Новости

Новости

Здание или сооружение - как единая энергетическая система. Задачи анализа и синтеза


Основная задача функционирования любого здания и сооружения состоит в поддержании в помещениях параметров микроклимата, необходимых для обеспечения проживания или производственной деятельности человека. Для этого здания и сооружения имеют ограждающие конструкции для создания пространства, защищенного от атмосферных воздействий, и инженерные системы, обеспечивающие поддержание микроклимата в помещениях.
Ограждающие конструкции зданий выполняют функции теплозащиты, процессы переноса теплоты и массы в них должны быть ориентированы на обеспечение определенных (заданных) режимов эксплуатации. Инженерное обеспечение включает системы различного назначения.
Системы отопления предназначены для компенсации потерь теплоты зданий путем транспортирования и передачи ее от теплоносителей воздуху помещений. Основное оборудование системы -теплообменники, трубопроводы, струйные насосы, регулирующие органы, запорная арматура и др.
Системы вентиляции и кондиционирования служат для подготовки и транспорта воздуха, замещаемого в помещениях зданий. Воздух очищается от вредностей, нагревается или охлаждается, увлажняется или осушается. Для этого используется различное фильтровальное оборудование, теплообменные и массообменные аппараты, холодильники и тепловые насосы, вентиляторы, воздуховоды, регулирующее и воздухораздаточное оборудование и т.д.
Системы горячего водоснабжения обеспечивают здание нагретой водой питьевого качества. Для этого необходимы теплообменные аппараты, смесители, насосы, трубопроводы и другое оборудование.
Указанные элементы систем инженерного обеспечения зданий представляют сложные системы. Элементы этих систем взаимосвязаны потоками теплоты, массы, электроэнергии, механической работы.
Инженерные системы и процессы в них изучаются на различных уровнях:
- система в целом (например, система отопления);
- элементы системы - оборудование (например, рекуперативный теплообменник);
- элементы оборудования (например, развитая поверхность теплообмена, потоки первичного и вторичного теплоносителей).
Выделение уровня изучения систем имеет условный характер и зависит от требований решаемых задач и особенностей изучаемых систем. В большинстве случаев задачи при проектировании или эксплуатации зданий формируются следующим образом: осуществить необходимые мероприятия при минимальных затратах энергии, материалов, финансовых средств и т.д. В каждом конкретном случае эти задачи реализуются в соответствии с их особенностями.
Общим является то, что любое здание или сооружение следует рассматривать как единую энергетическую систему, все элементы которой - ограждающие конструкции, системы отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха, тепло- и энергоснабжения -взаимосвязаны и режимы их эксплуатации определяются наружным климатом и внутренним микроклиматом. Поэтому анализ состояния здания, как энергетической системы, следует проводить на основании энергетических балансов. Могут быть использованы как тепловые балансы, отражающие равенство прихода теплоты в здании с материальными потоками и энергоресурсами и расхода теплоты на выходе из здания, так и полные энергетические балансы, показывающие равенство прихода и выхода всех видов энергии, претерпевающих преобразования.
Для оценки энергетического состояния зданий недостаточно составления и исследования полных или тепловых балансов. В основу универсальной методологии оценки энергопотребления с целью выявления резервов экономии энергии при проектировании и эксплуатации зданий и сооружений положены методы системного анализа и синтеза. Системный подход принятия оптимального решения по экономии энергии и поддержанию микроклимата помещений зданий представляет совокупность приемов и принципов выбора технических характеристик и физических параметров систем и оборудования, отвечающих достижению поставленной цели.
Анализ и синтез - фундаментальные понятия науки. Анализ - метод исследования, заключающийся в том, что изучаемый объект расчленяется на составные элементы, каждый из которых затем исследуется отдельно как часть объекта. Синтез — метод исследования, заключающийся в соединении элементов объекта, расчлененного в процессе анализа с целью познания, и рассмотрении результатов исследования объекта как единого целого. Конечной целью системного анализа является поиск путей и реализация минимального энергопотребления при эксплуатации инженерных систем зданий и сооружений. Рассмотрение указанной задачи осуществляется одновременно как единой целой, так и отдельных частей ее составляющих.
Каждое здание или сооружение от момента возникновения замысла их создания до и во время строительства и эксплуатации, проходит несколько взаимосвязанных этапов. Содержание этих этапов кратко пояснено на рис. 2.1.

На всех этапах создания зданий и сооружений решаются определенные задачи в конечном счете влияющие на их энергоэффективность. При решении этих задач обязательным является учет взаимодействия объектов с внешней средой.
Внешние климатические воздействия на здания представляют сложный комплекс случайных факторов, числовые характеристики которых непрерывно изменяются во времени вследствие случайности атмосферных явлений. К ним относятся температура и относительная влажность наружного воздуха, направление и скорость ветра, интенсивность прямой и рассеянной радиации.
На 1-3 этапах оценку энергоэффективности целесообразно проводить на основании тепловых балансов отдельных инженерных систем зданий или отдельных помещений.
На 4-5 этапах общую оценку энергоэффективности зданий следует выполнять на основании полного теплового баланса. Анализ энергопотребления отдельных систем или их оборудования, а также зданий в целом следует проводить с использованием термодинамического анализа.
Системный подход нельзя рассматривать как совокупность строго установленных правил, позволяющих получать решение сложных задач по энергосбережению в зданиях автоматически. Он указывает оптимальные пути и возможности решения задач.