Pages Navigation Menu

Повышение уровня теплоизоляции ограждающих конструкций. Часть 2

Сокращение потерь тепловой энергии.Сравнительный анализ затрат для многоквартирного жилого здания

Начало читайте  в части 1 ТЕПЛОВАЯ ЭНЕРГИЯРасчет трансмиссионных потерь тепловой энергии на отопление Q г/огр, кВт∙ч/год, рассматриваемого многоквартирного жилого здания за отопительный период произведем по формуле:Q г/огр=0,024∙ГСОП∙Σn/i=1Ai/Ri ∙ n, (1) где 0,024 – переводной коэффициент потерь тепловой энергии через наружные ограждающие конструкции из Вт∙сут в кВт∙ч (1 сут = 24 ч, 1 Вт = 0,001 кВт, 1 Вт∙сут = 0,024 кВт∙ч); ГСОП – градусо-сутки отопительного периода, принятые для жилого здания, расположенного в г. Санкт-Петербурге, равными 4796 °C• сут/год (см. данные табл. 1);Ai – площадь i-го типа наружной ограждающей конструкции (стены, окна, покрытия и т.д.), принимаемая для рассматриваемого здания по таблице 3; Ri – приведенное сопротивление теплопередаче i-го типа наружной ограждающей конструкции, принятого равным требуемому, – Rmp/o, м2 • ºС/Вт, из таблицы 3 в зависимости от группы требований по различным нормативам к уровню тепловой защиты, – по СП 50.13330.2012 Rmp/СП, СНиП 23-02-2003 Rmp/СНиП, National Building Code of Finland, Part D3 Rmp/D3 соответственно; n – коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающих конструкций (стен, окон, покрытия и т.п.) по отношению к наружному воздуху и уменьшающий разность температур для отдельного ограждения, не соприкасающегося с наружным воздухом; для наружных стен, окон и балконных дверей, совмещенного покрытия, перекрытий над проездами и под эркерами n принимается равным 1, для цокольного перекрытия над помещениями подземной автостоянки, с учетом температуры воздуха в них tподз = 5 °С, коэффициент n рассчитан по формуле: n = (tв-tподз)/(tв-tн)=(20-5,0)/(20-(-26))=0,33, (2) где tв – расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания, °С, принимаемая по ГОСТ 30494 [5] для теплотехнического расчета ограждающих конструкций жилых зданий равной 20 °С; tподз – расчетная температура внутреннего воздуха в помещениях подземной автостоянки, принятая для рассматриваемого здания равной (tподз= 5,0 °С); tн – расчетная температура наружного воздуха в холодный период года, °С, принимаемая по СНиП 23-01[4] равной средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92; для климатических условий Санкт-Петербурга принимаемая равной «минус» 26 °С.  Рассчитаем по формуле (1) для рассматриваемого многоквартирного жилого здания потери тепловой энергии через наружные ограждающие конструкции за отопительный период, используя минимальные требования к уровню тепловой защиты ограждающих конструкций, принятые из таблицы 3 по различным нормативным документам, – СП 50.13330.2012 (Q г/ огр(СП)), СНиП 23-02-2003 (Q г/ огр(СНиП)), National Building Code of Finland, Part D3 (Q г/ огр(D3)) соответственно.  Получим: – по СП 50.13330.2012 – (Q г/ огр(СП), кВт∙ч/год (Q г/ огр(СП)=0,024∙ГСОП∙Σn/i=1Ai/mp/Ri(СП) ∙ n,= =0,024 ∙ 4796 ∙ (Aст/тр/Rст(СП)+Aок/тр/Rтр/ок(СП) + Aдв/ тр/Rтр/дв(СП) + Aпокр/тр/Rтр/покр(СП) + Aперекр/тр/Rтр/ перекр(СП)+n ∙ Aц.перекр/тр/Rтр/ц.перекр(СП) = = 0,024∙4796 ∙ (21 813,0/1,94+5 826,8/0,49+45,3/0,79+1 448,5/3, 68 + 22,5/3,68 + 0,33 ∙ 1 221,3/1,34) = 2 750 189 (кВт∙ч/год); – по СНиП 23-02-2003 – Qг/огр(СНиП), кВт∙ч/год Qг/огр(СНиП) = 0,024∙ГСОП∙Σn/i = 1Aj/тр/Rj(СНиП) = 0,024 ∙ 4796 ∙ (Aст/тр/Rст(СНиП)+Aок/тр/Rтр/ ок(СНиП) + Aдв/тр/Rтр/дв(СНиП) + Aпокр/тр/Rтр/ покр(СНиП) + Aперекр/тр/Rтр/перекр(СНиП)+n ∙ Aц.перекр/ тр/Rтр/ц.перекр(СНиП) = 0,024 ∙ 4796 ∙ (21 813,0/3,08 + 5 826,8/0,51 + 45,3/0,79 + 1 448,5/4,60 + 22,5/4,60 + 0,33∙ 1 221,3/1,34) = 2 208 286 (кВт∙ч/год); – по стандарту National Building Code of Finland, Part D3 – Q г/ огр(D3), кВт ∙ ч/год Q г/ огр(D3 = 0,024∙ГСОП∙Σn/i = 1Aj/тр/Rj(D3) ∙ n = = 0,024 ∙ 4796 ∙ (Aст/тр/Rст(D3)+Aок/тр/Rтр/ок(D3) + Aдв/ тр/Rтр/дв(D3) + Aпокр/тр/Rтр/покр(D3) + Aперекр/тр/Rтр/ перекр(D3) + Aц.перекр/тр/Rтр/ц.перекр(D3)= =0,024 ∙ 4796 ∙ (21 813,0/5,88 + 5 826,8/1,0 + 45,3/1,0 +1 448,5/11, 11 + 22,5/11,11 + 1 221,3/3,85) =1 154 656 (кВт∙ч/год).  Таблица 4. Результаты расчета в различных единицах измерения тепловой энергии

