Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,118

ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЙ СПОСОБ СОЗДАНИЯ КАЧЕСТВЕННОЙ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ В ЖИЛЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ

Афонин К.В. 1 Жилина Т.С. 1 Сазонова Е.О. 2
1 ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный архитектурно-строительный университет»
2 ООО «ЖилстройСервис»
В статье проведен анализ отечественного, зарубежного опыта и нормативной литературы в области нормирования качества воздушной среды помещений, а также анализ структур теплопотерь жилых многоэтажных зданий, построенных с 1995 года. Целью данной статьи явилось предложение способа снижения энергозатрат на вентиляционный воздухообмен и улучшение параметров внутреннего воздуха. Предлагается использование искусственной инфильтрации, полученной путём внесения изменений в конструкцию ограждения, непосредственно за отопительным прибором. Были выполнены расчёты по определению теплозатрат на нагрев нормируемого количества воздуха с использованием искусственной инфильтрации воздуха и по определению теплозатрат на нагрев воздуха при проветривании помещения в течение 10 минут с помощью открытия одной фрамуги. По полученным данным сделан вывод, что теплозатраты на нагрев нормируемого количества воздуха с использованием искусственной инфильтрации составляют примерно 20–23 % от общих теплозатрат помещения, а теплозатраты при открытии фрамуги окна составляют 50–70 %. Из вышеизложенного можно сделать вывод, что использование искусственной инфильтрации способствует снижению затрат тепловой энергии на воздухообмен и способствует улучшению параметров микроклимата жилого помещения.
энергосбережение
воздухопроницаемость
качество воздушной среды
теплозатраты
1. Афонин К.В., Жилина Т.С., Сазонова Е.О. Искусственная инфильтрация как способ создания нормируемого качества воздушной среды в жилых помещениях // Качество внутреннего воздуха и окружающей среды: vатериалы ХI Международной научной конференции. – Ханой: Национальный строительный университет, 2013.
2. Стандарт АВОК-1-2004 «Здания жилые и общественные. Нормы воздухообмена».
3. Журнал АВОК № 4 2002. Рубрика: Энергоэффективные здания. Технологии.
4. Журнал АВОК № 5 2008. Рубрика: Микроклимат помещения.
5. ASHRAE 62–1999 Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality.

В последние двадцать лет энергосбережение и качество микроклимата находятся в центре внимания специалистов строительной отрасли всего мира. Микроклимат помещения характеризуется температурой внутреннего воздуха, температурой внутренних поверхностей ограждающих конструкций и качеством внутреннего воздуха. Все эти характеристики микроклимата имеют энергетическое содержание.

Сопоставление показателей энергоэффективности экономики России с развитыми странами показывает, что удельная энергоемкость нашего валового внутреннего продукта (ВВП) в несколько раз выше, чем в развитых странах. Так, уровень энергопотребления в расчете на единицу сопоставимого ВВП России примерно в 4 раза выше, чем в США – стране с высокой энерговооруженностью материального производства, сферы услуг и быта. Уровень потребления электроэнергии в расчете на единицу сопоставимого ВВП в России выше, чем в США, в 2,5 раза, чем в Германии и Японии – в 3,6 раза. Все это свидетельствует о значительных резервах экономии энергоресурсов в России, масштабы которых можно оценить примерно в 40–50 % от уровня потребляемых топлива и энергии.

Для проектирования и эксплуатации зданий с точки зрения энергоэффективности в разных странах Европы приняты расчетные температуры воздуха помещений в зимний период 19–21 °С, в летний – 24–26 °С (в Великобритании 28 °С) [5].

Рассмотрим, как изменилась за последние 40 лет структура расхода энергии, затрачиваемой на обеспечение микроклимата помещения в жилых зданиях массовой застройки. На рис. 1, 2 приведены диаграммы теплопотерь жилых многоэтажных зданий, построенных до 1995 года, и жилых зданий, построенных после принятия известных Постановлений Госстроя РФ о необходимости повышения теплозащитных показателей наружных ограждающих конструкций [3].

Отсюда можно сделать вывод, что в утепленных зданиях наибольшие теплопотери приходятся на вентиляцию.

Но необходимо помнить, что естественная вентиляция многоэтажных жилых зданий традиционно основана на том принципе, что воздух в квартиры поступает через неплотности оконных заполнений. В то же время требования к воздухопроницаемости оконных заполнений изменялись с 1971 года в следующей последовательности [4]:

● 1971 год – 18 кг/(м2·ч);

● 1979 год – 10 кг/(м2·ч);

● 1998 год – 5 кг/(м2·ч);

● в настоящее время – 3–3,5 кг/(м2·ч).

Теперь покажем, как эти изменения сказывались на обеспечении требуемого вентиляционного воздухообмена помещений здания. Рассмотрим пример, приведенный в Стандарте АВОК 1-2004 «Здания жилые и общественные. Нормы воздухообмена» [2]:

● общая площадь – 95 м2;

● площадь жилых помещений – 60 м2;

● объем квартиры – 280 м3;

● общая площадь окон – 10 м2;

● в квартире проживает 4 человека.

Требуемый воздухообмен составляет 140 м3/ч или примерно 163 кг/ч.

