROPEAN UNION
Внутренняя изоляция
Некоторые мероприятия могут быть приняты для снижения энергопотребления при
изоляции здания изнутри. В исторических зданиях проводить внутренние реставрационные работы гораздо легче, в то время, как изменение внешних элементов зачастую производить нельзя.
Внутри здания можно производить работы по размещению изоляционных материалов для снижения теплопотребления, добавив, солнцезащитные средства, для регулирования поступление дневного света и снижения охлаждения. Всегда необходимо
учитывать важность тепловой массы. Тепловые массы замедляют изменения температуры внутри здания путем усреднения значений температур, и удерживают это
значение во время пиковых температур [15]. Тепло может быть сохранено посредством контакта тепловых масс с внутренней отделкой, а также увеличение тепловой
массы может быть достигнуто путем использования инновационных технологий,
таких как использование материалов с фазовым переходом (PCM) – это вещества,
используемые в качестве рабочего тепла и подвергающиеся фазовым превращениям.
Они увеличивают сохранение тепла в здании без утяжеления конструкции [15]. Другим преимуществом применения внутренней изоляции состоит в том, что внутри
строительные материалы можно изменять и внутренняя изоляция дешевле, чем
внешняя. Пример эскиза утепления стен интерьера и экстерьера приведен на рисунке 5.
В исторических зданиях часто бывает невозможно применить внешнюю изоляцию,
в связи с проблемой получения разрешения на проведение таких работ. Но можно
применить работы по проведению внутренней изоляции. Если работы по изоляции
не применялись, но произведена замена или герметизация окон, может возникнуть
проблема возникновения плесени на охлаждающихся поверхностях. Изоляция интерьера имеет ряд недостатков, таких как возникновение тепловых мостов, риск замерзания труб в стенах, снижение тепловой массы, риск конденсации пара и т.д.
[15]. Для устранения тепловых мостов можно установить герметичность переходов
стен и пола, а также герметичность перехода стена-окно. Установка пароизоляции
непосредственно у внутренней поверхности может предотвратить проблемы, связанные с образованием влаги. Расчет образования паров необходим при размещении
изоляции внутри помещения. Известно также, что внутренняя изоляция в целом сохраняетменьше энергии по сравнению с внешней изоляцией за счет эффекта тепловых мостов.
14
THIS PROJECT IS FUNDED
BY THE EUROPEAN UNION
Рисунок 5. Примеры изоляции; выше: внешняя изоляция, ниже внутренней изоляции [17]
(outside house – внешняя часть дома, external render – внешняя отделка, steel mesh – стальная стенка, light coloured finish – цветная покраска, inside house – внутренняя часть дома, outside wall – внешняя стена, insulation - изоляция, vapour
barrier – пароизоляция, plaster board - гипсокартонный лист)
Герметизация окон и дверей.
Традиционные здания зачастую чрезмерно вентилируемы, поэтому герметизация
окон и дверей является одним из лучших и наименее простых способов для улучшения комфорта и снижения потерь тепла, без кардинального изменения внешнего вида здания.
При герметизации окон и дверей здания, необходимо избегать зазоров, через которые холодный воздух проникает внутрь, а теплый воздух выходит из здания. При
сохранении тепла, для обогрева здания будет использоваться меньше энергии. Это
также позволит снизить уровень шума и пыли, если герметизацию провести правильно, в соответствии с принципами консервации здания. Действия, как правило,
обратимы, с некоторыми дальнейшими последствиями и без утраты исторического
материала.
Изоляция различных несущих конструкций.
Чердаки и крыши:
Крыши исторических зданий зачастую являются наиболее характерной чертой здания. Большинство из них оставались в удивительно неизменном состоянии на протяжении многих веков. Замена камня, сланца или черепицы становится необходимой, в то время как крепления разрушаются, хотя большая часть материала покрытия часто используется повторно на том же здании. Чаще всего воздействию окружающей среды подвергаются такие материалы как солома, лишайник, свинец и другие металлы [18].
15
THIS PROJECT IS FUNDED
BY THE EUROPEAN UNION
Согласно законам физики тёплый воздух поднимается вверх и плохо изолированные крыши являются идеальным каналом утечки. Изоляция может быть установлена
на уровне потолка или чуть ниже крыши. Традиционные дома обычно имеют скатные крыши с вентилируемыми пространствами или чердаками. Таким образом,
утечка воздуха через каналы, например, дымоходы, может быть снижена благодаря
герметичности. Эти места также нуждаются в дополнительной вентиляции, потому
что они часто страдают от сырости и конденсата, которые увеличиваются после
герметизации. В качестве регулируемого вентиляционного канала можно использовать трубы или воспользоваться другим вариантом. Воздухопроницаемые материалы, такие как дерево или натуральные волокна являются хорошими изоляционными
материалами крыш в исторических зданиях. Тепловые мосты могут возникать в зазорах изоляции и на местах перекрещивания труб и внешних стен. Необходимо убедиться, что они не представят проблем с конденсацией. Правильная изоляция чердака приведена на рисунке 6.
