Системы отопления

Печать PDF

Требования к зданиям и системам отопления

Рассмотрим основополагающие предпосылки проектирования энергоэффективных зданий.

  1. Приоритетность при выборе энергосберегающих технологий имеют технические решения, одновременно способствующие улучшению микроклимата помещений. Главная идея экономии энергии, сформулированная экспертами МИРЭК (Мировая энергетическая конференция) в середине 70-х годов прошлого века, заключается в том, что энергоресурсы могут быть использованы более эффективно путём применения мер, которые осуществимы технически, обоснованы экономически, а также приемлемы с экологической и социальной точек зрения, т.е. вызывают минимум изменений привычного образа жизни. Реализуя эту идею, многие страны уже в начале 80-х годов добились существенных результатов - количество потребляемой энергии на теплоснабжение снизилось. Однако в середине 80-х годов в оркестре энергосбережения всё громче и громче начинает звучать мелодия качества микроклимата. К началу 90-х эта мелодия становится ведущей: наибольшую ценность имеют только такие мероприятия по энергосбережению, которые одновременно способствуют повышению комфортности микроклимата в помещениях. Очевидно, что в первой половине XXI века только такие меры будут иметь всё большую значимость, ценность, потребность и реализуемость. Мировая энергетическая конференция - одна из авторитетнейших международных неправительственных организаций энергетического профиля, созданная в 1924 г, в ее состав входят национальные комитеты 80 стран.

  2. Здание является единой энергетической системой, все элементы которой - ограждающие конструкции, системы отопления, вентиляции, кондиционирования, тепло-энергоснабжения - взаимосвязаны. Следовательно, энергоэффективное здание - это совокупность архитектурных и инженерных решений, наилучшим образом отвечающих целям минимизации расходования энергии на обеспечение микроклимата в помещениях. Одним из главных ограничивающих условий в этой совокупности архитектурных и инженерных решений должна быть приоритетность энергосберегающих решений при одновременном повышении комфортности микроклимата в помещениях. Под последним понимают такой микроклимат, при котором каждый из нас получает из окружающей среды и отдаёт в неё вырабатываемое в организме тепло при минимальном напряжении системы терморегуляции. Благодаря этому обеспечивается его оптимальное тепловое состояние, субъективно оцениваемое как приятное и комфортное. Объективно оно характеризуется постоянной температурой тела и высоким уровнем физической и умственной работоспособности.

  3. Энергосберегающая политика XXI века должна быть основана на применении технологий, использующих нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. Температура воздуха и относительная влажность являются основными факторами в комплексе метеорологических условий, определяющих теплообмен и тепловое равновесие организма и внешней среды. Несмотря на относительно широкую биологическую приспособляемость человека, его способность к уравновешиванию со средой ограничена сравнительно небольшим диапазоном колебаний метеорологических условий. При мышечном покое человек чутко реагирует на сравнительно незначительные колебания метеорологических факторов, вызывающих в организме определенные физиологические сдвиги, которые могут неблагоприятно сказываться на общем состоянии, самочувствии и способностях человека. Хотя эти физиологические сдвиги и являются по своему характеру компенсаторными и защитно-приспособительными реакциями организма, тем не менее, нельзя считать, что длительное и максимальное использование этих реакций безразлично для организма и может обеспечить оптимальные условия его жизнедеятельности.

Дискомфортные условия микроклимата в ряде случаев могут привести не только к ухудшению самочувствия и снижению работоспособности человека, но и вызвать у него ряд патологических явлений в результате охлаждения или перегревания. Установлено, что число несчастных случаев увеличивается при отклонении температуры от оптимальной на 3-5°С. Поэтому обеспечение теплового комфорта в жилых и общественных помещениях, при котором центральная нервная система человека получает наименьшее количество термических экстероцептивных раздражений, является важной гигиенической задачей. К конструкции нагревательных приборов предъявляются санитарно-гигиенические, архитектурные и эстетические требования. Внешний вид приборов должен гармонировать с интерьерами помещений, конструкция и отделка нагревательного прибора не должны затруднять его очистку и обеззараживание. Особенно велики требования к приборам, устанавливаемым в лечебно-профилактических учреждениях, жилых и общественных зданиях, детских дошкольных учреждениях, школах.

Среди систем прямого электрического отопления наиболее перспективными являются такие системы, которые позволяют с минимальными затратами энергии обеспечить повышенные условия комфортности микроклимата в отапливаемом помещении при одновременном улучшении экологии жилища

 По данным теплофизических и физиолого-гигиенических исследований микроклимата помещений, наиболее оптимальная температура внутри помещения, воспринимаемая людьми как комфортная, не постоянна в течение года, а меняется в зависимости от наружной температуры и от того, какую температуру воспринимает организм человека: радиационную (температуру поверхности ограждающих конструкций и предметов) или внутреннего воздуха. Гигиеническим требованиям более всего отвечает система отопления, нагревательные приборы которой имеют относительно невысокую температуру поверхности (50-80°С), что предупреждает тепловой дискомфорт, связанный с повышением температуры окружающих ограждений выше температуры тела.

С учетом отмеченного, необходимо проведение комплексных исследований, образовательных и разъяснительных мероприятий среди населения, застройщиков и проектировщиков. При этом, в первую очередь, необходимо обратить особое внимание на экологию тепла в школах, детских дошкольных учреждениях, больницах и здравницах.

Керамический биоэлектроконвектор «Экология» относится к системам прямого электроотопления.

Повсеместное внедрение керамического биоэлектроконвектора «Экология» одновременно решит вопросы отопления и экологии, что повлечет за собой уменьшение глобального парникового эффекта, поскольку отопление с помощью керамических биоэлектроконвекторов, в принципе, свободно от проблем,  связанных с сжиганием в   непосредственной близости от жилых помещений какого-либо вида топлива и применением каких-либо теплоносителей. 

 Электро- и пожаробезопасность, а также надёжность и долговечность позволяют устанавливать такую систему отопления в общественных местах. Использование в конструкции электроконвектора последних энергетических технологий позволяет увеличить срок службы неограниченно (более 25 лет).

  Система отопления  с биоэлектроконвектором характеризуется:


- малой потребляемой мощностью;

- отсутствием эксплуатационных расходов;

- минимальными потерями энергии в коммуникациях;

- минимальной величиной тепловой инерции нагревательных приборов системы;

- возможностью локального изменения температуры в системе обогрева;

- наличием системы регулирования температурного режима отапливаемого  помещения;

-построением системы отопления с минимально возможным количеством  материалов и комплектующих. 

Печать PDF

Методика расчёта отопления помещений

Расчёты удельной энергоёмкости системы отопления, проводимые при проектировании зданий, осуществляются по правилам, характерным для российской практики проектирования, учёт которых необходим при вычислении требуемого значения удельной энергоёмкости системы отопления. При этом подходе проектируемое здание сравнивается по показателю удельного количества тепла, потреблённого системой отопления здания за отопительный период и отнесённое к 1 м2 общей площади квартир (удельная энергоёмкость системы отопления), который определяется путем выбора теплозащитных свойств оболочки здания и типа, эффективности и метода авторегулирования принятых систем отопления и вентиляции с рекомендуемым значением. Такой подход известен за рубежом, в частности, он принят в Германии по Постановлению о тепловой защите 1995 года, где приводятся рекомендуемые значения удельной энергоёмкости системы отопления в зависимости от компактности здания.

Решая задачу оптимизации энергоэффективности здания при проектировании, определяют показатели архитектурных и инженерных решений здания, обеспечивающих минимизацию расхода энергии на создание микроклимата в помещениях здания. Однако, существующие строительные нормы и правила (СНиП) и санитарно-гигиенические нормы ориентированы на использование систем традиционного отопления с использованием в качестве теплоносителя горячей воды.
 
Ниже приведена упрощённая методика расчётов по определению установленной мощности (Руст)  электрического отопления для типовых жилых помещений с высотой потолков 2,5-3,0 м.
 
Исходными данными для проведения расчётов являются: температура в помещении:   + 18°С  при внешней температуре  -26°С.


Руст - максимальная нагрузка на электросеть при длительных морозах равна максимальному часовому расходу тепла на отопление Qh

Руст = Ро x S x Кет x Кнст x Кок x Кэт x Кдв,  (кВт),    

где, Ро,   (кВт)   -   удельная   расчётная   мощность   при    отоплении помещений:

- для Юга  Ро=0,02;

- для средней полосы  Ро=0,03;

- для северных территорий  Ро=0,04 - 0,05.

S - площадь отапливаемого помещения, м2.

Кет - коэффициент теплопотерь через стены помещения:

- стены бетонные панельные, блочные и кирпичные в 1,5 кирпича - Кет = 1,25-1,5;

- стены бревенчатые, брусовые - Кет = 1,25;

- стены кирпичные в 2,5 кирпича - Кет = 1,1;

- стены пенобетоннные с повышенной теплоизоляцией - Кет = 1

Кнст - коэффициент, учитывающий количество наружных стен помещения:

- одна наружная стена - Кнст = 1;

- две наружных стены - Кнст =1,15;

- внутреннее помещение - Кнст = 0,1 - 0,3

Кок - коэффициент, учитывающий теплопотери через окна помещения:

Кок = 1 + р x sok,

где,    sok - площадь окна, м2;

р = 0,2 для обычного типового окна со спаренной рамой, р = 0,1 для окна с однокамерным стеклопакетом, р = 0,07 для окна с двухкамерным стеклопакетом.

