Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер
Строительная теплофизика
Прочность сплавов
Основания и фундаменты
Осадочные породы
Прочность дорог
Минералогия глин
Краны башенные
Справочник токаря
Цементный бетон




13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017





Яндекс.Метрика
         » » Энергетический кризис и влияние его последствий на тепловой режим зданий строительства до 1994 г.

Энергетический кризис и влияние его последствий на тепловой режим зданий строительства до 1994 г.

30.07.2017

Невозобновляемые источники энергии являются сегодня основой энергетики мира. Эти источники составляют 90% всей потребляемой энергии. При этом темпы их расходования таковы, что запасов некоторых разведанных видов природного топлива хватит лишь на несколько десятков лет. Исчерпываются, в основном, дешевые источники энергии, а это приводит к удорожанию ее стоимости. Этот фактор, а также неравномерность распределения природных ресурсов в мире, привели к тому, что получило название энергетического кризиса.
Для бытовых и промышленных целей, в том числе и для нужд теплоснабжения зданий, в настоящее время используются в основном нефтепродукты, газ и уголь, как более дешевые и удобные в эксплуатации топлива.
Невозобновляемые источники энергии пока обеспечивают мир энергией и составят основу энергетики ещё, во всяком случае, на столетие. Ho существенного роста потребления энергии на их базе достичь не удается как в силу ограниченности, так и отсутствия во многих странах мира. Дефицит энергии и повышение стоимости требует изучения возможности ее экономии, в том числе и при обеспечении теплового режима зданий.
Отличительной особенностью больших городов и населенных пунктов Республики Беларусь является использование для снабжения теплотой зданий систем централизованного теплоснабжения. Поддержание необходимого теплового режима в помещениях зданий связано с режимом регулирования подачи теплоносителя требуемых параметров. Для районов массовой застройки, где преобладает отопительная нагрузка, как правило, применяется центральное качественное регулирование подачи теплоты.
Например, в г. Минске с населением в 1,8 млн. человек теплоснабжение осуществляется от ТЭЦ и районных котельных. Все производители теплоты объединены в единую кольцевую систему. Централизация теплоснабжения города выше 95%. Суммарная часовая теплопроизводительность по сетевой воде 8,8 Гкал/ч (10,2 МВт) и по пару - 680 т/ч.
До 80 - 90 годов прошлого столетия централизованное теплоснабжение города осуществлялось по традиционному графику центрального качественного регулирования 150/70°С. Использование централизованного теплоснабжения изначально предпологало возможность подачи теплоносителя потребителям с определенными отклонениями от температурного графика. Поэтому каждый потребитель должен был иметь свою систему индивидуального регулирования для рационального использования потенциала теплоносителя.
Основным типом абонентских присоединений, в том числе и в Минске, систем отопления к тепловым сетям была зависимая схема с элеваторным узлом, оснащенная регулятором расхода прямого действия (РР). Для комбинированных систем отопления и горячего водоснабжения с двухступенчатым подсоединением теплообменников использовалась зависимая схема с PP и терморегулирующим вентилем (РТБ). Кроме указанных регуляторов использовались также регуляторы давления (РД), предназначенные для поддержания давления до регулировочного клапана («до себя»).
Схема индивидуального теплового пункта (ИТП) с элеваторным смешением теплоносителей и двухступенчатым по смешанной схеме подогревом воды для горячего водоснабжения показана на рис. 1.4.

В основе регулирования параметров теплоносителя, поступающего из тепловых сетей на ИТП, лежат температурные графики, выражающие зависимость температуры сетевой воды от температуры наружного воздуха (рис. 1.5). Указанный метод является комбинированным качественным методом центрального регулирования подачи теплоносителя для всех видов нагрузки. Увеличение нагрузки горячего водоснабжения в общем балансе теплопотребления зданий и характер ее неравномерности в различные дни недели учитывают с помощью повышенных температурных графиков (1', 2', 1", 2").
Приведенные на рисунке повышенные графики рассчитаны с учетом коэффициента «в», который определяет величину относительного среднечасового расхода теплоты на горячее водоснабжение по отношению к расчетному расходу теплоты на отопление.