Рисунок 6: Пример изоляции чердака [19]
(attic ventilation cross-section – вентиляция чердака в разрезе, roof truss - стропило, metal screen – металлический экран,
rafter tail – выступающая часть стропильной ноги, air flow – поток воздуха, air flow from the eaves to the attic space –
поток воздуха от стрехи на чердак, insulation baffle – изоляционная перегородка, blown-in fiberglass insulation – изоляционное стекловолокно, gypsum board - гипсокартон, wood framed wall – каркасная стена )
Стены:
Твердые кладки стен зданий из полнотелого кирпича или камней имеют более высокую теплоёмкость и хранят большее количество тепловой энергии. Если добавить
изоляцию в эти конструкции, то тепловая разница внутренней / внешней сторон
здания будет выше, чем раньше. Применение пористых изоляционных материалов,
которые по своим характеристиками проницаемости несовместимы с оригинальным материалом кладки, может привести к проникновению в них воды и солей. Это
может привести к ухудшению материалов кладки, например, кирпича, строительных
растворов.
16
THIS PROJECT IS FUNDED
BY THE EUROPEAN UNION
Окна:
Положительный эффект окон заключается в обеспечении прохождения достаточного количества дневного света в здание для хорошего освещения, что способствует
хорошему самочувствию людей, находящихся в здании. Кроме того, в зимний период окна способствуют прохождению солнечного света, что снижает потребление тепловой энергии. Тем не менее, окна также имеют отрицательные аспекты. Значение
U окон выше, чем у стен, а также, с технической точки зрения, они являются слабым
местом при строительстве оболочки здания. Старые окна с плохой герметизацией в
исторических зданиях являются каналами утечки тепла и инфильтрации, особенно в
зимних условиях. В летнее время большое проникновение солнечных лучей может
привести к перегреву здания. В теплом климате с долгим жарким периодом особенно важно избежать перегрева путем ограничения проникновения света с помощью
затенения или светового скрининга.
Различные решения для внедрения высокоэффективных технологий остекления и
установок рам в исторических зданиях могут быть реализованы, например, путем
установки окон коробчатого типа, предварительной подгонки дополнительного окна
с высоко-эффективным остеклением и установки дополнительной рамы в оригинальном историческом окне. Внешний вид поэтому не будет изменен, и, при этом
качество тепловой и звуковой изоляции будет значительно усилено.
Использование возобновляемых источников энергии
Может Может быть рассмотрено использование энергии солнца, биомассы, геотермальной энергии и энергии ветра в исторических зданиях. Большинство из этих методов имеют большое влияние на внешний вид исторического здания, но это не значит, что они не могут использоваться.
Для солнечных и фотоэлектрических (PV) панелей должно быть выбрано правильное положение. Технология солнечного тепла используется для преобразования
солнечного излучения в тепло, которое можно использовать для нагрева воды, обогрева помещения, для промышленных процессов или для охлаждения в сочетании с
процессом охлаждения с помощью термического привода. PV панели используются
для преобразования солнечной энергии в электричество. Панели могут быть размещены на крыше, но также могут быть встроены в окна, стены или размещаться на
земле.
Энергию ветра во многих случаях нельзя использовать, так как ветровые установки
трудно разместить в городской среде. Вне города они могут быть полезны.
Можно использовать топливо, полученное из биомассы, например, гранулы, древесные опилки и древесные блоки. Но они должны храниться надлежащим образом
(быть сухими).
17
THIS PROJECT IS FUNDED
BY THE EUROPEAN UNION
Геотермальная энергия может использоваться по-разному, как для отопления помещений, так и для нагрева воды.
Технологии активного и пассивного отопления заключаются в преобразовании коротковолнового солнечного излучения в низкотемпературное тепло, которое используется для отопления и производства горячей воды. Для технологии пассивного
отопления могут быть использованы стены различных типов с гладкой поверхностью. При использовании этих методов, можно также достичь и охлаждения. Пассивные методы охлаждения могут быть использованы для вентиляции ночью или
для свободного охлаждения [15].
При использовании геотермальных источников энергии, также может использоваться тепловой насос, но при этом необходимо внести небольшие изменения в конструкции самого здания.
Метод утепления стен
В целях улучшения условий помещений в исторических зданиях страны ЕС создали международную компанию по сотрудничеству «Эврика 1383». Европейская организация по охране исторических памятников разработала проект «Утепление
стен» (его также называют: «Отопление стен», «Закалка стен», "Temperierung"
(Поддержание постоянной температуры), "Hypothermos" (Гипотермия). Данный метод нацелен на повышение энергоэффективности или контроля микроклимата в исторических зданиях [20].
Самый простой способ обогрева стен – размещение труб в один или два уровня,
чуть ниже внутренней поверхности стен, и имеет множество преимуществ:
• умеренный нагрев здания,
• хороший уровень теплового комфорта для посетителей,
• эффективное использование энергии,
• стабильный микроклимат внутри помещения,
• утепление стен и предотвращения увеличения влажности в стенах,
стабильная сейсмостойкость конструкции, например, при резке стен,
• уменьшение проведения реставрационных работ приводит к снижению осаждения
частиц на стенах и экспонатах.
18
THIS PROJECT IS FUNDED
BY THE EUROPEAN UNION
График изменения температуры и относительной влажности во время аварий или
непредвиденных случаев можно увидеть на диаграмме, представленной на рисунке
7.
