О совершенствовании нормирования расчётных климатических

О совершенствовании нормирования расчётных климатических параметров
http://www.stroi.ru/tsch/list.asp?d=12&dc=916&dr=26510
В последнее время при переработке нормативных документов, регламентирующих различные аспекты строительства в РФ, большое значение приобрели вопросы
энергопотребления и энергосбережения при устройстве инженерных систем зданий. В частности, данной проблеме посвящены известные изменения № 3 и № 4 к
СНиП II-3-79 "Строительная теплотехника", устанавливающие существенно повышенные требования к теплозащитным свойствам наружных ограждений, а также
московские городские строительные нормы, содержащие предельные значения теплозатрат на отопление зданий.
Несложно подсчитать, что реализация мероприятий, предписываемых данными документами, позволяет снизить общую теплопотребность зданий (с учетом
теплозатрат на подогрев вентиляционного воздуха и нагрузки на горячее водоснабжение) в холодный период года примерно на 30-35%. Вместе с тем очевидно, что
фактическая интенсивность внутренних тепловыделений, зависящая в первую очередь от загрузки и режима функционирования здания, при этом не меняется,
поскольку она никак не связана с уровнем теплозащиты ограждений. Правда, необходимо отметить, что последняя редакция СНиП 2.04.05-91* "Отопление,
вентиляция и кондиционирование" устанавливает пониженный уровень бытовых тепловыделений в жилых зданиях: не менее 10 Вт/м 2 вместо прежнего 21. Но, вопервых, данный уровень - это лишь минимально допустимое значение, а во-вторых, для зданий массовой застройки в московских нормах по-прежнему приводится
величина 21 Вт/м2. То же самое касается и аналогичных случаев в других региональных нормах. Поэтому все, о чем пойдет речь в дальнейшем, касается, прежде
всего, жилых зданий при массовом строительстве.
Таким образом, внедрение новых нормативов по теплозащите изменяет соотношение теплозатрат и тепловыделений в зданиях. Но тогда возникает вопрос об
уточнении нормирования моментов начала и конца отопительного сезона. Дело в том, что обычно используемый критерий - устойчивый переход среднесуточной
температуры наружного воздуха через +8 ºС или, при повышенных требованиях к комфортности внутреннего микроклимата, через +10 ºС - принят как раз исходя из
того соотношения, которое имело место до появления упомянутых изменений к СНиП и введения в действие МГСН. Теперь же условия равенства теплопотерь
внутренним тепловыделениям, которые и определяют начало и конец отопительного сезона, из-за относительного снижения теплопотерь будут наблюдаться при
более низкой наружной температуре. Причем последняя к тому же еще должна зависеть и от района строительства, поскольку от этого меняются удельные
теплозатраты на отопление в соответствии с изменением необходимой теплозащиты ограждений.
Однако при разработке новых нормативных документов, определяющих выбор параметров наружного климата, граничные температуры отопительного периода tгр
по-прежнему приняты на уровне +8 (+10) ºС, несмотря на то что это произошло уже после ужесточения требований к теплозащите зданий. Соответственно были
определены и все другие величины, так или иначе связанные с t гр: средняя температура наружного воздуха за отопительный сезон t от, продолжительность
отопительного сезона zот и вычисляемые на их основе градусосутки отопительного периода ГСОП. Легко увидеть, что в новых условиях значения всех
перечисленных параметров оказываются завышенными, что приводит на практике к перерасходу тепловой энергии в переходные сезоны года и преувеличению
проектного энергопотребления в целом за отопительный сезон.
Разумеется, при оборудовании отопительных приборов автоматическими терморегуляторами, последние, в нужный момент прекратят поступление теплоносителя.
Как несложно убедиться, произойдет это именно тогда, когда наружная температура сравняется с фактическим уровнем t гр, соответствующим имеющейся
теплозащите ограждений. Но, во-первых, даже при полностью закрытых термоклапанах теплоподача в помещение падает не до нуля, а только до 10-30% от
максимальной, что не позволяет полностью избежать перегрева помещений и заставляет открывать окна и фрамуги для создания неорганизованного притока
наружного воздуха. А во-вторых, завышение расчетного значения ГСОП приводит к необходимости такого утепления ограждающих конструкций, которое не будет
оправдано имеющимся соотношением теплопотерь и теплопоступлений в первую очередь из-за дороговизны эффективных утеплителей. Все эти явления не
способствуют энерго- и ресурсосбережению при устройстве инженерных систем и находятся в очевидном противоречии с основной целью принятия новых СНиП.
В связи с этим возникает задача по установлению значений t гр, которые соответствовали бы реальному соотношению теплопотерь и тепловыделений. Это нетрудно
сделать исходя из общего уравнения теплового баланса здания, записанного для единицы отапливаемого объема. В этом случае теплопотери будут описываться
удельными характеристиками, зависящими в первую очередь от ГСОП, а также от размеров и этажности здания, но поскольку нас интересуют усредненные
значения, последней зависимостью можно пренебречь. Тогда, принимая связь характеристик энергопотребления и величины ГСОП по данным, полученным
автором, можно вычислить необходимые значения tгр.