Результаты расчета по стандарту

Годовой расход тепловой энергии через наружные ограждающие конструкции
(трансмиссионные потери тепловой энергии)

кВт∙ч/год

МДж/год*

Гкал/год**

СП 50.13330.2012

2 750 189

9 900 680

2 365

СНиП 23-02-2003

2 208 286

7 949 830

1 899

National Building Code of Finland, Part D3

1 154 656

4 156 762

993

Примечания:
* Расход тепловой энергии в МДж/год вычислен исходя из следующего соотношения:
1 МДж/год = 3,6 кВт∙ч /год.
** Расход тепловой энергии в Гкал/год вычислен исходя из следующего соотношения:
1 Гкал/год = 86∙10-5 кВт∙ч /год.

В табл. 4 приняты следующие коэффициенты пересчета величин тепловой энергии: 3,6 – коэффициент пересчета удельного годового расхода электрической энергии из кВт ∙ ч/год в МДж/год: 1 кВт ∙ ч/год=3600 кДж/год = 3,6 МДж/год; 86 ∙ 10–5 – коэффициент пересчета годового расхода тепловой энергии из кВт ∙ ч/год в Гкал/год: 1 кВт ∙ ч/год=3600 кДж/год =3,6 ∙ 106 Дж/год = 3,6 ∙ 106/4,187 кал/год = =3,6 ∙ 10-3/4,187 Гкал/год =86 ∙ 10 – 5 Гкал/год.Как видно из данных в табл. 4, наибольшие потери тепловой энергии через наружные ограждающие конструкции за отопительный период наблюдается для здания, спроектированного по СП 50.13330.2012 (актуализированной редакции СНиП 23-02- 2003), наименьшие – по стандарту Финляндии. Потери тепловой энергии через наружные ограждающие конструкции здания,спроектированного по минимальным требованиям СНиП 23-02- 2003 окажутся на 20 % меньше по сравнению с аналогичными требованиями СП 50.13330.2012 (2 365 Гкал), введение в действие которого планируется в следующем году.  Для сравнения подходов разных стран к вопросам энергосбережения, потери тепловой энергии через наружные ограждающие конструкции здания, построенного по нормам Финляндии (993 Гкал) окажутся на 58 % (более чем в 2 раза) меньше по сравнению нормами СП 50.13330.2012 (2 365 Гкал). ЭКОНОМИЯ Рассмотрим эту задачу с экономической точки зрения. Стоимость 1 Гкал для С.-Петербурга примем равной 1175 руб. Умножим эту величину на годовой расход тепловой энергии через наружные ограждающие конструкции, рассчитанный по разным нормативам в табл. 4. Как следует из данных табл. 5, с предполагаемым приведением новых норм к уровню тепловой защиты СП 50.13330.2012 жители нашего «образцового» многоквартирного здания будут платить на 547 550 руб. больше, т. е. примерно по «лишней» 1000 рублей на квартиру. Не так и много. Но это только в первый год эксплуатации здания. Ведь тарифы не стоят на месте. Их среднегодовой рост в С.-Петербурге за последние 10 лет составляет 15 %.  Таблица 5.
Результаты расчета для рассматриваемого многоквартирного жилого здания
 