Рисунок 7: Результаты полугодия измерения наружной и внутренней температуры
и относительной влажности воздуха и измерения в период концертов в Рыцарском зале [21]
(temperfture) температура (С), (relative humidity) относительная влажность, ( time (hours)) время (часы)
Приложение 1: Типичные -величины
удельный вес
Материал
3
(кг/м )
Строительные камни
Легкий вулканический камень
Гранит
Базальт
Мрамор
Искусственный камень
Штукатурки, Строительные растворы
Известковый раствор / известково-цементный раствор
Цементный раствор
Гипсовый строительный раствор / известково-гипсовый раствор
Штукатурка / раствор из легкого песка
Штукатурка / раствор из вспученного перлита
Виды бетона
Железобетон
Неармированный бетон
легкий бетон
легкий бетон
легкий бетон
легкий бетон
19
-величина
(Вт/мK)
< 1600
2500-2700
2700-3000
2800
1750
0.55
2.80
3.50
3.50
1.30
1800
2000
1400
800-1000
400-800
1.00
1.60
0.70
0.30-0.38
0.14-0.29
2400
2200
800
1000
1200
1600
2.50
1.65
0.20-0.30
0.30-0.40
0.40-0.60
0.75-1.00
THIS PROJECT IS FUNDED
BY THE EUROPEAN UNION
Строительные панели, изготовленные из
Автоклавного газобетона
легкий бетон
гипсокартон
400-800
800-1400
750-1000
0.20-0.29
0.29-0.58
0.35-0.47
1200-2400
0.50-1.40
550-1000
350-800
450-2000
0.22-0.29
0.11-0.25
0.31-0.99
0.03-0.04
0.035-0.04
0.045-0.05
0.09
0.045-0.05
0.025-0.03
0.045
0.040-0.045
B1
A1/A2
B2
B1
A1
B1
B1/B2
B2
Строительные материалы для изготовления стен
Высоко-плотного глиняного кирпича в соответствии с TS EN 7711
Низко-плотногоглиняного кирпича в соответствии с TS EN 771-1
Автоклавного газобетона
Легкого бетонного кирпича
Изоляционные материалы
Пенополистирол (EPS)
Минеральная вата
Пробка
Древесное волокно
Пеностекло
Пенополиуретан
Целлюлоза
Шерсть, кокосовое волокно, лен
* A1-A2: огнеупорный, B1: средней огнеупорности; B2: низкой огнеупорности
Приложение 2: Структуризация стандартов EN и EN-ISO EPBD
по значимости
EN Номер
Название
Раздел 1: Стандарты, связанные с расчетом общего потребления энергии в зданиях
EN 15217
Методы расчёта энергетической эффективности зданий для определения энергетической эффективности и энергетической сертификации зданий
EN 15603
Методы расчёта общего потребления энергии и определение паспортных данных энергетической эффективности зданий
EN 15459
Методы расчёта энергетической эффективности зданий. Экспертиза процедуры оценки энергетических систем в зданиях
Раздел 2: Стандарты, связанные с расчетом поставки энергии
EN 15316-1
Системы отопления в зданиях. Метод расчета требований энергетической системы и эффективности системы Часть 1: Общее
EN 15316-2-1
Системы отопления в зданиях. Метод расчета требований энергетической системы и эффективности системы. Часть 2-1: Системы распределения тепла в помещениях
EN 15316-4
Системы отопления в зданиях. Метод расчета требований энергетической системы и эффективности системы:
Часть 4-1: Системы производства тепла для помещений, системы сжигания топлива, котлы.
Часть 4-2: Системы производства тепла для помещений, теплонасосные системы.
Часть 4-3 Системы производства тепла для помещений, солнечные энергетические системы
отопления
Часть 4-4: Системы производства тепла в помещениях, встроенные системы совместного
производства тепла и электроэнергии
Часть 4-5: Системы производства тепла в помещениях, производительность и качество теплоснабжения и большеобъемные системы
Часть 4-6: Системы производства тепла в помещениях, системы на базе фотоэлектрических
элементов
Часть 4-7: Системы производства тепла в помещениях, системы сжигания биомассы
20
THIS PROJECT IS FUNDED
BY THE EUROPEAN UNION
EN Номер
Название
Системы отопления в зданиях. Метод расчета системы потребностей в энергии и кпд системы.
Часть 2-3: Системы распределения тепла в помещениях
EN 15316-3
Системы отопления в зданиях. Метод расчета системы потребностей в энергии и кпд системы.