Кэт - коэффициент, учитывающий теплопотери 1-го и последнего этажей помещения:


1-й / последний этажи - Кэт = 1,3 / 1,1;

2-й и более этаж - Кэт = 1,0

Кдв - коэффициент теплопотерь через входную (балконную) дверь:
- если входная дверь граничит с отапливаемым помещением - Кдв = 1;

- если входная (балконная) дверь выходит на улицу - Кдв = 1,2 - 1,4.

Для примера рассчитаем установленную мощность и потребление энергии на отопление для отдельно стоящего жилого дома S=74 м2, расположенного  в г.Бишкек.
Дом кирпичный; высота потолка – 2,65 м, четыре окна типовые со спаренной рамой размером 1,0м х 1,3м.
Ро=0,02; S = 74 м2; Кет = 1,5;  Кнст - 1,15; Кок = 1 +4 x 0,2 x 1,0 x 1,3= 1,04;  Кэт – 1,3; Кдв = 1,3
Руст = 0,02 x 74 x 1,5 x 1,15 x 1,04 x 1,3 x 1,3 = 10 (кВт)
Удельный расход тепла на отопление qh=Руст/ S =10000/74= 135 Вт/м2.
Выводы: для обогрева испытуемого жилого дома традиционными  электроприборами прямого отопления потребуется 10 кВт электроэнергии в час.
 
Расчет теплопроизводительности биоэлектроконвекторов «Экология»

Приведем информацию об биоэлектроконвекторах «Экология», установленных в испытуемом жилом доме (Акт от 15.03.2011 г.):
 
Таблица 1. Данные о биоэлектроконвекторах «Экология», установленных в испытуемом жилом доме
 

Марка

биоэлектроконвектора

"Экология"

Кол-во, шт.

 Расчетная

потребляемая

мощность,

кВт/час

Фактический максимальный расход электроэнергии на отопление кВт/час

Площадь жилого дома, м2

Фактический удельный расход электроэнергии, кВт/ м2

ЭВП 0,3

 2

 0,6

 

 

 

ЭВП 0,38

 3

 1,14

 

 

 

ЭВП 0,2

 4

 0,8

 

 

 

 Всего

 9

 2,54

 2,19

 74

 0,03

 
Выводы: для отопления испытуемого жилого дома отопительными биоэлектроконвекторами «Экология» потребовалось 2,19 кВт электроэнергии в час, что в 4,5 раза меньше, чем традиционными электроприборами.

Расчет теплопроизводительности 1 керамической трубы
Рассчитаем  общее количество керамических труб, установленных в испытуемом доме:
ЭВП 0,3  -  2 шт.х 8 =16 шт.
ЭВП 0,38 - 3 шт.х 10=30 шт.
ЭВП 0,2  -  4 шт.х 6 =24 шт.
                Всего:      70 шт.
Согласно методики расчета, для обогрева испытуемого дома требуются 10 кВт.
Теплопроизводительность 1 трубы: 10000 Вт/70 шт. = 140 Вт

Расчет теплопроизводительности биоэлектроконвекторов «Экология»

Таблица 2. Данные по теплопроизводительности биоэлектроконвекторов «Экология»

Марка биоэлектро

конвекторов "Экология"

Кол-во керамических труб, шт.

 

Теплопроизво

дительность одной керамической трубы, Вт

Теплопроизво

дительность одного биоэлектро

конвектора, Вт

Теплопроизво

дительность одного биоэлектро

конвектора, ккал/час

ЭВП 0,14

4

 140

560

496

ЭВН 0,14

4

140

560

496

ЭВП 0,21

6

140

840

744

ЭВН 0,21

6

140

840

744

ЭВП 0,30

8

140

1120

992

ЭВН 0,30

8

140

1120

992

ЭВП 0,38

10

140

1400

1239

ЭВН 0,38

10

140

1400

1239

ЭВП 0,40

12

140

1680

1487

ЭВН 0,40

12

140

1680

1487

Сравнительный анализ срока окупаемости новой системы отопления по Акту от 15.03.2011 г. обследования жилого дома, расположенного в г. Бишкек.


 Таблица 3. Данные о расходе газа на отопление  

Расчетный расход газа на 1 м2 

 отапливаемой площади по КР, м3 /год

Общее расчетное кол-во газа на площадь S=74 м2 ,

м3 /год

 

Тариф за 1 м3

газа, сом

Сумма за газовое отопление, сом/год

24

1776

14,5

25752

 

Таблица 4. Данные о расходе электроэнергии при традиционном прямом электроотоплении (теплые полы, электроконвекторы, электрорадиаторы и т.п.) согласно Методике расчета отопления помещений

Расчетный расход электроэнергии на отопление по испытуемому дому S=74 м2 , кВт/час

Расход электроэнергии на отопление по испытуемому дому, кВт/год

 

