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 1м² 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 напряжением110-220 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 составляет0,96-0,99. 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.