Часть 3-1 горячее водоснабжение, параметры требований (водопроводная система)
Часть 3-2: горячее водоснабжение, распределение
Часть 3-3: горячее водоснабжение, выработка
EN 15243
Вентиляция зданий - расчет комнатной температуры и нагрузки на энергию в зданиях с системами кондиционирования комнат
EN 15377
Системы отопления в зданиях. Проектирование встроенных систем водоснабжения основе
теплообменника поверхностного типа
Часть 1: Расчёт теплоёмкости и охлаждения
Часть 2: Проектирование, регулирование и установка
Часть 3: Достижение наивысшей эффективности при использовании возобновляемых источников энергии
EN 15241
Вентиляция зданий. Методы расчета потерь энергии за счет вентиляции и инфильтрации в
коммерческих зданиях
EN 15232
Энергетическая эффективность зданий. Влияние автоматизации здания, регулирования и диспетчеризации инженерного оборудования здания
EN 15193
Энергетический паспорт здания. Потребление энергии для освещения
Раздел 3 стандарты, связанные с расчетом энергии необходимой для обогрева и охлаждения
EN ISO 13790
Тепловые характеристики зданий. Расчет использования энергии для отопления помещений
(ISO 13790:2008)
EN 15255
Энергетическая эффективности зданий. Оптимальный расчет тепловой нагрузки в помещении
⎯ Общие критерии и процедуры обоснования
EN 15265
Энергетической эффективности зданий. Расчет использования энергии для отопления и охлаждения помещений с использованием динамических методов Общие критерии и процедуры
обоснования
Раздел 4А стандарты для подтверждения вышесказанного ⎯
Тепловые характеристики строительных компонентов
EN ISO 13789
Тепловые характеристики зданий. Коэффициенты теплопроводимости, отопления, вентиляции
⎯ Метод расчета (ISO / DIS 13789:2007
EN ISO 13786
Тепловые характеристики строительных компонентов. Динамические тепловые характеристики ⎯ Методы расчета (ISO 13786:2007)
EN ISO 6946
Элементы здания. Тепловое сопротивление и коэффициент теплопередачи. Метод расчета
(ISO 6946:2007)
EN ISO 13370
Тепловые характеристики здания. Подача тепла по земле ⎯ Методы расчета (ISO 13370:2007)
EN 13947
Тепловые характеристики наружной стеновой панели. Расчет коэффициента теплопередачи
EN ISO 10077-1
Тепловые характеристики окон, дверей и жалюзи. Расчет коэффициента теплопередачи. Часть
1: Общая
EN ISO 10077-2
Тепловые характеристики окон, дверей и жалюзи. Расчет коэффициента теплопередачи. Часть
2: Метод подбора для рам (ISO 10077-2:2003)
EN ISO 10211
Тепловые мосты в строительных конструкциях. Тепловые потоки и температура поверхности.
Подробные расчеты (ISO / DIS 10211:2007)
EN ISO 14683
Тепловые мосты в конструкции. Линейная теплопередача. Упрощенные методы и предварительная настройка (ISO 14683:2007)
EN ISO 10456
Строительные материалы и изделия. Гигротермальные свойства. Табулированные расчетные
значения и процедуры для определения заявленных и проектных тепловых значений (ISO /
DIS 2007)
Раздел 4В ⎯ стандарты для подтверждения вышесказанного ⎯ вентиляци и инфильтрация воздуха
EN 13465
Вентиляция зданий. Методы расчёта для определения расхода воздуха в жилых помещениях
EN 15242
Вентиляция зданий. Методы расчёта для определения расхода воздуха в жилых помещениях,
включая инфильтрацию
EN 13779
Вентиляция нежилых помещений. Эксплуатационные требования к вентиляции и системе
кондиционирования
EN 15316-2-3
21
THIS PROJECT IS FUNDED
BY THE EUROPEAN UNION
EN Номер
Название
Раздел 4С- стандарты для подтверждения вышесказанного ⎯ перегрев и защита от солнца
EN ISO 13791
Тепловые характеристики зданий. Расчет внутренней температуры помещения без механического охлаждения в летний период. Общие критерии и процедуры обоснования (ISO
13791:2004)
EN ISO 13792
Тепловые характеристики зданий. Расчет внутренней температуры помещения без механического охлаждения в летний период. Упрощенный метод охлаждения (ISO 13792:2005)
EN 13363-1+A1
Солнцезащитные устройства в сочетании с остеклением. Расчет пропуска солнечной энергии
и светопропуска Часть 1: Упрощенный метод
EN 13363-2
Солнцезащитные устройства в сочетании с остеклением. Расчет общего пропуска солнечной
энергии и светопропуска. Часть 2: Метод подробного расчета
Раздел 4D - стандарты для подтверждения вышесказанного ⎯ Параметры возуха в помещении и внешнего
климата
CR 1752
Вентиляция зданий - Расчёт критериев для среды в помещении
EN 15251
Входные параметры среды помещения для расчёта и оценки энергетической эффективности
зданий, качество воздуха в помещении, тепловой среды, освещения и акустики
EN ISO 15927-1
Гигротермальные характеристики зданий. Расчет и представление климатических данных.
Часть 1: Среднемесячное значение единичного метеорологического элемента (ISO 159271:2003)
EN ISO 15927-2
Гигротермальные характеристики зданий. Расчет и представление климатических данных.
Часть 2: Данные почасовых замеров для расчёта тепловой нагрузки (ISO / DIS 15927-2:2007)
EN ISO 15927-3
Гигротермальные характеристики зданий. Расчет и представление климатических данных.
Часть 3: Расчет показателя проливного дождя при проектировании вертикальных поверхностей, включая данные о частых ветрах и дождях (ISO / DIS 15927-3:2006)
EN ISO 15927-4
Гигротермальные характеристики зданий. Расчет и представление климатических данных.
Часть 4: Данные почасовых замеров для расчёта годового потребления энергии при отопления
и охлаждения (2005)
EN ISO 15927-5
Гигротермальные характеристики зданий. Расчет и представление климатических данных.
Часть 5: Данные для расчёта тепловой нагрузки при отопления помещений (ISO 15927-5:2004)
EN ISO 15927-6
Гигротермальные характеристики зданий. Расчет и представление климатических данных.