При реализации температурного графика учитывается среднесуточное значение температуры наружного воздуха. По условиям теплоснабжения отопительный период делится на три диапазона температур наружного воздуха. Первый диапазон ограничивается температурой tн от, соответствующей началу и окончанию отопительного периода (принимается равной +8°С) и температурой tн, соответствующей так называемой точке излома температурного графика (точка а), при которой температура сетевой воды равна минимально необходимой для обеспечения горячего водоснабжения. В этом диапазоне температура теплоносителя поддерживается на постоянном уровне не ниже 70° С и превышает требуемую для отопления температуру (пунктирная линия кривой 1).
Поэтому для поддержания необходимых тепловых условий в помещениях требуется дополнительное регулирование отопительной нагрузки у потребителей путем уменьшения расхода сетевой воды, т.е. количественное регулирование изменением расхода теплоносителя.
Граница второго диапазона температур, в пределах которого осуществляется качественное регулирование отопительной нагрузки, определяется практически обеспечиваемым нагревом сетевой воды до температуры не более 130 - 135 °С, вместо расчетной 150 °С. Такой температуре сетевой воды на графиках соответствуют температуры наружного воздуха tн', которые близки tНА, средней температуре наиболее холодного периода года.
Поэтому второй диапазон температур наружного воздуха ограничивают более высокие температуры, чем tНА (средняя температура наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92), которая является расчетной температурой для проектирования систем отопления. Характерной особенностью режима теплоснабжения в этом диапазоне является существенное влияние на него достоверности прогноза наружных температурных условий.
Минимальная температура третьего диапазона - температура наиболее холодных суток обеспеченностью 0,98. При построении температурных графиков за минимальную принимается температура tНВ. Ей соответствуют расчетные (максимальные) температуры в тепловой сети и максимальная тепловая нагрузка Oот = 1.
При более низких температурах наружного воздуха температура воды в теплосети не изменяется (отрезок b - d кривой 1).
В действительности же в третьем диапазоне температур наружного воздуха (вследствие поддержания температуры сетевой воды ниже расчетной) подача теплоты на отопление характеризуется величиной Qот меньше единицы. Дефицит тепловой энергии является причиной значительных отклонений внутренней температуры отапливаемых помещений от оптимальных значений даже при бесперебойной работе системы теплоснабжения.
В пределах третьего температурного диапазона должно осуществляться дополнительное количественное регулирование отопительной нагрузки.
При эксплуатации ИТП требования по дополнительному количественному регулированию подачи теплоты в здания не выполнялись, что приводило к нарушениям теплового режима зданий, особенно в весенний и осенний периоды года.
Одной из причин неудовлетворительной работы ИТП с элеваторным смешением является также введение в эксплуатацию зданий, оборудованных современными двухтрубными системами отопления с терморегуляторами у отопительных приборов и автоматическими балансировочными клапанами на стояках, и однотрубных систем с терморегуляторами у приборов. А так как элеватор работает при постоянном гидравлическом режиме, а терморегуляторы создают переменный, то возникает несовместимость режимов, которая снижает эффективность систем отопления, а часто делает их неработоспособными.
Возникшая в период с 1990 г. необходимость экономии энергии, что равнозначно экономии топлива, связана с отступлениями от графика центрального качественного регулирования в сторону его снижения. При этом не исключались ситуации, когда срезка графика могла происходить до 105 °С, а точка излома его с 70 °C опуститься до 60-63 °С.
Создание указанных условий эксплуатации центрального теплоснабжения приводит к недотопу зданий, к перебоям в обеспечении потребителей горячей водой. Тепловые потери через ограждающие конструкции зданий не изменяются, а подача теплоты системой отопления уменьшается. Эксплуатация абонентских вводов становится бесконтрольной, а тепловые сети теряют управляемость. Вследствие этого происходит нарушение теплового режима зданий.
Вторым основным фактором, определяющим расход теплоты на поддержание теплового режима помещений, являются недостаточные теплозащитные качества ограждающих конструкций зданий. Для Республики Беларусь и стран СНГ характерна эксплуатация зданий, построенных в послевоенные годы. В этот период, наравне со зданиями из кирпича, возводились крупнопанельные и крупноблочные дома по индустриальному способу строительства.
В настоящее время кирпичные, панельные и блочные дома, особенно застройки 50...70 годов физически износились. Особенно это отразилось на плохом состоянии их тепловой защиты и повышенному расходу энергии на поддержание теплового режима.
Для жилищного фонда Республики Беларусь выполнена оценка теплозащитных характеристик и среднего потребления энергии на 1 м2 общей площади на период с 1950 по 1995 г. В указанные годы были спроектированы и возведены дома массовых серий застройки. Выполнение анализа осуществлено с разделением жилого фонда Республики на восемь типов зданий. Каждый тип представлен зданиями с различными конструктивными решениями, но со схожими теплоэнергетическими характеристиками. Результаты анализа представлены в табл. 1.3.


Они показывают, что существенных различий в технических и энергетических характеристиках (по количеству этажей и виду материала) выбранных типов по отдельным периодам постройки не существует. Различия в хараткеристиках определяются в основном видом материала. Например, в кирпичных домах наружная стена имеет толщину 51 см; данная конструкция не менялась на протяжении многих лет (до 1994 года). Конструкции бетонных панелей практически также не улучшались, их сопротивление теплопередаче оставалось постоянным и равным RТ = 1,1 м2оС/Вт до 1994 г.
Нежилой фонд зданий сгруппирован по критерию направления использования по 6 типам. Основные характеристики каждого типа сведены в табл. 1.4.