В соответствии с изменяющимися нормативными требованиями к воздухопроницаемости оконных заполнений изменялось количество наружного воздуха, поступающего в помещение через эти заполнения, которое составляет:

● 1971 год – 18∙10 = 180 кг/ч, что больше требуемой величины 163 кг/ч;

● 1979 год – 10∙10 = 100 кг/ч, что меньше требуемой величины на 40 %;

● 1998 год – 5∙10 = 50 кг/ч, что меньше требуемой величины на 70 %;

● в настоящее время – 3,5∙10 = 35 кг/ч, что меньше требуемой величины почти на 80 %.

pic_6.tif

Рис. 1. Структура потерь энергии в жилых многоэтажных зданиях массовой застройки, построенных до 1995 года

pic_7.tif

Рис. 2. Структура потерь энергии в жилых многоэтажных зданиях массовой застройки, построенных после принятия постановлений Госстроя РФ о необходимости повышения теплозащитных показателей наружных ограждающих конструкций

Таким образом, ужесточение требований к воздухопроницаемости оконных заполнений привело к нарушению принципа естественной вентиляции многоэтажных зданий – воздух в квартиры поступает через неплотности оконных заполнений – и необеспеченности требований по нормативному воздухообмену и в результате к ухудшению микроклимата помещений, а открытие фрамуг и проветривание приводит к переохлаждению помещения и увеличению теплозатрат на отопление.

Цель исследования – путь снижения затрат тепловой энергии на вентиляционный воздухообмен и улучшения параметров внутреннего воздуха; это использование искусственной инфильтрации, полученной путём внесения изменений в конструкцию ограждения, непосредственно за отопительным прибором.

Результаты исследования и их обсуждение

Авторами были произведены расчёты по определению тепловых затрат на нагрев нормируемого количества воздуха с использованием искусственной инфильтрации воздуха и по определению тепловых затрат на нагрев воздуха при проветривании помещения в течение 10 минут с помощью открытия одной фрамуги.

Полученные данные приведены в табл. 1 и 2.

pic_8.tif

Рис. 3

Таблица 1

Определение теплозатрат на нагрев нормируемого количества воздуха с использованием искусственной инфильтрации воздуха

Температура, °С

Необходимый воздухообмен в жилом помещении, м3

Площадь общего живого сечения отверстий для нормируемого воздухообмена, м2

Теплозатраты на нагрев нормируемого количества воздуха, Вт

–40

140

0,019

2814

–35

0,020

2579,5

–30

0,021

2345

–25

0,022

2110,5

–20

0,024

1876

–15

0,025

1641,5

–10

0,027

1407

–5

0,030

1172,5

0

0,034

938

4

0,038

750,4

5

0,039

703,5

10

0,047

469

15

0,048

234,5

Таблица 2

Определение теплозатрат на нагрев воздуха при проветривании помещения в течение 10 минут с помощью открытия фрамуги окна

Температура, °С

Площадь живого сечения приоткрытой фрамуги окна, м2

Количество врываемого через окно воздуха, м3

Количество врываемого через окно воздуха, м3/10 мин

Теплозатраты на нагрев нормируемого количества воздуха, Вт

–40

0,34

2448

408

8201

–35

2350

392

7217

–30

2240

373

6253

–25

2130

355

5351

–20

2007

335

4483

–15

1873

312

3660

–10

1738

290

2911

–5

1579

263

2204

0

1420

237

1585

4

1261

210

1126

5

1224

204

1025

10

1004

167

560

15

991

165

277

Таблица 3

Площадь квартиры Sпом, м2

Высота помещения h, м

Средняя температура внутреннего воздуха ti, °С

Температура наружного воздуха tm, °С

Теплозатраты на нагрев нормируемого количества воздуха, Вт

85

2,8

20

–40

12029,472

–20

8019,648

0

4009,824

10

2004,912

15

1002,456

90

2,8

20

–40

12936,672

–20

8624,448

0

4312,224

10

2156,112

15

1078,056

100

2,8

20

–40

14157,696

–20

9438,464

0

4719,232

10

2359,616

15

1179,808

Также был сделан расчёт по определению тепловых затрат на нагрев воздуха в квартирах с площадью 85, 90 и 100 м2 [1].

Заключение

По полученным данным видно, что теплозатраты на нагрев нормируемого количества воздуха, с использованием искусственной инфильтрации, составляют примерно 20–23 % от общих теплозатрат помещения, а теплозатраты при открытии фрамуги окна составляют 50–70 %.

Из вышеизложенного можно сделать вывод, что использование искусственной инфильтрации способствует снижению затрат тепловой энергии на воздухообмен и улучшению параметров микроклимата жилого помещения.

Рецензенты:

Моисеев Б.В., д.т.н., профессор, научно-исследовательский сектор, ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный архитектурно-строительный университет», г. Тюмень;

Чекардовский М.Н., д.т.н., профессор, кафедра «Теплогазоснабжение и вентиляция», ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный архитектурно-строительный университет», г. Тюмень.


Библиографическая ссылка

Афонин К.В., Жилина Т.С., Сазонова Е.О. ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЙ СПОСОБ СОЗДАНИЯ КАЧЕСТВЕННОЙ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ В ЖИЛЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 11-1. – С. 16-20;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=39276 (дата обращения: 23.09.2018).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252