Часть 6: Сбор разницы температур (СЭТ) (ISO 15927-6:2007)
Раздел 4E - стандарты для подтверждения вышесказанного - определения и терминология
EN ISO 7345
Теплоизоляция. Физические величины и определения (ISO 7345:1987)
EN ISO 9288
Теплоизоляция. Теплообмен излучением. Физические величины и определения (1989)
EN ISO 9251
Теплоизоляция. Теплопроводные свойства материалов. Терминология (1987)
EN 12792
Вентиляция зданий. Обозначения, терминология и графические символы
Раздел 5 - Стандарты, связанные с мониторингом и верификацией энергетической эффективности
EN 12599
Вентиляция зданий. Процедуры испытаний и методы измерений систем вентиляции и кондиционирования, предназначенных для утановки
EN 13829
Тепловые характеристики зданий. Определение воздухопроницаемости зданий. Метод подачи
воздуха под давлением (ISO 9972:1996, модифицированный)
EN ISO 12569
Теплоизоляция зданий Определение воздухообмена в зданиях. Метод разбавления газа (ISO
12569:2000)
EN 13187
Тепловые характеристики зданий. Качественное определение тепловых нарушений в оболочке
зданий. Инфракрасный метод (ISO 6781:1983 с изменениями)
EN 15378
Системы отопления в зданиях. Проверка котлов и систем отопления
EN 15239
Вентиляция зданий. Энергетическая эффективность зданий. Руководство по проверке систем
вентиляции
EN 15240
Вентиляция зданий. Энергетическая эффективность зданий. Руководство по проверке систем
кондиционирования воздуха
22
THIS PROJECT IS FUNDED
BY THE EUROPEAN UNION
Приложение 3: Список доступной технической документации
(свободного программного обеспечения)
для анализа и расчета энергетической эффективности
Чешский национальный расчетный инструмент
В разработке с октября 2007 года в Чешской Республике. Метод расчета основан на
поставках энергии, необходимой для поддержания стандартных условий содержания зданий как внутри, так и снаружи. Основной процесс расчетов делится на два
этапа:
• Расчет потребления энергии (в пересчете на стандартное использование) здания
или его помещений; расчет потери тепла, и сохранения тепла, необходимом во всех
помещениях в целях поддержания соответствующих условий;
• Расчет потребления энергии (в здании, в помещении, в зависимости от потребности энергии); расчет энергии, необходимой для энергосистемы (котлы, установки
для обработки воздуха (AHU), системы ГВС (DHW), освещение и т.д.), необходимые для обеспечения необходимого нагрева или охлаждения, и контроля влажности
и т.д.
Метод расчета основан на упрощенном динамическом подсчете. Спрос на энергию
может быть рассчитан из ежемесячных, ежедневных, ежечасных значений.
Сайт: http://tzb.fsv.cvut.cz/projects/nkn/?page=nastrojnkn&NKN_SID=e7dcae58ce1eac5d5b86a895b60a729d
EnergyPlus (Сохранение энергии)
«Energy Plus» – это программа моделирования энергопотребления здания, которую
инженеры, архитекторы и исследователи используют для моделирования использования энергии и воды в зданиях. Моделирование с помощью «Energy Plus» позволяет профессиональным строителям создавать оптимизированное проектирование
зданий, чтобы использовать меньше энергии и воды. Каждая версия «Energy Plus»
будет протестирована до введения в действие.
23
THIS PROJECT IS FUNDED
BY THE EUROPEAN UNION
«Energy Plus» используется для создания моделирования систем отопления, охлаждения, освещения, вентиляции, и других потоков энергии и воды. «Energy Plus»
включает в себя множество инновационных возможностей моделирования: временных интервалов, приблизительно за час, систем модульных конструкций и систем
встроенных технологических установок для теплового баланса, баланса воздушного
потока, теплового комфорта, использования воды, естественной вентиляции и фотоэлектрических систем.
Это программа нового поколения моделирования потребления энергии в здании, которая основывается на более известных характеристиках BLAST и DOE-2. «Energy
Plus» включает в себя инновационные возможности моделирования в том числе
временных интервалов, приблизительно за час, моделирования систем модульных
конструкций и систем встроенных технологических установок для теплового баланса, а также входных и выходных данных, которые могут быть использованы независимыми экспертами. Последние дополнения включают мультизональный баланс
воздушного потока, моделирование систем электроснабжения на основе топливных
элементов и других распределенных энергетических систем, а также системы водоснабжения, с помощью моделирования данной системы происходит контроль за использованием воды во всем здании, за количеством осадков, использованием грунтовых вод
.
Сайт: http://www.energyplus.gov
ESP-r (система контроля устойчивости)
подтверждение полной оценки факторов, влияющих на энергетическую и экологическую эффективность зданий. Система ESP-R была предметом постоянного развития с 1974 года, а в 2002 году получила общественную лицензию GNU.
Целью ESP-R является моделирование характеристик зданий таким образом, чтобы:
а) показать реалистичность физической системы, б) подтвердить предыдущую
оценку стадии детального проектирования в) позволить внедрить оценку эксплуатационных показателей, в которую не входит ни один лишний показатель.
С помощью системы ESP-R можно смоделировать реальную действительность настолько точно, как это возможно, до уровня, который соответствует практике в области моделирования в международном сообществе.
24
THIS PROJECT IS FUNDED
BY THE EUROPEAN UNION
После изучения всех аспектов, система ESP-R позволяет разработчику изучить
сложные взаимоотношения между формой здания, материалом, прохождения потока
воздуха, оборудованием и системами управления. Система ESP-R основана на схеме
расчёта контрольных объёмов, частичной реконструкции, задача которой заключается (определяется в терминах геометрии, строительства, эксплуатации, распределения утечки и т. д.) в создании проекта сохранения эффективности (для энергии,
массы, импульса и т.д.). Затем они последовательно вводятся в систему, где учитываются воздействия климата, эксплуатация и работа систем управления. Системой
ESP-R руководит главный менеджер проекта, в круг обязанностей которого входит
поддержание баз данных, моделирование, использование различных инструментов
оценки производительности и различных приложений для автоматизированного
проектирования, визуализации и создания отчетов.
