Теплозащита здании и сооружений - экономический подход

ТЕПЛОЗАЩИТА ЗДАНИИ И СООРУЖЕНИЙ - ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ПОДХОД

Толстова Ю.И.

ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина», Екатеринбург, Россия ytolstova[AT]mail.ru

Одним из направлений энергосбережения является теплозащита зданий и сооружений.

Уровень теплозащиты зданий определяет величину тепловых потерь через наружные ограждения и расход теплоты на отопление и теплоснабжение. В связи с этим в большинстве стран установлены нормы теплозащиты для наружных ограждающих конструкций зданий различного назначения. Количественной характеристикой теплозащиты является сопротивление теплопередаче. Расчёт и выбор значений сопротивлений теплопередаче может производиться по санитарно-гигиеническим, экономическим требованиям или по условиям энергосбережения. Начиная с 2000 года, основным показателем установлено сопротивление теплопередаче по условиям энергосбережения.

Сопротивление теплопередаче по условиям энергосбережения RT принимается по

СП 50.13330.2012.

Теплозащита зданий в зависимости от назначения зданий, вида ограждающей конструкции и показателя суровости климата - величины градусосуток отопительного периода В:

В = (4 - 4т ) Z(№ (1)

где 4 - температура внутреннего воздуха в помещении, °С; - средняя температура наружного воздуха за отопительный период, °С; Zп - продолжительность отопительного периода, сут.

Анализ технических решений и оценка экономических тенденций развития энергетики, выполненный В.Г. Гагариным [1], показал, что дальнейшее повышение уровня теплозащиты зданий не является экономически целесообразным как по инвестиционной привлекательности, так и по эффективности капитальных вложений.

В работах [2, 3] отмечается, что для выбора энергоэффективных решений необходимо учитывать экономические показатели (эксплуатационные расходы, окупаемость), а также энергетический баланс инженерных систем. Анализ целесообразности увеличения толщины утепляющего слоя рассмотрен в работе [4].

В инженерной практике принято оценивать основные решения по экономическим условиям: оптимальному варианту должны соответствовать минимальные затраты финансовых средств. Рассмотрим этот подход применительно к задаче проектирования теплозащиты зданий.

Годовые затраты на поддержание заданных параметров воздушной среды в отапливаемых помещениях (приведенные затраты) складываются из капитальных затрат на устройство теплозащиты наружных ограждающих конструкций и систем отопления и эксплуатационных затрат (затрат на компенсацию теряемого тепла): П = Е-К + Э,

где П - приведенные затраты на теплозащиту, руб./год; Е -коэффициент эффективности капитальных вложений или процентная ставка кредита, 1/год; К - капитальные затраты, руб.; Э - эксплуатационные затраты на компенсацию теряемого тепла, руб./ год.

При увеличении общего сопротивления теплопередаче затраты на устройство теплозащиты наружных ограждений увеличиваются, а затраты на отопление уменьшаются. Сумма этих затрат имеет следующую тенденцию: при увеличении сопротивления теплопередаче суммарные затраты снижаются, а затем увеличиваются. График изменения суммарных затрат имеет минимум, которому соответствует оптимальное значение сопротивления теплопередаче из экономических условий R^ . Решение задачи можно получить графическим путём, задавая разные значения общего сопротивления теплопередаче наружного ограждения R0 и определяя величину затрат К, Э и П.

Академиком В.Н. Богословским [5] было получено аналитическое решение задачи оптимизации теплозащиты с использованием математического подхода из условия, что производная функции П = fR0) в точке минимума равна нулю.

Дифференцирование уравнения (2) при определённых приближениях позволило получить формулу, представляющую зависимость сопротивления теплопередаче от основных параметров - стоимости тепловой энергии ст, стоимости сут и коэффициента теплопроводности утеплителя ^ут, а также продолжительности и средней температуры отопительного периода:

(3)

где Дп - продолжительность отопительного периода, с; ст - стоимость единицы тепла, руб./Дж; ^ут - коэффициент теплопроводности материала утепляющего слоя, Вт/(м-°С);

сут - стоимость утеплителя, руб./м3; n - коэффициент, учитывающий отношение термического сопротивления утеплителя к общему сопротивлению теплопередаче.

Авторами был выполнен анализ основных параметров, входящих в формулу (3). Использовались данные о тарифах региональных энергетических компаний и прайс-листы фирм - производителей теплоизоляционных материалов. Было установлено, что стоимость тепловой энергии значительно различается по регионам России и имеет устойчивую тенденцию роста. В то же время стоимость современных типов утеплителей имеет значения в интервале сут = 2300-3300 руб./м3. Коэффициенты теплопроводности составляют ^ут = 0,034-0,044 Вт/ (м-°С), а различие по регионам России несущественно. В работе [6] представлены значения сопротивлений теплопередаче R^ наружных

стен и покрытий жилых зданий, рассчитанные по экономическим условиям по формуле (3) для основных регионов России. Также приведены значения сопротивлений теплопередаче по условиям энергосбережения R^, принятые по СП в зависимости от показателя В. Установлено, что зависимость сопротивлений теплопередаче R^ и R^ от показателя суровости климата B практически одинакова.

