Метою статті є вказати на аналіз обраного об'єкта, вказати на можливості зменшення теплового навантаження будівлі влітку. На основі цього аналізу представлено вплив різних тіньових конструкцій та застосування різних типів скляних конструкцій на споживання енергії будівлі та її клімат у приміщенні, що дуже важливо, оскільки ефективна та успішна розумова діяльність можлива лише за умови оптимального внутрішнього простору умови навколишнього середовища.
У новобудовах є правила, а як щодо старих?
Але як щодо старих будівель? На жаль, ремонт громадських будівель, побудованих між 1960 і 1970 роками, не відповідає критеріям все більш жорстких норм. Досвід показав значні недоліки, головним чином з економічних причин. Метою статті є представити результати енергетичного аналізу вибраного шкільного будинку, побудованого в 1960-х роках. Порівнюється вплив заміни скляної облицювання на зміну споживання енергії, а також вплив на класифікацію будівлі до енергетичного класу. В даний час кондиціонування повітря вже можна очікувати в будівлях. Адміністративні та важливі шкільні будівлі більше не будуються без кондиціонера. З цієї причини споживання енергії для охолодження також є важливим фактором. Для досягнення якнайнижчого значення необхідна тісна співпраця проектувальника будівельної частини та проектувальника технологічного обладнання від початку проектування будівлі до його реалізації. Саме фаза проектування має вирішальний вплив на величину споживання енергії в будівлі.
Проаналізована будівля
Проаналізована шкільна будівля має шість поверхів над землею та один підземний поверх, де є льохи.
Основні характеристики форми:
Загальна площа підлоги: 9 009 м 2
Площа обігріву: 9 009 м 2
Об'єм обігріву: 3355 м 3
Висота: 29,7 м
У минулому будівля була частково відремонтована. Замінено вікна та двері, використано скло 4-16-4 типу Low-E з алюмінієвою рамою. Дві сходові клітини, орієнтовані на південну сторону, залишились без реконструкції з оригінальним матовим склінням товщиною 4 мм. Будівля опалюється, а гаряча вода забезпечується системою централізованого опалення. Тепло передається в будівлі через радіатори, обладнані регулювальними клапанами з термостатичними головками. У будівлі немає охолодження. Для задоволення вимог у залі та загальній кімнаті на першому поверсі є два вентиляційні блоки з рекуперацією, кожен з вихідною потужністю 2200 м3/год. Вентиляційні установки утворюють додаткове опалення до системи опалення з радіаторами, щоб підвищити комфорт людей, які перебувають у залі.
Коефіцієнти тепловіддачі зовнішніх пакувальних конструкцій, вікон та дверей
На споживання енергії будівель значною мірою впливають засклені ділянки зовнішньої конструкції упаковки (їх частка) та її теплотехнічні властивості. Взимку вони впливають на тепловтрати будівлі, влітку - на теплові навантаження будівлі. Вплив літнього нестаціонарного теплового навантаження на клімат у приміщенні може впливати не тільки на теплотехнічні властивості засклених поверхонь, а й на використання, відповідно. відсутність зовнішнього екранування.
Виходячи зі складу шарів зовнішньої конструкції обраної школи, коефіцієнти тепловіддачі стін значно перевищують значення, дозволені Урядовою постановою №. 7/2006. Вікна та зовнішні двері замінено під час часткової реконструкції будівлі, тому вони відповідають необхідним критеріям. Кваліфікація фасадних конструкцій та вікон будівлі міститься в табл. 1.
Дані з табл. 1 вказують, що будівля не відповідає чинним на сьогодні критеріям якості конструкцій. Вісь будівлі орієнтована на схід - захід, тому кімнати орієнтовані або на північ, або на південь. У приміщеннях, що виходять на південь, в літню спеку температура повітря в приміщенні висока через підвищене сонячне світло і відсутність затінення. Результати місцевих вимірювань температури повітря в приміщенні показані на графіку на фіг. 1. Хоча температуру повітря в приміщенні між 31 і 35 ° C вимірювали на південній стороні між 18 і 21 серпня, температура повітря в приміщенні наближалася до 30 ° C на північній стороні. З фіг. 1 чітко видно, що завдяки сильним прямим сонячним променям температура повітря в приміщеннях у приміщеннях значно перевищувала температуру зовнішнього повітря. З цієї причини необхідно кондиціонувати будівлю та побудувати зовнішню затінку. Оскільки скляний портал сходів становить до 27% площі південного фасаду, його також потрібно попередньо замінити.