Результаты расчета по стандарту

Годовой расход тепловой энергии через наружные ограждающие конструкции, Гкал/год

Годовая стоимость тепловой энергии на отопление здания при учете только трансмиссионных потерь, руб/год

СП 50.13330.2012

2 365

2 778 875

СНиП 23-02-2003

1 899

2 231 325

National Building Code of Finland, Part D3

993

1 166 775

Из табл. 5 также следует, что если уже сегодня мы примем требования к уровню тепловой защиты, равные требованиям стандарта по теплоизоляции Финляндии, то уже в первый год эксплуатации жильцы (в лице управляющей домом компании) сэкономят 1 612 100 руб. в год по сравнению с затратами, обусловленными требованиями СП 50.13330.2012. При росте тарифов 15% в год через 5 лет эта разница будет составлять уже 3 224 200 руб. (в год), через 10 лет – 6 448 400 руб. (в год).  Произведем расчет стоимости тепловой энергии на отопление рассматриваемого здания только при учете трансмиссионных потерь тепловой энергии за 10, 30 и 50 лет его эксплуатации при различном уровне тепловой защиты ограждающих конструкций (по стандартам СП 50.13330.2012, СНиП 23-02-2003, National Building Code of Finland, Part D3, соответственно) и с учетом динамики роста тарифов – 15 % в год. Результаты последовательного суммирования расходов граждан рассматриваемого здания за тепловую энергию при учете только трансмиссионных потерь тепловой энергии представлены в табл. 6.  Таблица 6Результаты последовательного суммирования расходов граждан 

Расчет по стандарту

Общие расходы жильцов многоквартирного здания за тепловую энергию, руб.

За первый год эксплуатации

За 10 лет эксплуатации

За 30 лет эксплуатации

За 50 лет эксплуатации

СП 50.13330.2012

2 778 875

56 421 495

1 208 102 419

20 057 131 320

СНиП 23-02-2003

2 231 325

45 304 194

970 057 714

16 105 070 772

National Building Code of Finland, Part D3

1 166 775

23 689 871

507 249 768

8 421 450 909

 Примечание. Расчеты произведены по формуле геометрической прогрессии: Расходы жильцов здания за тепловую энергии за 10, 30, 50 лет эксплуатации, представленные в таблице 7, произведены по формуле геометрической прогрессии: Sn=(a1-a1∙qn)/(1-q), где a1 – расходы жильцов за тепловую энергию в первый год эксплуатации (2 778 875 руб, 2 231 325 руб, 1 166 775 руб по различным, принятым для сравнения, нормативам); q – среднегодовая норма роста тарифов на тепловую энергию, для рассматриваемого примера q=1,15 (15 %); n – рассматриваемый период эксплуатации здания (10, 30 и 50 лет).  Таким образом, мы получаем, что за 10 лет эксплуатации управляющая зданием компания (ТСЖ, ЖСК и т.п.) при переходе на требования к уровню тепловой защиты согласно СП 50.13330.2012 (актуализированная редакция СНиП 23-02-2003) по сравнению с требованиями «устаревшего» стандарта (СНиП 23-02-2003) потратит дополнительно 10,1 млн руб за тепловую энергию, за 30 лет эксплуатации – 238 млн руб., за 50 лет – почти 4 млрд руб. Полагаем, для любого ТСЖ эти средства гораздо целесообразнее будет потратить, например, на реконструкцию дома, текущий ремонт кровли и фасадов, замену вышедшего из строя оборудования, обустройство во внутридворовой территории детской площадки, вместо того, чтобы отапливать улицу вокруг здания.  ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ (ТЭР) Не секрет, что экономика нашей страны зависит от объема и цен на энергетические ресурсы. Определим годовой расход ТЭР при различных требованиях к уровню тепловой защиты одного и того же здания, – рассматриваемого нами в примере 25-ти этажного жилого многоквартирного. Годовой расход топливно-энергетических ресурсов в здании Q г/ТЭР, килограмм условного топлива/год (далее по тексту, – кг.у.т./год), при учете только трансмиссионных потерь тепловой энергии, определим по формуле: Q г/ТЭР = (Q г/огр ∙ 106⁄Q (усл.т), (3) где Q г/огр – годовой расход тепловой энергии через наружные ограждающие конструкции здания за отопительный период, Гкал/(год); принимается по данным таблицы 5; 106 – коэффициент пересчета годового расхода тепловой отопительный период из Гкал/год в ккал/год; Q (усл.т) – теплота сгорания условного топлива, принимаемая равной 7000 ккал/кг.у.т.По формуле (3) произведем расчет годового расхода ТЭР при учете потерь тепловой энергии через наружные ограждающие конструкции здания за отопительный период при различных требованиях к минимальному уровню тепловой защиты ограждающих конструкций.  Получим: – по СП 50.13330.2012, – Q г/ТЭР(СП), кг.у.т./год Q г/ТЭР(СП) = (Q г/огр(СП) ∙106) ⁄Q(усл.т) = (2 365∙ 106) ⁄ 7000 = 337 857 (кг у.т./год); – по СП 50.13330.2012, – Q г/ТЭР(СНиП), кг.у.т./год Q г/ТЭР(СП) = (Q г/огр(СНиП) ∙106) ⁄Q(усл.т) = (1 899 ∙ 106 ) ⁄ 7000= 271 286 (кг у.т./год); – по National Building Code of Finland, Part D3, – Q г ТЭР(D3), кг.у.т./год Q г/ТЭР(СНиП) = (Q г/огр(СНиП) ∙106) ⁄Q(усл.т) = (993 ∙ 106 ) ⁄ 7 000 = 141 857 (кг у.т./год). Необходимо отметить, что расчет ТЭР по формуле (3) учитывает только потери, произведенные при отоплении непосредственно в здании. С учетом того, что дополнительно к трансмиссионным затратам значительная часть тепловой энергии расходуется на транспортировку теплоносителя от котельной к зданию, а также при производстве тепловой энергии в котельной, по факту суммарные затраты ТЭР будут для рассматриваемого здания в 2–2,5 раза выше рассчитанных по формуле (3). Результаты расчета представлены в табл. 7.  
Таблица 7