Тариф за 1 кВт, сом

Сумма за электроотопление, сом/год

10

37680

0,7

26376

 

Таблица 5. Данные о расходе электроэнергии при прямом электроотоплении биоэлектроконвекторами "Экология"

Расчетный расход электроэнергии на отопление по испытуемому дому S=74 м2 , кВт/час

Расход электроэнергии на отопление по испытуемому дому, кВт/год

 

Тариф за 1 кВт, сом

Сумма за электроотопление, сом/год

2,19

8252

0,7

5777

 

Таблица 6. Данные о сроках окупаемости отопления на основе биоэлектроконвекторов  "Экология"

Расходы

на оборудо

вание и монтажные работы (газ),сом

Расходы на оборудование и монтажные

работы(прямое электроотпление традиционное),сом

Расходы на оборудование и монтажные работы (прямое электроотпление биоэлектро-

конвектор "Экология"), сом

Разница между стоимостью

оборудования и монтажными работами (3 и 2)

Разница в оплате суммы за отопление (таб.1 и таб.3), сом/год

Разница в оплате суммы за отопление (таб.2 и таб.3), сом/год

Макс. срок окупаемости: (4)/(5)или (4)/(6), год

1

2

3

4

5

6

7

64420

65000

125000

60000

19975

20599

3,0

  Выводы. За счет экономии  текущих расходов за электроэнергию или газ, срок окупаемости новой системы отопления – 3 года. Учитывая, что срок службы биоэлектроконвекторов «Экология» более 25 лет, то экономия составит: 20599 сом х 22 года = 453000 сома. Срок службы системы отопления на основе газа и электроэнергии -  10 лет, то есть возникают дополнительные затраты на приобретение нового оборудования в размере 65000 сом. Общая сэкономленная сумма за срок эксплуатации биоэлектроконвекторов  «Экология» - 518000 сом.

Печать PDF

 Комплексная система прямого электроотопления  биоэлектроконвекторами «Экология» с автономной системой электропитания на кремниевых фотоэлементах

Основным источником энергии для всего мира стали ископаемые виды топлива: уголь, нефть, природный газ. При сжигании ископаемого топлива  не только истощаются ресурсы полезных ископаемых, но и происходит выброс в атмосферу большого количества загрязнений, в том числе и углекислого газа. Избыток углекислого газа приводит к глобальному потеплению и изменению климата. Заботы об экологической и биологической безопасности побудили искать более чистые методы получения энергии из возобновляемых источников и экологически чистое энергоэкономичное альтернативное отопление.

Экологическое загрязнение влияет на  животный мир и человека, т.к. здоровье человека и животных зависит от среды обитания. Поэтому так важно освоить новые возобновляемые альтернативные ресурсы энергии, которые не оказывают неблагоприятного воздействия на окружающую среду.

Возобновляемые ресурсы – это источники, которые не обедняются при добыче   из них энергии.   К таким источникам относятся излучения Солнца. Ежедневно на Землю излучается огромное количество солнечной энергии. По некоторым  оценкам, количество солнечной энергии, попадающей на поверхность Земли, в 20000 раз превышает потребность планеты в электричестве. В настоящее время наиболее известными и эффективными для улавливания солнечно-световой  энергии являются фотоэлектрические элементы.  


Рис.1 Модули  фотоэлементов на крыше  



Фотоэлементы ФЭП (англ: Photovoltaics PV) – это прямое преобразование солнечного света в электричество.
Фотоэлементы были разработаны для питания спутников и космических зондов, но сейчас их можно найти повсюду: от калькулятора до экспериментальных автомобилей. Фотоэлементы – неиссякаемые, экологически чистые полупроводниковые устройства, состоящие из кремния, легированного другими элементами. Полупроводниковые фотоэлементы объединяются в модуль, обеспечивающий защиту их от воздействия окружающей среды. Они изготавливаются из аморфного и монокристаллического кремния. Срок службы из аморфного кремния – 7 лет, из монокристаллического - более 20-30 лет. Стоимость фотоэлементов из аморфного кремния за 1 Вт вырабатываемой энергии – $1-3, монокристаллического – $4-7. Рядом стран (Германия, США, Япония, Оман, Египет и др.) приняты стимулирующие программы развития систем солнечной энергетики (кремниевых фотоэлементов).

В связи с появлением на рынке электроотопительных систем  на основе биоэлектроконвекторов «Экология», которые успешно можно применять в качестве одной из самых энергоэкономичных альтернативных систем прямого  электроотопления,  фотоэлементы могут стать основным источником автономного электропитания жилых и административных зданий.

Кроме того, фотоэлементы в комплексе с биоэлектроконвекторами «Экология» сохраняют чистоту окружающей среды за счет уменьшения традиционной выработки электроэнергии, а это способствует уменьшению парникового эффекта и оздоровлению  среды обитания человека.