1 стр. из 1

Современные промышленные предприятия занимают производственные помещения, объемы которых достигают 105–106 куб. м и более. Соответственно, строительные конструкции таких зданий имеют площади, составляющие (1,0–1,5)•105 кв. м.

Для поддержания комфортных климатических условий в производственных помещениях необходимо затрачивать определенное количество энергии, прежде всего — тепловой.

Общие затраты энергии на вентиляцию суммируются из затрат электрической энергии на перемещение воздуха вентиляторами по вентиляционным каналам и тепловой энергии на подогрев, а в общем случае — и на охлаждение приточного воздуха.

В табл. 1 показаны годовые затраты энергии на вентиляцию для некоторых предприятий ОАО «ТВЭЛ».

Табл. 1. Годовые затраты энергии на вентиляцию

Как следует из табл. 1, удельный вес годовых затрат энергии на вентиляцию по зданиям ОАО «НЗХК» составлял (44,4–79,0)%, а по зданиям ОАО «ЧМЗ» ~ (53,3–87,4)% от общих затрат, в том числе на нагрев притока расходовалось, соответственно, для первого от 37,4% до 56,9%, а для второго ~ от 47,0 до 66,8%.

Удельные затраты электрической энергии на транспортировку воздуха вентиляционной системой (кВт. ч/куб. м)
Z = N/L,(1)

где L — расход воздуха вентилятора, куб. м/ч; N — установленная мощность электродвигателя привода вентилятора, кВт.
Количество тепловой энергии (кВтч), затрачиваемой на подогрев притока, определяется уравнением:

Q = Cp•с(tn–tcp)LnTп,(2)

где Cp — удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кгград), с — плотность воздуха, кг/куб. м, tn — температура воздуха в рабочих помещениях, регламентируемая нормативными документами, 0С, tcp — средняя температура наружного воздуха за отопительный период, 0С, Ln — расход воздуха приточной системы, куб. м/сек., Tп — длительность отопительного периода, час.

Удельные затраты тепловой энергии выражает уравнение

qуд= Cр•с(tn–tср)/3 600.(3)

Из уравнения (3) следует, что удельные затраты энергии на нагрев приточного воздуха определяются только климатическими условиями рассматриваемого региона, т. е. значениями tср.

Табл. 2. Удельные затраты энергии на вентиляцию, 10-3 кВтч/куб. м

В табл. 2 приведены фактические значения удельных затрат энергии на вентиляцию по предприятиям ОАО «НЗХК», ОАО «ЧМЗ» и ОАО «Машиностроительный завод».

Как следует из табл. 2, средние удельные затраты электрической энергии на перемещение воздуха приточными системами составляли 1,27, вытяжных общеобменных — 1,92, местных вытяжных — 3,83 кВтч на тысячу куб. м. При этом на нагрев приточного воздуха удельный расход тепла превышал затраты электрической энергии на механическое перемещение средствами вентиляции в 2,6–3,9 раза.

Для регионов России, где отопительный сезон составляет значительную часть годового периода, основное потребление энергии вентиляцией связано прежде всего с нагревом приточного воздуха.

Тепловая энергия, подаваемая в производственные здания, расходуется на компенсацию теплопотерь ограждающими строительными конструкциями и уносится с удаляемым воздухом.

Табл. 3. Расчет составляющих теплового баланса в здании 750 ОАО «ЧМЗ»

В табл. 3 приведены результаты расчетов составляющих теплового баланса по зданию 750 ОАО «ЧМЗ».

Как видно из табл. 3, наиболее значимыми источниками нагрева воздуха в здании 750 являются калориферы (5 123 кВт). Их вклад в общий приход энергии нагрева составлял 83,5%. Выделение тепла технологическим оборудованием составляло 12,5%.
Основной расход тепловой энергии в здании 750 связан с потерями тепла с удаляемым воздухом (3 950 кВт, или 64,4%) и теплопотерями здания через его конструкции (1 971 кВт, или 32,1%).

С учетом затрат энергии на технологию (682 кВт) потери тепла через ограждающие конструкции здания 750 составляют 1 971/(6 135+682)=0,289, т. е. 28,9% общего теплопоступления.

Расчет вентиляции и отопления обычно производится исходя из климатических характеристик района предприятия, без учета потерь тепла, связанных с термическими характеристиками строительных конструкций и геометрии здания.

Большинство существующих промышленных объектов сооружены из конструкций, имеющих низкие термические сопротивления, а требования по теплозащите зданий не пересматриваются, что должно делаться с учетом изменения стоимости энергоносителей. Как следствие этого, теплопотери через ограждающие конструкции достигают 20% и более годового потребления энергии зданием [1].

Как отмечалось выше, при расчете вентиляции производственного помещения удельный расход энергии на единицу объема воздуха (уравнение 3) определяется только климатическими условиями и не учитывает теплопотерь зданием.

Для компенсации теплопотерь через строительные и ограждающие конструкции целесообразно в расчет тепла для подогрева приточного воздуха вводить поправочный коэффициент

, (4)

где tn и tв — соответственно, температуры приточного и удаляемого воздуха.

Таким образом, реальные величины расходов тепла для подогрева приточного воздуха должны приниматься с учетом коэффициента kп, характеризующего теплопотери здания. При этом удельные расходы тепла составят

q = (1+ kп)cpс(tп — tх).(5)

Величина «kп» при наличии теплоизбытков может быть отрицательной, что позволяет корректировать расходы тепла для подогрева приточного воздуха.