Фіг. 1 Хід добової температури повітря в приміщеннях, що виходять на північ і південь
Фіг. 2 Часова зміна теплових потоків через засклені поверхні фасаду
Результати комп’ютерного моделювання
Для аналізу енергії була використана власна програма моделювання енергії. На основі цього аналізу представлено вплив різних тіньових конструкцій та застосування різних типів скляних конструкцій на енергоспоживання будівлі та клімат у приміщенні.
За допомогою програми комп’ютерного моделювання в рамках енергетичного аналізу будівлі було проведено наступне моделювання:
- часовий хід теплового потоку через південний скляний фасад у різних його варіантах,
- зміна часу результуючого теплового навантаження будівлі для різних варіантів скляного фасаду,
- щорічні потреби в енергії будівлі для різних варіантів південного скляного фасаду.
Для скляного фасаду сходів виконано моделювання енергоспоживання з альтернативами:
А. поточний стан, вікна з оригінальними рамами,
Б. застосування нового скляного фасаду,
C. застосування нового скляного фасаду з антибліковим покриттям,
D. застосування нового скляного фасаду із зовнішнім затіненням вікон від сонячних променів.
Характеристики окремих варіантів рішення містяться в табл. 2. Коефіцієнт затінення повинен включати коефіцієнт скління, відбиття сонячного випромінювання та ефект затінення.
Нестійкі літні спекотні навантаження південного скляного фасаду
Для потреб теплотехнічної оцінки будівлі була використана власна комп'ютерна програма для імітації. За допомогою моделювання було визначено теплове навантаження фасадів з різною орієнтацією та загальне теплове навантаження будівлі на основі проектних умов метеорологічних даних.
На фіг. 2 показаний часовий хід зміни зовнішнього теплового навантаження на окремі засклені фасади. На фіг. 3 показано результуюче теплове навантаження будівлі. Очевидно, що 80% загального теплового навантаження проходить через засклені частини фасаду. Якщо поміняти скляний фасад і побудувати зовнішнє затінення, теплове навантаження зменшиться до 47%. Отримані результати зведені в табл. 3, який містить максимальні значення теплового навантаження при нестаціонарному тепловому навантаженні будівлі.
Щорічні потреби в енергії будівлі
Вимоги до річного споживання енергії були визначені на підставі чинного державного розпорядження №. 7/2006. Ця вимога відповідає нормам, директивам та рекомендаціям ЄС. Для оцінки енергії була використана наша власна програма моделювання. Визначено споживання первинної енергії для виробництва гарячої води, кондиціонування та освітлення будівлі.
Споживання енергії, перетворене на первинну енергію:
Гаряча вода: 8,4 кВт-год/м 2. рік
Кондиціонер: 9 кВт-год/м 2. рік
Освітлення: 18,0 кВт-год/м 2. рік
Разом: 32,3 кВт-год/м 2. рік
Коефіцієнти перетворення первинної енергії:
- для електроенергії: e = 2,5 на момент пікового споживання,
- для електроенергії: e = 1,8 поза пікового споживання,
- централізоване опалення: e = 1,12.
Результати розрахунків показані на графіку на фіг. 4 та в табл. 4. При поточному стані будівлі споживання енергії пов'язане з первинною енергією 242,8 кВт-год/(м 2. рік), що відповідає ступеню класифікації в енергетичному класі з позначкою Н, тобто низькому. Застосовуючи сучасний скляний фасад та будуючи затінення вікон будівлі, це споживання енергії впаде до 134,5 кВт-год/(м 2 рік), а згодом класифікація будівлі буде перенесена в категорію з позначкою Е, тобто краща середня.
Фіг. 3 Часовий хід нестаціонарного теплового навантаження будівлі
Фіг. 4 Структура споживання первинної енергії для окремих альтернатив реконструкції будівель
Підсумкове оцінювання
Для того, щоб досягти зменшення загального споживання енергії в Угорщині, необхідно зменшити енергоспоживання будівель. Теплотехнічні властивості цивільних зручностей, побудованих між 1960 та 1970 роками, значно відстають від сучасних вимог. Однак ці будівлі можна реконструювати лише поступово, залежно від наявних фінансових ресурсів. Саме різні можливості отримання коштів ЄС можуть пришвидшити процес оновлення будівель.
