Целта на статията е да посочи анализа на избрания обект, да посочи възможностите за намаляване на топлинното натоварване на сградата през лятото. Въз основа на този анализ са представени ефектите от различните засенчващи конструкции и прилагането на различни видове стъклени конструкции върху енергийната консумация на сградата и нейния вътрешен климат, което е много важно, тъй като ефективната и успешна умствена дейност е възможна само при оптимални вътрешни условия на околната среда.
Новите сгради имат правила, но какво да кажем за старите?
Но какво да кажем за старите сгради? За съжаление, обновяването на обществени сгради, построени между 1960 и 1970 г., не следва критериите за все по-строги регулации. Опитът показва значителни недостатъци, главно по икономически причини. Целта на статията е да представи резултатите от енергиен анализ на избрана училищна сграда, построена през 60-те години. Сравнено е влиянието на подмяната на стъклената облицовка върху изменението на енергопотреблението, както и влиянието върху класификацията на сградата в енергиен клас. В момента в сградите вече се очаква климатизация. Административните и важни училищни сгради вече не се строят без климатик. Поради тази причина разходът на енергия за охлаждане също е важен фактор. За постигане на възможно най-ниска стойност е необходимо тясно сътрудничество на проектанта на строителната част и проектанта на технологичното оборудване от началото на проектирането на сградата до нейното изпълнение. Фазата на проектиране има решаващо влияние върху количеството на потреблението на енергия в сградата.
Анализирана сграда
Анализираната училищна сграда има шест надземни етажа и един подземен етаж, където има изби.
Основни характеристики на формата:
Обща площ: 9 009 m 2
Отопляема площ: 9 009 m 2
Обем на отопление: 3 355 m 3
Височина: 29,7 m
Сградата е била частично реновирана в миналото. Подменени са прозорци и врати, използвано е остъкляване тип 4-16-4 Low-E с алуминиева рамка. Две стълбищни клетки, ориентирани към южната страна, останаха без реконструкция с оригиналното матово остъкляване с дебелина 4 мм. Сградата се отоплява и отоплява от топлофикационна система. Топлината се предава в сградата чрез радиатори, оборудвани с регулиращи клапани с термостатични глави. В сградата няма охлаждане. За да отговорят на изискванията в залата и общото помещение на приземния етаж, има два вентилационни блока с рекуперация, всеки с въздушна мощност 2200 м3/ч. Вентилационните модули образуват допълнително отопление към отоплителната система с радиатори, за да повишат комфорта на хората, които са в залата.
Коефициенти на топлопреминаване на външни опаковъчни конструкции, прозорци и врати
Потреблението на енергия в сградите се влияе до голяма степен от остъклените площи на външната опаковъчна структура (техния дял) и нейните топлинно-технически свойства. През зимата те оказват влияние върху топлинните загуби на сградата, през лятото влияят върху топлинното натоварване на сградата. Ефектът на лятното нестационарно топлинно натоварване върху вътрешния климат може да бъде повлиян не само от топлинно-техническите свойства на остъклените повърхности, но и от използването, респ. липса на външно екраниране.
Въз основа на състава на слоевете от външната структура на избраното училище, коефициентите на топлопреминаване на стените значително надвишават стойностите, разрешени от Правителствено постановление №. 7/2006. По време на частичната реконструкция на сградата са заменени прозорците и външните врати, поради което те отговарят на необходимите критерии. Квалификацията на фасадните конструкции и прозорците на сградата се съдържа в табл. 1.
Данни от раздела. 1 посочва, че сградата не отговаря на валидните в момента критерии за качество на конструкциите. Оста на сградата има ориентация изток - запад, така че стаите са ориентирани или на север, или на юг. В стаите с южно изложение през летните горещини температурата на въздуха в помещенията е висока поради повишената слънчева светлина и липсата на засенчване. Резултатите от локални измервания на температурата на въздуха в помещенията са показани на графиката на ФИГ. 1. Докато температурите на въздуха в помещенията между 31 и 35 ° C бяха измерени от южната страна между 18 и 21 август, температурата на въздуха в помещенията се приближаваше до 30 ° C от северната страна. От фиг. 1 ясно показва, че поради силната пряка слънчева светлина температурата на вътрешния въздух в помещенията значително надвишава температурата на външния въздух. Поради тази причина е необходимо да се климатизира сградата и да се изгради външно засенчване. Тъй като стъкленият портал на стълбите представлява до 27% от площта на южната фасада, той също трябва да бъде подменен предварително.
Фиг. 1 Курсът на дневната температура на въздуха в стаите с изглед на север и юг
Фиг. 2 Промяна във времето на топлинните потоци през остъклените повърхности на фасадата
Резултати от компютърна симулация
За анализ на енергията е използвана собствена програма за симулация на енергия. Въз основа на този анализ са представени ефектите от различните засенчващи конструкции и прилагането на различни видове стъклени конструкции върху енергийното потребление на сградата и нейния вътрешен климат.
С помощта на компютърна симулационна програма бяха извършени следните симулации като част от енергийния анализ на сградата:
- времеви ход на топлинния поток през южната стъклена фасада в различните й изпълнения,
- промяна във времето на полученото топлинно натоварване на сградата за различни варианти на стъклената фасада,
- годишно енергийно потребление на сградата за различни варианти на южната стъклена фасада.
За стъклената фасада на стълбите бяха извършени симулации на разход на енергия с алтернативи:
А. текущо състояние, прозорци с оригинални рамки,
Б. приложение на нова стъклена фасада,
В. нанасяне на нова стъклена фасада с антирефлексно покритие,
Г. прилагане на нова стъклена фасада с външно засенчване на прозорци срещу слънчева светлина.
Характеристиките на отделните алтернативи на решението се съдържат в табл. 2. Коефициентът на засенчване включва съотношението на остъкляване, отражението на слънчевата радиация и ефекта на засенчване.
Нестабилни летни топлинни натоварвания на южната стъклена фасада
За нуждите на топлотехническата оценка на сградата е използвана собствена симулационна компютърна програма. Използвайки симулация, топлинното натоварване на различно ориентирани фасади и общото топлинно натоварване на сградата бяха определени въз основа на проектните условия на метеорологичните данни.
На фиг. 2 показва времевия ход на промяната на външния топлинен товар върху отделните остъклени фасади. На фиг. 3 показва полученото топлинно натоварване на сградата. Очевидно е, че 80% от общото топлинно натоварване преминава през остъклените части на фасадата. Ако стъклената фасада се смени и се изгради външното засенчване, топлинното натоварване ще се намали с до 47%. Получените резултати са обобщени в табл. 3, който съдържа максималните стойности на топлинното натоварване при нестационарно топлинно натоварване на сградата.
Годишно енергийно потребление на сградата
Изискванията за годишното потребление на енергия са определени въз основа на действащата правителствена наредба №. 7/2006. Това изискване е в съответствие с регламентите, директивите и препоръките на ЕС. Нашата собствена симулационна програма беше използвана за оценка на енергията. Определен е разходът на първична енергия за производство на топла вода, климатизация и осветление на сградата.
Консумацията на енергия, преобразувана в първична енергия:
Топла вода: 8,4 kWh/m 2. година
Климатик: 9 kWh/m 2. година
Осветление: 18,0 kWh/m 2. година
Общо: 32,3 kWh/m 2. година
Коефициенти на преобразуване за първична енергия:
- за електричество: e = 2,5 по време на пиково потребление,
- за електричество: e = 1,8 извън пиковото потребление,
- топлофикация: e = 1,12.
Резултатите от изчисленията са показани на графиката на ФИГ. 4 и в табл. 4. При текущото състояние на сградата консумацията на енергия е свързана с първичната енергия 242,8 kWh/(m 2. Година), което съответства на степента на класификация в енергийния клас с маркировка H, т.е. ниска. Чрез прилагане на модерна стъклена фасада и изграждане на засенчване на прозорците на сградата, това потребление на енергия ще падне до 134,5 kWh/(m 2 година) и впоследствие класификацията на сградата ще бъде изместена към категорията, обозначена с E, т.е. по-добра средна стойност.