Благодаря взаимодействию системы ESP-R с другими системами моделирования,
пользователи теперь могут вводить в систему «Energy Plus» систему моделирования
ESP-R с перечислением строительных материалов, конструкций, обрабатываемых
поверхностей (все три или четыре односторонние поверхности, а также те, в которых есть окна или двери - более сложные поверхности не берутся во внимание). Пограничные атрибуты преобразуются и устанавливаются отношения между непрозрачными и прозрачными поверхностями. Введёные модели обычно проходят
«Energy Plus» без ошибок или с незначительными предупреждениями. В настоящее
время устанавливаются практические свойства и в графики еще не включены. Мы
ожидаем обновления геометрических преобразований в соответствии с «Energy
Plus» V 1.2.1 (октябрь 2004 года), а также резервные графики в ближайшем будущем.
Наличие: Доступность системы ESP-r в соответствии с лицензии GPL (Предельно
Допустимая Концентрация) для свободного пользования.
SBEM / Simplified Building Energy Model (Упрощённая модель энергообеспечения зданий)
SBEM представляет собой компьютерную программу, которая обеспечивает анализ
энергопотребления здания. SBEM рассчитывает ежемесячное использование энергии и выбросы двуокиси углерода, даёт описание геометрии здания, строительства,
эксплуатации и использования систем отопления, вентиляции (HVAC) и осветительного оборудования. Первоначально она была создана на основе голландской методологии NEN 2916:1998 (Энергообеспечение нежилых зданий) и с тех пор была
25
THIS PROJECT IS FUNDED
BY THE EUROPEAN UNION
изменена так, чтобы соответствовать последним стандартам CEN. Подробные методы расчета, использованные алгоритмы и допуски представленые в техническом руководстве SBEM, теперь доступны на страницах сайта для загрузки.
SBEM использует стандартные данные, содержащиеся в соответствующих базах
данных и доступных в других программных средствах.
Целью SBEM и ее интерфейса iSBEM является создание последовательной и надежной оценки использования энергии в нежилых зданиях, для соблюдения строительных правил и определения энергетических целей работы по сертификации. Не смотря на то, что эти данные могут помочь в процессе проектирования, они не являются
основами проектирования. Например, при расчете внутренней температуры,.
iSBEM – это процедура соответствия, а не инструмент проектирования, если особенность производительности является критически важной для проектирования, и,
даже если оно может быть представлено в SBEM, целесообразно использовать наиболее подходящий инструмент моделирования для проектирования. В любом случае, SBEM не должно быть использовано для системы калибровки.
Сайт: http://www.ncm.bre.co.uk/
Проект рационального использования энергии (РИЭ инициативы)
В данной главе перечислены проекты РИЭ в различных группах, относящихся к
различным видам измерений. Данные параметры, чтобы дать общее представление о
доступных измерениях [5].
26
THIS PROJECT IS FUNDED
BY THE EUROPEAN UNION
Теплоизоляция
Тип мер
Утепление фасадов
Изоляция скатной крыши
Изоляция плоской крыши
Изоляция пола
Обратить внимание
описание
Установка новой скатной крыши вместо плоской крыши или
установка дополнительной теплоизоляция на существующую
скатную крышу (около 15-20 см)
Ввод дополнительной теплоизоляции. Толщина около 15-20 см
Новые квартиры на верхнем этаже
Окна / Двери
Тип мер
Герметизация окон
описание
Замена старых окон на новые, с более высоким тепловым сопротивлением
Герметизация окон с помощью уплотнительной ленты
Входные двери
Замена дверей на новые с лучшей термостойкостью
Замена окон
Системы отопления
Тип мер
Оптимизация системы
отопления
Замена системы отопления
описание
Подключение к системе теплоснабжения или к новым и эффективным котлам, работающим на дешёвом / возобновляемом
топливе
Термостатические клапаны
Изоляция трубопроводов, воздуховодов, резервуаров и т.д.
Повышение эффективности го- Ремонт и установка дымоходов
релки / котла
Установка тепловых насосов
Эффективная замена электрических обогревателей
Системы охлаждения
Тип мер
Механическая вентиляция с рекуперацией тепла
Увеличение КС системы охлаждения
Улучшение установки для обработки воздуха
Внешний контроль воздуха
Пассивное отопление и охлаждение
описание
Освещение
Тип мер
Замена ламп или светильников
Фото контроль
описание
Замена ламп или светильников на энергосберегающие
Переключатель света вкл / выкл
27
THIS PROJECT IS FUNDED
BY THE EUROPEAN UNION
Пример расчета
Планы отдельно стоящего здания приведены ниже.