Данные расчётов в настоящее время значения экономически целесообразного сопротивления теплопередаче наружных стен R™ для большинства регионов России близки к рекомендуемым СНиП сопротивлениям теплопередаче по условиям энергосбережения R0н. Однако для покрытий зданий значения сопротивлений теплопередаче R™ значительно превышают экономически целесообразные R*.

Определение нормативного значения сопротивления теплопередаче расчётом позволяет определять уровень теплозащиты зданий с учётом региональных условий и формирования цен на тепловую энергию и теплоизоляционные материалы. При этом основными показателями нормирования являются стоимость тепловой энергии и теплоизоляционных материалов, а также климатологические данные района строительства.

В системах теплоснабжения одним из приоритетных направлений энергосбережения является снижение тепловых потерь при транспортировке энергоносителей. Для реализации этой задачи были переработаны, дополнены и утверждены Строительные нормы и Свод правил СП 61.13330. 2012. Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов.

В соответствии с указаниями действующего нормативного документа расчет тепловой изоляции трубопроводов при подземной канальной прокладке должен производиться по суммарной нормативной линейной плотности теплового потока ql. Значения qi принимаются по таблицам в зависимости от способа прокладки, диаметра трубопровода и среднегодовой температуры теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах. Следует отметить, что приводимые в СП нормативы и значения среднегодовых температур теплоносителя не учитывают климатических особенностей района строительства и являются весьма ориентировочными.

Наиболее обоснованные результаты может дать методика выбора оптимального варианта тепловой изоляции трубопроводов по экономическим условиям, изложенная в учебнике А. А. Ионина и др. [8]. При этом оптимальному варианту должны соответствовать минимальные затраты финансовых средств.

Известно, что тепловая изоляция трубопроводов предназначена для снижения потерь тепла при транспорте теплоносителя. При увеличении толщины теплоизоляционного слоя затраты на материалы и устройство тепловой изоляции увеличиваются, а затраты на компенсацию теряемого тепла уменьшаются. Сумма этих затрат имеет следующую тенденцию: при увеличении толщины теплоизоляционного слоя суммарные затраты снижаются, а затем увеличиваются. Оптимальными будут такие толщины слоёв изоляции подающего и обратного трубопроводов, при которых сумма затрат в уравнении (2) будет минимальной.

Решение задачи можно получить, задавая разные значения толщин тепловой изоляции подающего и обратного трубопроводов и определяя величину затрат К, Э и П. Стоимость тепловой энергии зависит от тарифов, ежегодно устанавливаемых региональными энергетическими компаниями. Что касается стоимости и теплозащитных свойств современных типов тепловой изоляции трубопроводов, то эти показатели зависят от вида материала и определяются производителями.

Выводы

Уровень теплозащиты зданий следует определять исходя из экономических условий, которые являются более комплексным и обоснованным показателем затрат на поддержание заданных параметров воздушной среды отапливаемых зданий различного назначения.

Рекомендации СП 61.13330. 2012. Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов могут быть использованы для приближённых оценок и выбора вариантов конструкций тепловой изоляции трубопроводов тепловых сетей.

При детальном проектировании необходимо учитывать климатические факторы района строительства и региональные тарифы на тепловую энергию. Наиболее обоснованные результаты даёт методика выбора оптимального варианта уровня теплозащиты и тепловой изоляции трубопроводов по экономическим условиям.

Библиографический список

Гагарин В.Г. Макроэкономические аспекты обоснования энергосберегающих мероприятий при повышении теплозащиты ограждающих конструкций зданий // Строительные материалы. 2010. №3. С. 8 - 16.

Кривошеин А.Д., Фёдоров С.В. К вопросу о расчёте приведённого сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций //Инженерно-строительный журнал. 2010. №8. С. 21 - 27.

Прохоров В.И. Эксплуатационные затраты энергии, энергетический баланс инженерных систем здания и окупаемость новых энергосберегающих решений // Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции. Третья Международная научно-техническая конференция: сборник докладов. М.: МГСУ, 2009. С. 30 - 32.

Гринфельд Г.И. Диалектика нормативных требований к сопротивлению теплопередаче ограждающих конструкций // Жилищное строительство. 2012. № 1. С. 22 - 24.

Богословский В.Н. Строительная теплофизика (теплофизические основы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха) / В.Н. Богословский. Санкт - Петербург: изд. АВОК Северо - Запад, 2006. 400 с.

Толстова Ю.И., Михалап М.А., Комкова М.Г. Оптимизация теплозащиты зданий // Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции. Пятая Международная научно-техническая конференция: сборник докладов. М.: МГСУ, 2013. С. 78 - 83.

Ионин А.А. Теплоснабжение / А.А. Ионин, Б. М. Хлыбов, В.Н. Братенков и др. - М.: Стройиздат,

1982. 336с. Репринт. М.: ЭКОЛИТ, 2011. 336с. л

Количество показов: 2495