Книги, научные публикации
ВОЗМОЖНОСТИ УМЕНЬШЕНИЯ ТЕПЛОПОТЕРЬ ТИПОВОГО ПАНЕЛЬНОГО ДОМА А. Хлебников, магистр технических наук;
В. Ганин, бакалавр Институт теплотехники Таллиннского Технического Университета, Эстония Целью проведённой работы являлся анализ теплопо- раждения возникает тепловой поток, направленный в сто терь типового панельного дома, находящегося по адресу: рону понижения температуры.
Таллинн, ул. Ярвеотса, 11, а также определение возможных Используемые в ограждающих конструкциях материалы вариантов для уменьшения теплопотерь и их экономичес- и их теплофизические свойства приведены в таблице 2.
кое решение. Таблица 2. Теплофизические свойства используемых В первой части работы определены расчетные тепло- материалов потери через ограждающие конструкции. За основу расче тов берутся параметры здания, взятые из строительного проекта, теплотехнические данные строительных материа лов из справочников и среднегодовые температуры наруж ного воздуха за последние 50 лет. А также сделан расчет потребления горячей воды для удовлетворения нужд по требителей и расчет расхода тепла на вентиляцию.
Во второй части работы проведен расчет теплопотерь на основе данных по термографии дома. Расчет теплопо терь для сравнительного анализа велся при разных сред них температурах внутреннего воздуха в доме.
В третьей части работы показаны различные варианты возможности уменьшения теплопотерь дома и экономиче ская возможность их реализации. Проведен гидравличес Температуру внутри жилых помещений принимаем по кий расчет системы теплоснабжения. Рассчитаны теплопо нормам для внутреннего климата + 22 С. Температуру в тери через ограждающие конструкции после дополнитель подвале принимаем + 15 С. Температуру в подъезде при ного изолирования.
нимаем + 16 С.
Состояние здания на данный момент В расчетах используются данные Эстонского Метеоро логического Гидрологического Института о средней темпе Рассматриваемый в данной работе дом был построен в ратуре наружного воздуха и длительности за последние начале 1980-х годов. Дом построен из железобетонных па лет, приведенные в таблице 3.
нелей толщиной 210 мм, с внутренней изоляцией из фиб Таблица 3. Температура наружного воздуха в Таллинне ролита толщиной 120 мм, с коэффициентом теплопровод ности К = 0,075 [Вт/(м-К}]. Крыша дома сделана из 150 мм железобетонной панели, утепленной пенобетоном с паро изоляцией, выравнивающим слоем из битума и водоизоля ционным слоем из рубероида. В квартирах стоят старые двойные окна в деревянном переплете, изготовленные из 5 мм стекол, между которыми есть 40 мм воздушный за зор, и новые современные стеклопакеты. В доме исполь зуется центральная система отопления.
Технические данные дома представлены в таблице 1.
Таблица 1. Технические данные здания В таблице 4 и на рис. 1 и 2 приведены расчетные данные о расходах теплоэнергии в доме.
Рис. 1. Сравнительная диаграмма теплопотерь Расчетные теплопотери через ограждающие конструкции Стены, крыша, пол и окна называются наружными ог раждающими конструкциями здания, потому что они ог раждают жилище от различных атмосферных воздействий:
низких температур, влаги, ветра, солнечной радиации.
При образовании разности температур между внутрен ней и внешней поверхностями ограждения в материале ог Рис. 2 Распределение теплопотерь дома через Так как теплопотоки к внутренней поверхности стен, че ограждения рез стену и от внешней поверхности равны, то, зная тем пературу наружной поверхности стен, скорость и направ ление ветра, можно примерно оценить теплопотери дома.
Расчет теплопотерь дома по данным термографии для сравнения проведем при сбалансированной и несбаланси рованной системах теплоснабжения, т.е. при равномерном или неравномерном распределении тепловой энергии по дому.
Теплопотребление здания по термографии В таблице 5 приведены данные о расходах тепла за год.
Таблица 5. Среднегодовые расходы тепла Таблица 4. Данные о расходах теплоэнергии дома Расчетное теплопотребление здания Из таблицы 5 видно, что при уменьшении средней тем Тепловую энергию дома используют:
пературы воздуха по дому на 1 С получим экономию теп Х для отопления дома, чтобы внутренняя температура ловой энергии ~2 % или 41 МВтч.