Теплопотери зданий усугубляются наличием масштабных поверхностей остекления боковых стен и «фонарей» в верхней части здания. Негерметичность остекления и теплопередача через стекла сопровождаются значительными дополнительными теплопотерями.

По данным Государственного оптического института (Санкт-Петербург), для климатических условий средней полосы России потери тепла через обычное двойное остекление на каждые 1 000 кв. м составляют за отопительный сезон более 600 тыс. кВт•ч и могут быть уменьшены за счет применения солнце- и теплозащитных стекол на 20–25%.

Потери тепла зданием через строительные конструкции (кирпичная кладка и бетонные плиты) составляют на каждые 1 000 кв. м поверхности здания для предприятий рассматриваемого региона, соответственно, 400 тыс. кВт•ч, что при поверхности здания площадью 10 тыс. кв. м определит потери тепла за один отопительный сезон в среднем 4 млн. кВт•ч.

Через обычное остекление промышленных зданий теряется за отопительный сезон до 20% тепловой энергии. Еще более значительными могут быть потери через строительные конструкции, величина которых может достигать 30% и более. В конечном итоге до 50% тепла выносится из здания с удаляемым воздухом.

С целью сокращения потерь тепла через остекление целесообразно использовать энергосберегающие светопрозрачные конструкции с применением теплозащитных и светозащитных стекол. Большой эффект дает установка стеклопакетов. Например, для условий Санкт-Петербурга использование стеклопакета с теплосберегающим стеклом обеспечивает экономию в 230 кВт•ч/кв. м (0,2 Гкал) в год.

В комплексе со светозащитным стеклом стеклопакет позволяет экономить до 400 кВт•ч/кв. м (0,34 Гкал).

Применение стеклопакетов с тепло- и солнцезащитным стеклом позволяет сократить поток солнечной энергии в помещение примерно в 5 раз, что решает проблему перегрева зданий в теплый период года. В качестве примера на рис. приведены данные измерений разности температур воздуха в помещении ОТК в здании 745 ОАО ЧМЗ и наружного воздуха за июль 2005 и 2006 гг.

Основными особенностями данного помещения являются:
 -  наличие вертикальной стены площадью 632 кв. м, что составляет около 25% общей площади стены юго-западной ориентации;
 -  размещение контрольно-измерительного оборудования в помещении, для надежной работы которого требуется соблюдение температурного режима не выше 25 0С.

Средняя разность температур воздуха в течение трех суток между помещением ОТК и метеобудкой

Как следует из рис., после установки вместо обычного остекления стеклопакетов с тепло- и солнцезащитным стеклом удалось нормализовать ситуацию в помещении ОТК в наиболее напряженные дневной и вечерний периоды летнего времени — температура в помещении примерно до 20 час. была ниже температуры наружного воздуха.

Повышение экономичности проветривания производственных помещений целесообразно осуществлять за счет сокращения общих энергетических затрат на вентиляцию путем оптимизации расходов приточного воздуха и управления тепловым режимом здания.
Наряду с методами энергосбережения, направленными на уменьшение тепловых потерь через ограждающие конструкции зданий и сооружений, герметизация и утепление оконных проемов дверей, ворот и т. п., основное снижение энергопотребления зданий целесообразно осуществлять за счет применения современных средств вентиляции и ее рациональной организации, которые предусматривают:
 -  частичную или полную рециркуляцию воздуха;
 -  рекуперацию низкотемпературного тепла, удаляемого системами вытяжной вентиляции;
 -  оптимизацию воздухообмена внутри проветриваемых помещений.
 
Применение рециркуляционного способа проветривания позволяет очищенный воздух, подготовленный по тепловлажностным параметрам, повторно использовать для целей вентиляции, что сокращает общий объем выбрасываемого в атмосферу воздуха и энергетические затраты на проветривание.

Применение методов рекуперации позволяет максимально утилизировать низкотемпературное тепло, удаляемое системами вытяжной вентиляции. При этом вентиляционные агрегаты работают в течение длительного времени без догревающего калорифера, что достигается утилизацией тепла до 80% из удаляемого воздуха, и обеспечивается подача необходимых объемов чистого воздуха.

В заключении сделаем следующие выводы:
1. Современные промышленные предприятия требуют для вентиляции производственных помещений больших затрат тепловой энергии для подогрева подаваемого в помещения приточного воздуха.
2. Необходимость компенсации потерь тепловой энергии ограждающими конструкциями существенно увеличивает расход тепла для поддержания параметров микроклимата в производственном здании.
3. Применение современных стеклопакетов с тепло- и солнцезащитными стеклами позволяет сократить расход тепла в зимнее время и решить проблему перегрева воздуха в здании в летний период года.
4. Эксплуатационные затраты на вентиляцию могут быть существенно сокращены за счет надежной тепловой защиты строительных конструкций здания и применения современных методов и средств энергосберегающей вентиляции.

Литература
1. Самарин О. Д. «Современная ситуация с нормированием теплозащиты ограждающих конструкций в зданиях и альтернативная концепция энергосбережения». Инженерные системы/АВОК — Северо-Запад, 2006, № 3. С. 24–28.

Представительство Systemair
101000, Россия, Москва, Архангельский пер., д. 7, стр. 1, офис 2
Тел: +7 (495) 933 1436, 933 1437, 933 1441, 933 1442, 933 1448, факс +7 (495) 933 1431
info@systemair.com.ru   •   www.systemair.com.ru

Полная или частичная перепечатка материалов - только разрешения администрации!