У цій роботі ми представили одну методологію енергетичного аналізу та її застосування у випадку конкретної будівлі. На підставі результатів можна стверджувати, що:
- Впровадження енергоефективних будівель вимагає співпраці архітектора та дизайнера технічного обладнання будівель з самого початку будівельного процесу,
- через засклені поверхні конструкції вирішальна частка літнього теплового навантаження надходить у будівлю, що у випадку нашої будівлі становить 80%,
- заміна засклених поверхонь та використання зовнішньої екранування значно зменшить теплове навантаження, в аналізованому випадку відбулося зменшення на 47%,
- річне споживання енергії, перетворене на первинну енергію, зменшилось з початкової величини 242,8 кВт-год/(м 2 рік) до 134,5 кВт-год/(м 2 року), що представляє економію 45,6%.
З представлених результатів видно, що в даний час з енергетичної точки зору необхідно реконструювати всі існуючі будівлі. Вирішення цього завдання вимагає узгодження діяльності архітектора та проектувальника технічного оснащення будівель, що полягає в оновленні конструкції упаковки і одночасно в оновленні технічного оснащення будівель за допомогою більш сучасних технологій . Застосування кондиціонера має важливе значення для ефективної розумової праці.
Для досягнення економії енергії також необхідно затінити засклені поверхні. Саме завдяки цим заходам досягнута економія енергії являє собою довгострокове зменшення експлуатаційних витрат. Рекомендовані заходи з реконструкції потрібні не тільки для забезпечення економії, але і для покращення комфорту внутрішнього середовища, оскільки в даний час у багатьох будинках температура повітря в приміщенні влітку не дозволяє ефективно працювати розумово.
При всебічній оцінці заходів з енергозбереження шкільних будівель було б доцільно оцінити вплив відновлення непрозорих конструкцій (стін, дахів та підлог). Площі та коефіцієнти тепловіддачі цих конструкцій суттєво вплинуть на тепловий баланс опалення та охолодження, а отже, і на класифікацію в енергетичний клас.
Доктор. Ласло знайомства в Кайтарі, Янош Сабо
Рецензент: проф. Інж. Іван Хмурний, к.т.н.
Зображення: архів авторів
Фото ілюстрації: Томаш Малий
Л. Кайтар є заступником начальника цього управління.
Автори працюють на кафедрі інженерії будівельних послуг та технологій постійних процесів Будапештського університету технічних та економічних наук.
Література
1. Банхіді, Л. - Кайтар, Л.: Komfortelmélet 2000 Будапешт. Технічний дизайн.
2. Іларія, Б. - Вінченцо, К.: Застосування методів оцінки енергії до існуючого будівельного фонду: Аналіз деяких житлових будинків у Турині. В: Енергетика та будівлі, 2009, вип. 41, с. 790 - 800.
3. Kajtár, L. - Leitner, A. et al.: Високоякісне теплове середовище за допомогою охолодженої стелі в офісному будинку. У: 9-й Всесвітній конгрес REHVA “Кліма“ Добробут у приміщенні ”2007, Гельсінкі, 2007.
4. Кайтар Л. - Хрустінський, Т. та ін.: Якість повітря у приміщенні та енергетичний попит будівель. У: 9-а міжнародна конференція «Здорові будівлі 2009», Сіракузи, 2009.
5. Fauchoux, T. M. - Simonson, C. J. - Torvi, A. D.: The Effect of Recovery Energy on Percepted Air Quality, Energy Consumption, and Economics of Fan Office Building. У: ASHRAE транзакції, 2007, вип. 112, частина 2, с. 440.
6. Петраш, Д - Лулковічова, О. - Такач, Й. - Фюрі, Б.: Поновлювані джерела енергії для опалення. В: Опалення сімейних та житлових будинків. Братислава: JAGA, 2005. с. 193 - 217.
7. Петраш, Д. - Калуш, Д. - Такач, Й.– Матей, П: Раціональне споживання енергії при експлуатації будівель на промисловому заводі. У: Acta Mechanica Slovaca, 2004, вип. 8, № 3-А.
Стаття опублікована в журналі TZB HAUSTECHNIK.