соответствовала удовлетворительному уровню;
Х для производства потребляемой горячей воды;
Рис. 4. Сравнительная диаграмма теплопотерь Х для обогрева вентилируемого воздуха.
По результатам расчетов получили график тепловой на грузки дома (рис.3 ).
Рис. 3. График тепловой нагрузки Рис. 5. Распределение теплопотерь дома через Теплопотери на основе данных по термографии ограждения ИК-термография - это бесконтактный метод измерения и оптического изображения температуры поверхности строительных элементов или частей здания. Применяя данный метод, можно при помощи бесконтактного ИК-чув ствительного датчика измерить инфракрасное излучение какого-либо объекта и на основании физической взаимо связи между плотностью излучения и температурой опре делить температуру поверхности объекта.
Термографические обследования позволяют выявить места наибольших тепловых потерь. Применение ИК-мето дов контроля для выявления дефектов зданий и крыш и их своевременного ремонта, прежде чем будет нанесен серь езный ущерб, играет важную роль в повышении энергети Сравнение расчетов по нормативному методу и по ческой эффективности сооружений и позволяет защитить термографии с данными, полученными капиталовложения в оборудование и материалы. Выявле по теплосчетчику ние конденсации влаги, дефектных бетонных панелей, уте чек тепла из швов зданий дает возможность локализовать В таблице 6 приведены данные расхода тепла, полу ченные по теплосчетчику.
дефект и принять необходимые меры по его устранению.
Таблица 6. Реальное теплопотребление дома в 2000- но и направление ветра и влажность воздуха. При более 2002 годах высокой влажности воздуха теплоотдача от поверхности более интенсивная.
Сравним распределение теплопотерь нашего дома до реновации (рис.9} и финского дома (рис. 10).
Рис. 6. Среднее распределение потребности в тепле в типовом панельном доме по адресу: Таллинн, ул. Ярвеотса, 11 (год постройки 1980-1983) Рис. 7. Среднее распределение потребности в тепле в финском многоэтажном жилом доме (год постройки 1971-1975) В 2002 году на нагревание воды было израсходовано 192 МВтч тепловой энергии. В 2002 году внутренняя тем пература квартир была 18-20 С, поэтому реальный расход теплоэнергии меньше расчетного.
Удельное потребление тепла (отопление и горячая во да) в рассматриваемом доме составило 52 кВтч/м3 в году.
Таблица 7. Среднегодовые расходы тепла Варианты уменьшения теплопотерь Стены построенного дома, не обеспечивающие доста точный уровень теплозащиты, нуждаются в утеплении. Для этого используют различные теплоизоляционные материа лы, располагая их с наружной или внутренней стороны сте ны.
При внутреннем утеплении существующая стена, рас 1)* - расход тепла на вентиляцию входит в расход теп ла на ограждающие конструкции. положенная перед утеплителем, находится в зоне отрица тельных температур, которая отчасти захватывает и собст Как видим из таблицы 7, среднегодовой расход горя венно утеплитель. Кроме того, нарушается естественная чей потребительской воды по реальным данным практиче диффузия водяных паров и создаются условия для образо ски в 2 раза меньше, чем расчетный. Расход тепла на ин вания конденсата в толще конструкции на границе утепли фильтрацию и вентиляцию на практике, как правило, го теля и стены.
раздо меньше из-за более хорошей изоляции оконных Следует обратить внимание на тот факт, что при внут проемов. Если уменьшение инфильтрации снижает тепло реннем утеплении практически невозможно установить потери дома, то уменьшение вентиляции хоть и уменьшает теплоизоляционный материал в местах примыкания пере теплопотери, но и ухудшает микроклимат помещений. Это крытий к наружной стене. Здесь образуются мосты холо особенно ощутимо при естественной вентиляции.
да, причем потери тепла в этих зонах могут превышать По данным таблицы видно, что расчетные теплопотери потери через остальную площадь стены.
практически совпадают с реальными, а потери, найденные При наружном утеплении снижение температуры по по термографии, больше. Отсюда можно сделать вывод, толщине существующей стены происходит достаточно что по данным термографии можно только с достаточной медленно и плавно. Резкое падение температуры наблю точностью выявить места конденсации влаги, дефектных дается ближе к наружной стороне, а зона отрицательных бетонных панелей, утечек тепла из швов зданий. На ре температур располагается в толще слоя дополнительной зультаты термографии большое влияние оказывают не теплоизоляции.