Пример расчета удельных потерь тепла:
1-Й ЭТАЖ
2-Й ЭТАЖ
28
THIS PROJECT IS FUNDED
BY THE EUROPEAN UNION
3-Й ЭТАЖ
Сечение А-А
Площадь этажей
Agrd = 325,9 м2 (в контакте с землей, г)
Ас = 35,6 м2 (консольная часть перекрытия, с)
Участок окна (W) и двери (D)
Aw,северная = 15.3 м2
Aw,южная
= 64.0 м2
Aw,восточная = 35,1 м2
Aw,западная = 32.1 м2
ΣAw = 146.5 м2
Ad
= 7 м2
29
THIS PROJECT IS FUNDED
BY THE EUROPEAN UNION
Площадь стен и железобетонных панелей
Aw,заполнения
= 337.6 м2 (Заполнение стен)
Aw, колонны/балки = 200.8 м2 (общая площадь колонны и балки)
Площадь крыши
Aкрыши = 374,7 м2 (площадь крыши)
Общая площадь
Aобщая = 1428,1 м2
Полный объем
Vполный = 3258,7 м3
Рабочая площадь
Aрабочая = 1042,8 м2
Потери тепла за счет теплопроводности и конвекции:
Площадь потери
тепла
Толщина
строительного материала
d (м)
Значение
теплопроводности
λh (Вт/мK)
гипс
0.02
1
0.02
Горизонтально перфорированный глиняный кирпич
Изоляционные материалы
0.19
0.29
0.655
0.04
0.035
1.143
Штукатурка (легкий вес)
0.008
0.35
0.023
Строительные материалы
Род-Айленд (марка бетона)
Поверхность стены
(в контакте с
внешней средой,
заполнение)
Рений (металл)
2.011
Род-Айленд (марка бетона)
гипс
Поверхность стены
железобетон
(в контакте с
внешней средой, Изоляционные материалы
железобетонная) Штукатурка (легкий вес)
Коэффициент теплоотдачи
U (м2K/Вт)
Площадь
потери
тепла
A (м2)
Тепловые
потери
AxU
(Вт/K)
0.50
337.6
168.8
0.687
200.8
137.9
0.8x0.439
374.7
131.6
0.04
Всего
0.13
0.02
1
0.25
2.5
0.1
0.04
0.035
1.143
0.008
0.35
0.023
Рений (металл)
Всего
Крыша
Тепловое
значение
сопротивления
R (м2K/Вт)
0.13
0.02
0.04
1.456
Род-Айленд (марка бетона)
0.13
гипс
0.02
1
0.02
железобетон
0.12
2.5
0.048
Изоляционные материалы
(шерсть)
Рений (металл)
0.08
0.04
2
0.08
Всего
2.278
30
THIS PROJECT IS FUNDED
BY THE EUROPEAN UNION
Площадь потери
тепла
Этаж
(в контакте с землей)
Толщина
строительного материала
d (м)
Значение
теплопроводности
λh (Вт/мK)
древесноволокнистая плита
Цемент отделкой
0.005
0.13
0.038
0.03
1.6
0.019
Изоляционные материалы
0.04
0.03
1.333
Выравнивание отделкой
0.02
1.6
0.013
легкий бетон
0.1
0.58
0.172
Строительные материалы
Род-Айленд (марка бетона)
Рений (металл)
Всего
Этаж
(консольный)
Тепловое
значение
сопротивления
R (м2K/Вт)
0.17
Коэффициент теплоотдачи
U (м2K/Вт)
Площадь
потери
тепла
A (м2)
Тепловые
потери
AxU
(Вт/K)
0.5x0.573
325.9
93.4
0.66
35.6
23.5
4
7
28
2.4
146.5
351.6
0
1.745
Род-Айленд (марка бетона)
0.17
деревянный
0.01
0.13
0.077
Цемент отделкой
0.02
1.6
0.013
Армированный бетон
0.12
2.5
0.048
Изоляционные материалы
0.04
0.035
1.143
гипс
0.008
0.35
0.023
Рений (металл)
0.04
Всего
1.514
Двери
Окна
Общие потери тепла от строительства пользователей, теплопроводности и конвекции, HT
934.8
Потери тепла при вентиляции (естественная вентиляция);
Hv = 0,33. NH. Vh
Hv = 0,33 х 0,8 х (0,8 х 3258,7) = 688,2 Вт / K
Удельные потери тепла;
H = HT + Hv
H = 934,8 + 688,2 = 1623,0 Вт / K
Согласно приведенному выше, можно также рассчитать годовое потребление тепловой энергии, использовав методы расчета и соответствующие коэффициенты, приведенные в региональной технической документации. Годовым потреблением тепловой энергии является сумма ежемесячного спроса на энергию которая зависит от
разницы между внутренними и внешними средне-месячными температурами региона, где расположено здание. Кроме потери тепла также необходимо учитывать внутреннее утепление здания. См. соответствующие региональные стандарты и техническую документацию для получения дополнительной информации.