Следует только иметь в виду, что уровень ГСОП, предварительно определенный через параметры tот и zот для данного района строительства, будет отличаться от
окончательного, поскольку меняются границы отопительного сезона. Соответственно изменится и необходимая теплозащита ограждений, а, следовательно, и
характеристики энергопотребления. Поэтому расчет приходится вести методом последовательных приближений, задаваясь начальной величиной t гр, вычисляя на
ее основе уточненное значение ГСОП и уровень теплозащиты, а затем определяя новую величину t гр по уравнению теплового баланса. При этом связь tгр и ГСОП
принимается с использованием обобщенной вероятностно-статистической модели наружного климата, позволяющей с приемлемой для инженерной практики
точностью устанавливать необходимые соотношения между всеми основными расчетными параметрами наружного климата.
Модель строится на базе статистических корреляционных зависимостей между данными параметрами и исходит из предположения о нормальном распределении
срочной наружной температуры по обеспеченности с математическим ожиданием, равным среднегодовой температуре, и среднеквадратичным отклонением,
совпадающим с ее годовой амплитудой. Результаты расчетов по описанной модели, устанавливающие приближенную связь t гр и других интересующих нас величин
- tот, zот и ГСОП, а также средней температуры наиболее холодного месяца t хм с основной характеристикой наружного климата в холодный период года для расчета
систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха - средней температурой наиболее холодной пятидневки t н5, указаны в таблице.
Более точные вычисления, выполненные для условий Москвы непосредственно по сведениям об обеспеченности срочной температуры наружного воздуха,
приведенным в Руководстве по определению расчетных наружных условий (РВУ) и метеорологическому обеспечению создания ЗЭИЭ на основе вероятностностатистической модели, дают значения tгр = 5,75 ºС, zот = 191 сут, ГСОП = 4240. Таким образом, отклонение полученных данных от обобщенного уровня, указанного
в таблице (для Москвы - при tн5 = -28 ºС), незначительно и лежит в пределах допустимой погрешности инженерного расчета, причем значения, приведенные в
таблице, отличаются от уточненных в сторону запаса. В целом же эти результаты показывают, что расчетная граница начала и конца отопительного сезона tгр
действительно во всех случаях лежит ниже +8 ºС, причем отклонение возрастает в более северных районах (с большими ГСОП) за счет относительного усиления
теплозащиты ограждений.
Приближенная связь граничной температуры отопительного сезона и других климатических параметров с температур наиболее холодной пятидневки
tн5, ºС
-43,1
-39,3
-35,6
-33,7
-31,8
-29,9
-28,0
-26,2
-24,3
-22,4
-20,5
tгр, ºС
3,93
4,39
4,85
5,08
5,30
5,52
5,73
5,93
6,13
6,31
6,49
tот, ºС
-10,5
-8,5
-6,7
-5,9
-5,1
-4,3
-3,6
-3,0
-2,5
-2,0
-1,6
zот, сут
246
236
225
219
213
206
199
191
183
174
164
ГСОП
7019
6272
5568
5232
4908
4597
4297
4010
3735
3472
3221
tхм, ºС
-21,7
-18,9
-16,1
-14,7
-13,3
-11,9
-10,5
-9,1
-7,7
-6,3
-4,9
DQ, %
14,3
13,5
12,6
12,0
11,5
10,9
10,3
9,7
9,1
8,5
7,8
В последней колонке таблицы приведена также величина DQ. Она представляет собой снижение суммарных энергозатрат на отопление и вентиляцию в процентах
в течение отопительного сезона за счет сокращения его продолжительности при учете изменившегося соотношения теплопотерь и тепловыделений. Как видно,
получаемая экономия является довольно значительной, причем она увеличивается в районах с более суровым климатом по той же причине, по которой там падает
tгр. Значение DQ пропорционально снижению ГСОП по сравнению с принятым для t гр = +8 ºС. Последнее одновременно позволяет и несколько уменьшить
необходимое термическое сопротивление ограждений, а значит, снизить не только эксплуатационные, но и капитальные затраты на сооружение зданий, что
особенно существенно в условиях, когда стоимость теплоизоляции составляет весьма значительную часть расходов на устройство ограждений в целом.
Кроме того, поскольку для каждого района строительства используемый здесь в качестве опорного параметр tн5 имеет вполне конкретное значение, все остальные
величины, входящие в таблицу, также могут быть вычислены заранее и приведены в новой редакции СНиП "Строительная климатология". При наличии данных
метеонаблюдений, т.е. обеспеченности срочных температур, сделать это можно более точно с использованием индивидуальных особенностей климата данного
района и тем самым получить более обоснованные значения соответствующих параметров. Рассмотренная вероятностно-статистическая модель позволяет это
сделать без больших затруднений уже на этапе разработки нормативного документа, оставляя пользователям только применение соответствующих результатов в
проектной работе.
Таким образом, предлагаемые изменения нормативных документов позволяют не только устанавливать обоснованные критерии начала и конца отопительного
периода и тем самым предотвращать дискомфорт в переходные сезоны года, но и прогнозировать фактическое и сокращать проектное энергопотребление зданий,
а также уменьшать требуемую теплозащиту их ограждений с учетом внутренних тепловыделений и уточнения параметра ГСОП, а значит, способствуют
дополнительному энерго- и ресурсосбережению при устройстве инженерных систем. Кроме того, эти изменения требуют минимальной корректировки
соответствующих нормативов и имеют четкую и прозрачную структуру, полностью отвечающую логике работ по энергосбережению, а следовательно, будут легко
восприняты специалистами, углубляя комплексный подход к нормированию энергосбережения и одновременно позволяя повысить качество разработки и монтажа
инженерных систем зданий.
О. САМАРИН, канд. техн. наук
06.04.2001
"Стройка" №10 2001г.