только скорость ветра и температура наружного воздуха, Расположение плотных, плохо пропускающих водяные - при существенном повышении стоимости теплоэнер пары материалов изнутри, а легких и пористых снаружи гии;
благоприятно влияет на влажностный режим стены и не со- - уменьшении стоимости материалов и стоимости ра здает условий для скопления в ней влаги. Если теплоизо- бот по утеплению.
ляционный материал надежно защищен от атмосферных Исследуя возможности реновации дома для уменьше воздействий (дождя, снега, солнечной радиации), такая ния теплопотерь видно, что наиболее эффективным явля стена в течение всего года сохраняет высокие теплозащит- ется балансировка системы теплоснабжения или снижение ные свойства. средней температуры помещений, замена окон и утепле С точки зрения поддержания нормального температур- ние крыши. Балансировка системы теплоснабжения позво но-влажностного режима утепление с наружной стороны ляет снизить теплопотери на 2 % при снижении средней стены является оптимальным. внутренней температуры на 1 С. Чаще, в настоящее вре Существующие конструктивные решения по защите мя, используют другой способ уменьшения теплопотребле утеплителя можно разделить на две группы: ния - искусственно снижают температуру помещений и - системы утепления фасадов с вентилируемой воз- температуру горячей потребительской воды до минимума, душной прослойкой (так называемые вентилируемые фа- разрешенного нормами. Замена окон позволит снизить сады);
теплопотери на 17 %. К сожалению, в домах, построенных - штукатурные системы наружного утепления. в советское время и имеющих естественную вентиляцию, Другой вариант уменьшения теплопотерь - баланси- утепление или замена окон приводит, как правило, не ровка системы теплоснабжения, снижение средней темпе- только к уменьшению теплопотерь, но и к ухудшению мик ратуры внутри здания. роклимата дома. Поэтому к вопросу реновации окон нель зя подходить однобоко, т.е. только как возможности умень Теплопотери здания после полной реновации здания шения теплопотерь.
В приложениях приведены необходимые инвестиции на Утепление крыши, в зависимости от толщины дополни реновацию всего дома и экономия расходов на теплоэнер- тельного изоляционного слоя, уменьшит теплопотери на 8 гию. 12 %.
Графики окупаемости инвестиции показаны также в При применении всех рассмотренных возможных вари приложениях. антов уменьшения теплопотерь одновременно можно до В приложениях со л* указана толщина дополнительной стичь уменьшения теплопотребления на 27-31 %.
изоляции крыши.
Энергосбережение является комплексной деятельнос тью, в которой хорошие результаты обеспечиваются взаи Приложения модействием различных мероприятий и максимально ши роким масштабом их охвата. Высоких показателей не удастся достичь, если температура внутреннего воздуха в здании, а также система вентиляции не отрегулированы в соответствии с новыми требованиями.
В данной работе проведены расчеты теплопотерь по нормативному методу и по данным термографического ис следования и сделано их сравнение с реальными данными теплопотребления дома. Анализируя полученные результа ты, видно, что расчет среднегодового теплопотребления домом по данным термографии рассчитать с достаточной точностью нельзя.
Для расчета среднегодовых теплопотерь по данным термографии надо учитывать не только температуру возду ха и скорость ветра, но и, как минимум, влажность возду ха и направление ветра. Термография достаточно точно может указать места наибольших утечек тепла, что важно для выявления дефектов ограждающих конструкций. Ре альные теплопотери, как показали расчеты, практически совпадают с теплопотерями, полученными по нормативно му методу.
В настоящее время в Эстонии фирмы, предлагающие свои услуги по реновации дома, утверждают, что самым дешевым и лучшим способом снизить теплопотери дома является утепление торцевых стен. По их расчетам, срок окупаемости инвестиций составляет 15-20 лет. По полу ченным нами результатам утепление торцевых стен, а также фасадных стен, экономически нецелесообразно.
При расчетах возможности снижения теплопотерь тор цевых и фасадных стен выяснилось, что утепление боковых ограждающих конструкций принесет ощутимый экономиче ский эффект только в двух случаях: