Методика определения эксплуатационной энергетической характеристики зданий
Для определения эксплуатационной энергетической характеристики зданий используются расчетные формулы, приведенные в разделе 6 настоящего стандарта.
Методика определения эксплуатационной характеристики приведена ниже на двух примерах — проектах жилого здания и средней школы в климатических условиях г. Москвы. Для вычислений использована электронная таблица программы EXCEL 7, которая позволяет производить расчет в автоматическом режиме одновременно для нескольких проектируемых альтернативных вариантов теплозащиты зданий.
Пример расчета для четырех вариантов теплозащиты 17-этажного жилого здания приведен в табл. 15.1. Различия вариантов состоят в следующем:
№ 1 (базисный) — ограждающие конструкции имеют минимально допустимый уровень теплозащиты, определенный по формуле (1) настоящего стандарта; окна с двойным остеклением в деревянных раздельно-спаренных переплетах. Кратность воздухообмена Kp = 1,5 ч-1;
№ 2 — уровень теплозащиты ограждающих конструкций соответствует экономически целесообразному сопротивлению теплопередаче, определяемому по формуле (14) настоящего стандарта; окна с повышенным до 0,43 сопротивлением теплопередаче, Kp = 1,5 ч-1;
№ 3 — уровень теплозащиты ограждающих конструкций соответствует требованиям второго этапа (табл. 16 СНиП II-3-79*), окна с повышенным до 0,55 сопротивлением теплопередаче, Kp=1,5 ч-1;
№ 4 — уровень теплозащиты ограждающих конструкций такой же, как и в варианте № 1, но применены новые конструкции энергоэффективных окон с повышенным уровнем теплозащиты за счет использования однокамерного стеклопакета в комбинации с третьим стеклом с селективным теплоотражающим покрытием: кратность воздухообмена снижена до Kp = 1 ч-1 за счет снижения воздухопроницания окон.
Дополнительные энергозатраты на горячее и холодное водоснабжение приняты одинаковыми во всех четырех вариантах.
Итоговые результаты (см. табл. 15.1) используют для сопоставления альтернативных вариантов теплозащиты зданий и выбора из них целесообразного для дальнейшей проработки в целях снижения энергопотребления здания до директивных требований.
Заметим, что вариант № 4 отличается от базисного варианта № 1 лишь применением новых конструкций энергоэффективных окон, что оказалось равноценно утеплению наружных стен до уровня варианта № 2. Помимо этого, вариант № 4 требует меньших капитальных вложений на замену старых конструкций окон при минимальном сроке окупаемости новых (около 5 лет), тогда как при утеплении наружных стен до экономически целесообразного уровня срок окупаемости должен составить менее 10 лет, а второго этапа — более 20 лет при снижении энергопотребления лишь на 5 %.
Полученные на этой стадии результаты расчета позволили установить, что наиболее выгодным по сроку окупаемости оказался вариант № 4, и его следует принять для детальной проработки в целях выявления дополнительных резервов экономии за счет применения (табл. 15.2) в проекте дополнительных энергосберегающих технических решений и мероприятий, перечень и потенциал которых приведены в прил. 16.
Для общественного здания — проекта школы — результаты аналогичных расчетов приведены в табл. 15.4 и 15.5. Различия вариантов состоят в следующем.
Вариант № 1 — наружные ограждающие конструкций имеют минимально допустимый уровень теплозащиты 
, определенный по формуле (1) настоящего стандарта без учета других энергосберегающих технических решений и мероприятий и без учета дополнительных теплопоступлений, т.к. отсутствует индивидуальное автоматическое регулирование теплоотдачи системы отопления.
Вариант № 2 — уровень теплозащиты ограждений повышен до экономически целесообразного сопротивления теплопередаче, определяемого по формуле (14) раздела 2; предусмотрены индивидуальное автоматическое регулирование теплоотдачи системы отопления при учете дополнительных теплопоступлений от солнечной радиации, утилизация теплоты вытяжного воздуха с промежуточным теплоносителем (k эф = 0,5), установки смесителей с левым расположением крана горячей воды и экономичных кранов с регулируемым напором в системе горячего водоснабжения (kh = 0,94).
В табл. 15.3 и 15.4 экономия энергии отнесена к суммарным энергозатратам, включающим энергопотребление как на отопление и вентиляцию, так и на горячее водоснабжение и электроприборы, причем два последних вида затрат приведены непосредственно в основной таблице (15.4), т.к. для общественного здания они имеют большее значение с точки зрения возможностей энергосбережения.
В совокупности результаты, приведенные в табл. 15.1—15.4, составляют содержание технического паспорта проекта здания.
1. Технический паспорт жилого здания серии П44/17
Таблица 15.1 — Характеристики альтернативных вариантов теплозащиты здания
| 1. Исходные данные | ||||||||||
| Характеристика отопительного периода, тыс. градусо-часов | 120,6 | |||||||||
| Расчетная температура (г. Москва): |
| |||||||||
| наружного зимнего воздуха, °С | -28 | |||||||||
| внутреннего воздуха, °С | 20 | |||||||||
| Площадь, м2: |
| |||||||||
| наружных стен | 7845 | |||||||||
| пола 1-го этажа | 987 | |||||||||
| чердачного перекрытия | 987 | |||||||||
| окон и балконных дверей | 1713 | |||||||||
| Отапливаемая площадь, м2 | 11111 | |||||||||
| Отапливаемый объем, м3 | 44844 | |||||||||
| 2. Варианты теплозащиты ограждений оболочки здания | ||||||||||
| Варианты теплозащиты | Условное обозначение | Сопротивление теплопередаче, м2·°С/Вт | ||||||||
| наружн. стен | чердач. перекр. | пола 1-го этажа | окон | инфильтрация | ||||||
| № 1 — минимально допустимый по формуле (1) |
| 1 | 1,33 | 2,39 | 0,39 | |||||
| № 2 — экономически целесообразный | R2 | 1,8 | 2,5 | 2,39 | 0,43 | |||||
| № 3 — этап 2 СНиП II-3-79* | R3 | 3,2 | 3,5 | 2,39 | 0,55 | |||||
| № 4 — то же, что и № 1 с энергоэффективными окнами | R4 | 1 | 1,33 | 2,39 | 0,68 | |||||
| 3. Энергопотребление здания за один отопительный период, МВт·ч/год | ||||||||||
| По варианту № 1 при Kp = 1,5 | Q1 | 1069 | 90 | 50 | 599 | 1692 | ||||
| По варианту № 2 при Kp = 1,5 | Q2 | 594 | 48 | 50 | 543 | 1692 | ||||
| По варианту № 3 при Kp = 1,5 | Q3 | 334 | 34 | 50 | 425 | 1692 | ||||
| По варианту № 4 при Kp = 1 | Q4 | 1069 | 90 | 50 | 343 | 1128 | ||||
| Дополнительные энергозатраты на инфильтрацию при кратности воздухообмена Kp, 1/ч | Kp = 1 |
| 1128 | |||||||
| Kp = 1,5 |
| 1692 | ||||||||
| 4. Суммарные энергозатраты здания по вариантам теплозащиты | ||||||||||
| № 1-Q1 | № 2-Q2 | № 3-Q3 | № 4-Q4 |
| ||||||
| За отопительный период, МВт·ч/год | 3500 | 2927 | 2535 | 2680 |
| |||||
| Удельные энергозатраты, кВт·ч/(м2·год) | 315 | 263 | 228 | 241 |
| |||||
| в процентах к вар. № 1 | 100 | 84 | 72 | 77 |
| |||||
| Дополнительные капвложения, $/м2 | 0 | 16 | 60 | 11 | — | — | ||||
| Стоимость сэкономл. теплоты, $/(м2·год) | 0 | 1,56 | 2,55 | 2,22 | — | — | ||||
| Срок окупаемости дополнительных капиталовложений t, лет | 0 | 10 | 23 | 5 | — | — | ||||
Таблица 15.2 — Эксплуатационная энергетическая характеристика жилого здания
| К детальной разработке принят вариант № 4 (см. табл. 15.1) | Потребление энергии по варианту № 4 | |
| кВт·ч/(м2·год) | % | |
| 241 | 100 | |
| 1. Энергозатраты на системы отопления и вентиляции | ||
| Дополнительно принятые энергосберегающие технические решения | Экономия энергии в варианте № 4 | |
| 1.1. Утепление несветопрозрачных наружных ограждений | 21 | 9 |
| 1.2. Оптимизация объемно-планировочных решений | — | — |
| 1.3. Энергоэффективные конструкции окон: | ||
| от повышения теплозащитных качеств | 5 | 2 |
| от снижения инфильтрации | 39 | 16 |
| 1.4. Остекление лоджий | 5 | 2 |
| 1.5. Поквартирное регулирование отпуска теплоты | 14 | 6 |
| 1.6. Поквартирный автоматический учет потребления теплоты | 14 | 6 |
| 1.7. Дополнительные теплопоступления от людей и бытовых приборов | 67 | 28 |
| 1.8. Дополнительные теплопоступления от солнечной радиации через окна | 21 | 9 |
| Итого | 121 | 78 |
| Всего энергозатраты в варианте № 4 | 71 | 22 |
| 2. Энергозатраты других инженерных систем | ||
| 2.1. Горячего и холодного водоснабжения | 93 | — |
| 2.2. Электроснабжения | 24 | — |
| Всего энергопотребление здания | 188 | |
2. Технический паспорт здания школы (типовой проект 221-1-25-387)
Таблица 15.3 — Характеристики альтернативных вариантов теплозащиты здания школы
| Параметр | Ед. изм. | Значение | |
| вариант 1 | вариант 2 | ||
| 1. Исходные данные | |||
| Площадь остекления | м2 | 464 | |
| Площадь наружных стен (без окон) | м2 | 1014 | |
| Площадь покрытия | м2 | 1397 | |
| Площадь перекрытия над техподпольем | м2 | 1397 | |
| Отапливаемая площадь | м2 | 2794 | |
| Отапливаемый объем | м3 | 10102 | |
| Средняя температура внутреннего воздуха | °С | +20 | |
| Средняя температура нар. воздуха за отоп. период | °С | -3,1 | |
| Продолжительность отопительного периода | сут | 214 | |
| Характеристика отопительного периода | тыс. градусо-часов | 118,6 | |
| Суммарная площадь наружных ограждений | м2 | 4272 | |
| 2. Варианты теплозащиты ограждений оболочки здания | |||
| Сопротивление теплопередаче стен | м2·°С/Вт | 0,92 | 2,77 |
| То же, покрытия | м2·°С/Вт | 1,66 | 3,70 |
| То же, перекрытия над техподпольем | м2·°С/Вт | 1,38 | 3,25 |
| То же, окон | м2·°С/Вт | 0,42 | 0,54 |
| 3. Энергопотребление здания за один отопительный период | |||
| Трансмиссионные теплопотери | МВт·ч/год | 538,8 | 273,9 |
| Эффективная кратность воздухообмена | ч-1 | 0,86 | 0,52 |
| Энергозатраты на подогрев воздуха для вентиляции | МВт·ч/год | 340,0 | 205,6 |
| Норма расхода горячей воды в средние сутки | л/сут | 1333 = 3,4 · 392 | |
| Коэффициент снижения расхода горячей воды | — | 1 | 0,94 |
| Энергозатраты на горячее водоснабжение | МВт·ч/год | 18,2 | 17,1 |
| Мощность эл. приводов инженерных систем | кВт | 20 | |
| Коэффициент спроса для электроприводов | — | 0,5 | |
| Энергопотребление эл. приводами инж. систем | МВт·ч/год | 21,4 | |
| Мощность освещения и электроприборов | кВт | 86,2 | |
| Коэфф. спроса для освещения и эл. приборов | — | 0,76 | |
| Эл. потребление на освещение и электрическими приборами | МВт·ч/год | 140,2 | |
| Быт. теплопоступления на 1 м2 отапл. площади | Вт/м2 | 14,9 | |
| Бытовые тепловыделения | МВт·ч/год | 213,1 | |
| Теплопоступления от солн. радиации через окна | МВт·ч/год | 72,2 | 80,9 |
| Суммарные теплопоступления | МВт·ч/год | — | 294,0 |
| 4. Суммарные энергозатраты здания по вариантам теплозащиты | |||
| Энергетическая эксплуатац. характеристика | кВт·ч/(м2·год) | 378,9 | 130,4 |
Таблица 15.4 — Энергетическая эксплуатационная характеристика здания школы
| К детальной разработке принят вариант № 2 (см. табл. 15.1) | Потребление энергии по варианту № 1 | |
| кВт·ч/(м2·год) | % | |
| 378,9 | 100 | |
| Дополнительно принятые энергосберегающие технические решения | Экономия энергии в вар. № 2 | |
| 1.1. Утепление несветопрозрачных наружных ограждений | 81,7 | 21,6 |
| 1.2. Оптимизация объемно-планировочных решений | — | — |
| 1.3. Энергоэффективные конструкции окон: | ||
| от повышения теплозащитных качеств | 12,9 | 3,4 |
| от снижения инфильтрации | 4,1 | 1,1 |
| 1.4. Утилизация теплоты вытяжного воздуха | 44,3 | 11,7 |
| 1.5. Установка смесителей с левым расположением крана горячей воды и кранов с регулируемым напором | 0,4 | 0,1 |
| 1.6. Дополнительные теплопоступления от людей и бытовых приборов | 76,2 | 20,1 |
| 1.7. Дополнительные теплопоступления от солнечной радиации через окна | 28,9 | 7,6 |
| Итого: | 248,5 | 65,6 |
| Всего энергозатраты в вар. № 2 | 130,4 | 34,4 |
Таблица 15.4а — Средние значения ожидаемого срока окупаемости, лет, энергосберегающих низкопотенциальных мероприятий, используемых в табл. 15.3
| Мероприятие | Утепление несветопрозрачных ограждений | Замена остекления (двойного — тройным) | Теплоутилизация с низкопотенциальной тепловой энергией | Установка термоклапанов в системе отопления |
| Ожидаемый срок окупаемости, лет | до 11 | 3-10 | 2,3-3 | 3-4,5 |
Таблица 15.5 — Коэффициент спроса kсп на электроэнергию*
| Потребитель | Коэффициент спроса k сп | ||||||||||||||||||
| Лифты | Для домов высотой, этажей | ||||||||||||||||||
| При числе лифтовых установок: | до 12 | 12 и свыше | |||||||||||||||||
| 2-3 | 0,8 | 0,9 | |||||||||||||||||
| 4-5 | 0,7 | 0,8 | |||||||||||||||||
| 6 | 0,65 | 0,75 | |||||||||||||||||
| 10 | 0,5 | 0,6 | |||||||||||||||||
| 20 | 0,4 | 0,5 | |||||||||||||||||
| 25 и свыше | 0,35 | 0,4 | |||||||||||||||||
| Освещение в организациях, предприятиях | При мощности рабочего освещения, кВт | ||||||||||||||||||
| До 5 | 10 | 15 | 25 | 50 | 100 | 200 | 400 | св. 500 | |||||||||||
| Гостиницы, санатории, дома отдыха | 1 | 0,8 | 0,7 | 0,6 | 0,5 | 0,4 | 0,35 | 0,3 | 0,3 | ||||||||||
| Предприятия общественного питания, детские ясли-сады | 1 | 0,9 | 0,85 | 0,8 | 0,75 | 0,7 | 0,65 | 0,6 | 0,5 | ||||||||||
| Офисные и учебные здания, предприятия бытового обслуживания и торговли | 1 | 0,95 | 0,9 | 0,85 | 0,8 | 0,75 | 0,7 | 0,65 | 0,6 | ||||||||||
| Проектно-конструкторские и научно-исследовательские организации | 1 | 1 | 0,95 | 0,9 | 0,85 | 0,8 | 0,75 | 0,7 | 0,65 | ||||||||||
| Актовые и конференц-залы, спортзалы | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | — | — | — | ||||||||||
| Клубы | 1 | 0,9 | 0,8 | 0,75 | 0,7 | 0,65 | 0,55 | — | — | ||||||||||
| Кинотеатры | 1 | 0,9 | 0,8 | 0,7 | 0,65 | 0,6 | 0,5 | — | — | ||||||||||
| Механическая вентиляция, кондиционеры, насосы |
| ||||||||||||||||||
| При удельном весе мощности инженерного оборудования в общей мощности силовых электроприемников, %: | При числе электроприемников | ||||||||||||||||||
| 2 | 3 | 5 | 8 | 10 | 15 | 20 | 30 | 50 | 100 | 200 | |||||||||
| 100-85 при единичной мощности > 30 кВт | 1 (0,8) | 0,9 (0,75) | 0,8 (0,7) | 0,75 | 0,7 | 0,65 | 0,65 | 0,6 | 0,55 | 0,55 | 0,5 | ||||||||
| 84-75 | — | — | 0,75 | 0,7 | 0,65 | 0,6 | 0,6 | 0,6 | 0,55 | 0,55 | 0,5 | ||||||||
| 74-50 | — | — | 0,7 | 0,65 | 0,65 | 0,6 | 0,6 | 0,55 | 0,5 | 0,5 | 0,45 | ||||||||
| 49-25 | — | — | 0,65 | 0,6 | 0,6 | 0,55 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,45 | 0,45 | ||||||||
| 24 и менее | — | — | 0,6 | 0,6 | 0,55 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,45 | 0,45 | 0,4 | ||||||||
* Данные главы 4 ВСН 59-88.
Таблица 15.6 — Удельная нагрузка n з на освещение общественных зданий*
| № п.п. | Здания | Единица измерения | Уд. нагрузка nз, кВт/ед. измер. |
| Предприятия общественного питания полностью электрифицированные с числом мест: | |||
| 1 | до 400 | кВт/место | 0,9 |
| 2 | св. 500 до 1000 | то же | 0,75 |
| 3 | св. 1100 | » | 0,65 |
| С плитами на газообразном топливе с числом мест: | |||
| 4 | до 400 | » | 0,7 |
| 5 | св. 500 до 1000 | » | 0,6 |
| 6 | св. 1100 | » | 0,5 |
| 7 | Продовольственные магазины | кВт/м2 торгового зала | 0,2 |
| 8 | Промтоварные магазины | то же | 0,12 |
| Общеобразовательные школы: | |||
| 9 | с электрифицированными столовыми и спортзалами | кВт/1 учащегося | 0,22 |
| 10 | без электрифицированных столовых, со спортзалами | то же | 0,15 |
| 11 | с буфетами, без спортзалов | » | 0,15 |
| 12 | без буфетов и спортзалов | » | 0,13 |
| 13 | Профессионально-технические училища со столовыми | » | 0,4 |
| 14 | Детские ясли-сады | кВт/место | 0,4 |
| 15 | Кинотеатры и киноконцертные залы | то же | 0,1 |
| 16 | Клубы | » | 0,4 |
| 17 | Парикмахерские | кВт/рабочее место | 1,3 |
| 18 | Учреждения офисные, проектные и конструкторские | кВт/м2 общей площади | 0,036 |
| 19 | Гостиницы | кВт/место | 0,3 |
| 20 | Дома отдыха и пансионаты | то же | 0,3 |
| 21 | Фабрики химчистки и прачечные самообслуживания | кВт/кг вещей | 0,065 |
| 22 | Пионерские лагеря | кВт/м2 жилых помещений | 0,020 |
* Данные главы 4 ВСН 59-88.
ПРИЛОЖЕНИЕ 16
Потенциал энергосберегающих технических решений и мероприятий
(экспертная оценка)
| № п.п. | Системы энергопотребления зданий | Снижение энергозатрат, %, не менее |
| 1. Объемно-планировочные решения | ||
| 1.1 | Рациональная ориентация зданий по сторонам света с учетом розы ветров и солнечной радиации | 3 |
| 1.2 | Минимизация периметра фасадов зданий (Fстен/V®min) при исключении излишней изрезанности фасадов | 3 |
| 1.3 | Использование пассивных гелиосистем, в том числе остекления балконов и лоджий | 5 |
| 1.4 | Дополнительное утепление наружных стен в подоконных нишах с установкой теплоотражающих экранов | 1 |
| 1.5 | Дополнительное секционирование входных тамбуров, герметизация притворов, утепление входных и квартирных дверей | 3 |
| 1.6 | Утепление коробок наружных дверей, окон и балконных дверей с устройством наружных четвертей и утеплением откосов | 3 |
| 2. Системы центрального отопления | ||
| 2.1 | Установка теплосчетчиков в тепловых пунктах | 10 |
| 2.2 | Установка термостатов на радиаторах | 3 |
| 2.3 | Пофасадное регулирование и программный отпуск теплоты | 5 |
| 2.4 | Установка квартирных счетчиков потребления теплоты | 5 |
| 2.5 | Замена радиаторов конвекторами с встроенными вентиляторами | 5 |
| 2.6 | Применение систем лучистого отопления | 5 |
| 2.7 | Применение систем воздушного отопления | 5 |
| 3. Система вентиляции | ||
| 3.1 | Применение систем принудительной вытяжной вентиляции с рекуперацией теплоты при помощи ТНУ и использованием теплоты на нужды ГВС | 10 |
| 3.2 | Применение полуавтоматических клапанов на притоке и вытяжке при естественной гравитационной системе вентиляции | 5 |
| 3.3 | Снижения притока холодного инфильтрующегося воздуха при замене старых окон энергоэффективными конструкциями | 15 |
| 4. Система водоснабжения | ||
| 4.1 | Установка расходомеров для поквартирного учета расхода воды | 5 |
| 4.2 | Установка стабилизатора давления (при учете снижения на 1 атм) | 5 |
| 4.3 | Установка экономичных душевых сеток и водоразборной арматуры | 5 |
| 4.4 | Установка двухсекционных раковин, двухрежимных сливных бачков | 5 |
| 4.5 | Изоляция циркуляционных трубопроводов горячей воды | 3 |
| 4.6 | Использование теплоты вентиляционных выбросов на нужды ГВС при помощи ТНУ | 5 |
| 4.7 | Использование смесителей с автотерморегуляторами | 2 |
| 5. Система канализации | ||
| 5.1 | Разделение хозяйственных и фекальных вод с рекуперацией теплоты при помощи ТНУ (теплонасосных установок) | 5 |
Нормативные документы, на которые даны ссылки в стандарте СТО 001-2005
СНиП 10-01-94 Система нормативных документов в строительстве. Основные положения (отменены).
СНиП 23-01-99* Строительная климатология
СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий
СНиП 31-01-2003 Здания жилые многоквартирные
СНиП 2.04.01-85* Внутренний водопровод и канализация зданий
СНиП 2.08.02-89* Общественные здания и сооружения
СНиП 2.10.03-84 Животноводческие, птицеводческие и звероводческие здания и помещения
СНиП II-3-79* Строительная теплотехника (отменены)
ГОСТ 12.1.005—88 ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны
ГОСТ 26253—84 Здания и сооружения. Метод определения теплоустойчивости ограждающих конструкций
ГОСТ 30494—96 Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях
ВСН 59-88 Электрооборудование жилых и общественных зданий
Список литературы
1. Фокин К.Ф. Строительная теплотехника ограждающих конструкций. — М., 1973.