31
THIS PROJECT IS FUNDED
BY THE EUROPEAN UNION
Если учесть, что здание находится в регионе средиземноморского климата, а в
строительстве в качестве изоляции используется бесцветное стекло, то по турецким
стандартам годовое потребление тепла будет следующим:
Годовое потребление тепловой энергии
Qмесяц = [H (θi-θe) - η (φi, месяц + φs, месяц)]. t (J) (1k J = 0278 х 10-3 кВт-ч)
Внутренний приток тепла в зданиях φi, месяц ≤ 5.(Вт)
Солнечная энергия φсолнце, месяц = Σ r,i, месяц x gi., месяц x Ii, месяц х Ai
Cотношение поступление / потеря GLRмесяц = (φi, месяц + φs, месяц) / H (θi, месяц - θe, месяц)
Aобщая = 1428,1 м2 Vобщая = 3258,7 м3
Коэффициент усиления ηмесячная = 1 - е (-1/GLRмесяц)
месяцы
Тепловые потери
Получение тепла
УдельТемпераные попотери тетурный
тери
пла
градиент
тепла
H=
HT +Hv
(Вт/
K)
январь
θi-θe
(K,
o
C)
H(θi-θe)
(Вт)
ВнутренСолний
нечная
приэнергия
ток
тепла
φi
(Вт)
всего
GLR
коэффициент усиления
Спрос
тепловой
энергии
φs
(Вт)
φ T = φi
+φs (Вт)
γ
(-)
ηmonth
(-)
Qmonth
(kJ)
9004
0.523
0.85
24754637
10.6
17203.8
3790
февраль
10
16230.0
4690.8
9904.8
0.610
0.81
21272834
март
7.4
12010.2
5538.2
10752.2
0.895
0.6
12457738
апрель
3.2
5193.6
6152.5
11366.5
2.189
0.37
2560883
θe higher
0
7083.6
12297.6
0
0
0
θe higher
0
7463.2
12677.2
0
0
0
май
июнь
1623.0
июль
5214
θe higher
0
7258
12472
0
0
0
август
θe higher
0
6812.2
12026.2
0
0
0
сентябрь
θe higher
0
5765.4
10979.4
0
0
0
октябрь
0.5
811.5
4715.9
9929.9
12.236
0.08
0
ноябрь
6
9738
3579
8793
0.903
0.67
9970620
декабрь
9.7
15743.1
3321.1
8535.1
0.542
0.84
22222813
*
Qannual = Σ Qmonth
* Если GLR выше или равно 2,5, то можно предположить, что нет потери тепла.
32
93239525
THIS PROJECT IS FUNDED
BY THE EUROPEAN UNION
Всего потери тепла Qгодовое = 0.278x10-3 х 93239525 (кДж) = 25921 кВтч
В этом примере годовая потребность тепловой энергии здания на единицу объема, Q
= Qгодовое / Vобщее = 8,0 кВтч/м3
Для средиземноморского региона (взято из текущего стандарта) максимальная потеря тепла рассчитывается следующим образом Aобщая/ Vполный = 0,44 подставляется в
уравнение Qi = 14,1 х A / V + 3,4; и максимальная потеря тепла составит Qi = 9,6
кВтч/м3 . С помощью данной схемы теперь можно расчитать потерю тепла; Q <Qi
(8,0 <9,6), таким образом, данная схема соответствует стандартам, потому что ежегодное потребление тепловой энергии согласно данной схеме меньше, чем максимальное значение.
Библиография
1. Международное энергетическое агентство. (2010) энергоэффективности сертификации
зданий. Paris: OECD / IEA.
2. Бурдо, Л. (1999) Повестка дня 21 по устойчивому строительству. CIB отчет, публикация
237. Роттердам (CIB).
3. Смит, P.F. (2004) Эко-Ремонт руководство экономии и производства энергии в доме. Architectural Press, Elsevier, Oxford, Burlington.
4. www.esrl.noaa.gov
5. Сеть Energy Consulting. Проект ОВОС-06-189 ClearSupport. Информационный ресурс
упрощение: Укладка пути для повышения производительности энергии зданием в Европе, общеевропейской потенциал энергосбережения RUE.
6. http://www.bwk.tue.nl/bps/hensen/courseware/TUe7S410/Part_1/INTRODUCTION/Overview.htm
7. Джон Wallsgrove, Министерство юстиции. Потребление энергии в старых зданиях. Вырубка на углерод: повышение энергоэффективности исторических зданий. Gheu Семинар 9 октября 2007 года в Бре, Garston.
8. www.resourcecenter.pnl.gov
9. www.bbc.co.uk
10. Anderson, B. (2006) конвенций для U-Value расчетов. BRE публикации. Шотландия.
11. Jokisalo, J., & Kurnitski, J. (2007). Исполнение EN ISO 13790 Коэффициент использования тепла спроса метода расчета в холодном климате. Энергетика и зданий, 39 (2), 236247.
12. Официальном журнале Европейского Сообщества. (2003, 4 января). Директива
2002/91/EC Европейского Парламента и Совета от 16 декабря 2002 года по энергетической эффективности зданий. Брюссель, ЕС
13. http://www.thermalsurveys.com/infraredimaging/2009_06_01_archive.html
14. energysolutionsnm.com
33
THIS PROJECT IS FUNDED
BY THE EUROPEAN UNION
15. New4Old. (2009). Работа пакета 4.1 Технические руководящие принципы для строительства дизайнеров. Руководящие принципы реализуются 3E в сотрудничестве с EREC,
GRECT, AEE, NKUA, ITW и NUID. Брюссель: New4Old.
16. www.climatechangeandyourhome.org
17. http://www.mindeconstruction.ie/House_Insulation.htm
18.English наследия. (2010). Энергоэффективность в исторических зданиях - применение
части л строительных норм и правил по историческим и традиционно построенных зданий.
19. http://www.infoforbuilding.com
20. Šijanec Zavrl, М. Žarnić, M. (2002). OPET семинар, Low Exx, Маастрихт, 7-8 марта,
Крытый климат-контроля в строительстве наследие в Словении низкий нагрев температуры стенки. ZRMK, технологическому и гражданских зданий Enginering институт,
Любляна, Словения.
21. Šijanec Zavrl, М. Анализ внутреннего климата в здании наследия в Словении. ZRMK,
технологическому и гражданских зданий Enginering институт, Любляна, Словения.
http://www.arcchip.cz/w07/w07_sijanec_zavrl.pdf
34