На территории СНГ исторически сложилось, что основной нормируемой характеристикой теплозащитных свойств ограждающих конструкций служит величина сопротивления теплопередаче «Rт», м2*°С/Вт.
В странах Европейского Союза теплозащитные свойства ограждающих конструкций оцениваются коэффициентом теплопередачи «К», Вт/(м2*°С).
До 1971 года в нормативных документах России расчет сопротивления теплопередаче проводился по санитарно-гигиеническому критерию, как минимально допустимому для поддержания на внутренней поверхности ограждения температуры, при которой на ней не происходит конденсации водяного пара из воздуха помещений. Сопротивление теплопередаче ограждений принималось как величина и рассчитывалось по формуле

где tв - расчетная температура внутреннего воздуха, °С;
tн - расчетная температура наружного воздуха, принимается с учетом тепловой инерции ограждающих конструкций, °С;
n - коэффициент, учитывающий положение наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху;
ав - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м2*°С);
Atв - расчетный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждения, °С.
В формуле 1.11 расчетная зимняя температура принимается постоянной величиной в зависимости от степени массивности ограждающих конструкций, которая определяется их тепловой инерцией. В действительности эксплуатация зданий происходит со сложными процессами неустановившегося охлаждения конструкций. Поэтому принятием определенных расчетных значений температур наружного воздуха учитывается способность ограждений воспринимать колебания теплового потока вызванного атмосферными изменениями.
Колебания температуры наружного воздуха передаются к воздуху помещений через массив ограждений с разной скоростью, определяемой их теплоустойчивостью, свойством ограждения сохранять относительное постоянство температурного поля при колебаниях внешних тепловых воздействий.
При определении RТтр ограждающих конструкций за расчетную принимается средняя температура наиболее холодного промежутка времени в течении которого завершается охлаждение этой конструкции, определяемое предельным понижением температуры на внутренней, обращенной в помещение, поверхности.
В нормативных документах для оценки теплоустойчивости ограждений используется характеристика его тепловой инерции D = ЕRiSi. Величина D не учитывает всей сложности процессов теплопереноса и затухания колебаний температуры в наружных стенах и перекрытиях и может быть использована лишь для приближенной оценки их теплоинерционности.
При выполнении расчетов зимняя температура наружного воздуха принимается по климатическим справочникам в соответствии с рекомендациями табл. 1.5 по результатам расчета тепловой инерции ограждающих конструкций.

Требуемое сопротивление теплопередаче, определенное по формуле 1.11, приравнивается к расчетному RТтр = RТ для рассматриваемого ограждения.
В табл. 1.6 приведены результаты расчета RТтр наружных стен и совмещённого покрытия жилого дома для условий г. Минска, построенного до 1995 г.
Практически до 1990 года строительство на территории России зданий различного назначения осуществлялось с ограждающими конструкциями, имеющими сопротивление теплопередаче от 0,8 до 1,3 м2*°С/Вт.

Сопоставление рекомендаций СНиП II-A.7-62 в части Rт с аналогичными требованиями, действующими в рассматриваемый период времени в странах Западной Европы показывают существенное их различие. Например, в Едином Скандинавском строительном кодексе величины RТ выше установленных СНиП для различных видов ограждающих конструкций на 30...150%, а в среднем на 90%.
Только с 1971 года в СНиП II-3-71 «Строительная теплотехника. Нормы проектирования» вводится требование, по которому сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций следует принимать равным экономически целесообразному сопротивлению теплопередаче RТэк, определяемому исходя из условия обеспечения минимальных приведенных затрат, но которое должно быть не менее требуемого сопротивления теплопередаче, т.е.
Энергетический кризис и влияние его последствий на тепловой режим зданий строительства до 1994 г.

Низкие теплозащитные качества ограждающих конструкций определяли повышенный расход теплоты на отопление зданий. Приведенные в табл. 1.3 и 1.4 данные показывают, что средний расход теплоты на 1 м2 площади зданий строительства 1950...1990 гг. находился в пределах 115...300 кВт*ч/(м2*год).
Принятые с началом энергетического кризиса административные меры по экономии энергии в централизованном теплоснабжении городов привели, вследствие слабой теплозащиты ограждений, к недотопу зданий. Недостаток теплоты вызвал снижение температуры воздуха и нарушение других параметров микроклимата в помещениях, что послужило причиной нарушения теплового режима зданий в массовом порядке.