Результаты расчета по стандарту

Годовой расход тепловой энергии через наружные ограждающие конструкции, Гкал/год

Годовой расход ТЭР на отопление здания при учете только трансмиссионных потерь тепловой энергии, кг.у.т./год

СП 50.13330.2012

2365

337 857

СНиП 23-02-2003

1 899

271 286

National Building Code of Finland, Part D3

993

141 857

В табл. 6 представлены результаты расчета ТЭР, расходуемых непосредственно в здании. С учетом потерь тепловой энергии при производстве и транспортировке ТЭР, затраты первичных ТЭР (нефти, газа и т.п.) будут в несколько раз выше по сравнению с данными, представленными в табл. 8. Произведем расчет ТЭР на отопление рассматриваемого здания только при учете трансмиссионных потерь тепловой энергии за 10, 30 и 50 лет эксплуатации здания при различном уровне тепловой защиты ограждающих конструкций.  
 
Таблица 8
Результаты последовательного суммирования затрат ТЭР представлены
 

Расчет по стандарту

Затраты ТЭР на отопление рассматриваемого здания, кг.у.т.

За первый год эксплуатации

За 10 лет эксплуатации

За 30 лет эксплуатации

За 50 лет эксплуатации

СП 50.13330.2012

337 857

3 378 570

10 135 710

16 892 850

СНиП 23-02-2003

271 286

2 712 860

8 138 580

13 564 300

National Building Code of Finland, Part D3

141 857

1 418 570

4 255 710

7 092 850

Из данных табл. 8 следует, что за 10 лет эксплуатации при переходе на стандарт СП 50.13330 в рассматриваемом здании будет дополнительно затрачено (3 378 570 – 2 712 860) = 665 710 кг.у.т. 665,7 тонн условного топлива (т.у.т.), а с учетом затрат на производство и транспортировку ТЭР к зданию минимум 1 331,4 т.у.т. За 50 лет эксплуатации при переходе на новые, – «облегченные» – стандарты к уровню тепловой защиты ограждающих конструкций, дополнительные потери ТЭР в рассматриваемом многоквартирном здании через наружные ограждения составят примерно 3280 т.у.т., а с учетом их транспортировки к зданию и производства – более 6560 т.у.т. И это получено в отношении только одного многоквартирного жилого здания.  Источники1. СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий (актуализированная редакция СНиП 23-02-2003, – предполагается к введению в действие с 2013 г.). 2. СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий (действующая редакция). 3. National Building Code of Finland, Part D3. 4. СНиП 23-01-99*Строительная климатология (действующая редакция). 5. ГОСТ 30494-96 Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях. 
Н.И. Ватинд.т.н., профессор, декан инженерно-строительного факультета ФГБОУ ВПО «СПбГПУ» Д.В. Немоваинженер кафедры ТОиЭС ФГБОУ ВПО «СПбГПУ» П.П. Рымкевичк.ф.-м.н., профессор кафедры физики ФВГОУ ВПО «Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского»А.С. Горшковк.т.н., докторант кафедры Интеллектуальных систем и защиты информации ФГБОУ ВПО «СПбГУТиД»