Фиг. 3 Времево протичане на нестационарно топлинно натоварване на сградата
Фиг. 4 Структура на потреблението на първична енергия за отделни алтернативи за реконструкция на сгради
Обобщена оценка
За да се постигне намаляване на общото потребление на енергия в Унгария, е необходимо да се намали енергийното потребление на сградите. Топлотехническите свойства на гражданските удобства, построени между 1960 и 1970 г., изостават значително от настоящите изисквания. Тези сгради обаче могат да бъдат реновирани само постепенно, в зависимост от наличните финансови ресурси. Различните възможности за получаване на средства от ЕС могат да ускорят процеса на обновяване на сградите.
В тази статия представихме една методология за енергиен анализ и нейното приложение в случай на конкретна сграда. Въз основа на резултатите може да се заяви, че:
- Изпълнението на енергийно ефективни сгради изисква сътрудничеството на архитект и дизайнер на техническо оборудване на сгради от самото начало на строителния процес,
- през остъклените повърхности на конструкцията в сградата влиза решаващ дял от лятното топлинно натоварване, което в случая на нашата сграда представлява 80%,
- подмяна на остъклени повърхности и използването на външна екранировка значително ще намали топлинното натоварване, в анализирания случай е имало намаление с 47%,
- годишното потребление на енергия, преобразувано в първична енергия, е намаляло от първоначалната стойност от 242,8 kWh/(m 2 година) на 134,5 kWh/(m 2 година), което представлява икономия от 45,6%.
От представените резултати се вижда, че в момента е необходимо от енергийна гледна точка да се реконструират всички съществуващи сгради. Решаването на тази задача изисква хармонизиране на дейностите на архитекта и проектанта на техническото оборудване на сградите, което се състои в обновяване на структурата на опаковката и в същото време в обновяване на техническото оборудване на сградите с по-модерна технология . Прилагането на климатик е от съществено значение за ефективната умствена работа.
За да се постигнат икономии на енергия, е необходимо също така да се засенчват остъклените повърхности. Чрез тези мерки постигнатите икономии на енергия представляват дългосрочно намаляване на оперативните разходи. Препоръчителни мерки за обновяване са необходими не само за осигуряване на икономичност, но и за подобряване на комфорта на вътрешната среда, тъй като в момента много сгради имат температури на въздуха в помещенията през лятото, които не позволяват ефективна умствена работа.
При цялостна оценка на мерките за енергоспестяване на училищни сгради би било подходящо да се оцени въздействието на възстановяването на непрозрачни конструкции (стени, покриви и подове). Площите и коефициентите на топлопреминаване на тези конструкции ще повлияят значително на топлинния баланс на отоплението и охлаждането и по този начин произтичащата класификация в енергиен клас.
Д-р László датира в Kajtár, János Szabó
Рецензиран от: проф. Ing. Д-р Иван Чмурни.
Изображения: архив на автори
Снимка на илюстрацията: Tomáš Malý
L. Kajtár е заместник-ръководител на този отдел.
Авторите работят в катедрата по строителни услуги и инженерни технологии на Будапещанския университет за технически и икономически науки.
Литература
1. Bánhidi, L. - Kajtár, L.: Komfortelmélet 2000 Будапеща. Технически дизайн.
2. Ilaria, B. - Vincenzo, C.: Прилагане на методи за оценка на енергията към съществуващия сграден фонд: Анализ на някои жилищни сгради в Торино. В: Енергия и сгради, 2009, бр. 41, стр. 790 - 800.
3. Kajtár, L. - Leitner, A. et al.: Висококачествена термична среда от охладен таван в офис сграда. В: 9-ти световен конгрес на REHVA „Климат на закрито” 2007, Хелзинки, 2007.
4. Kajtár, L. - Hrustinszky, T. et al.: Качество на въздуха в помещенията и енергийно търсене на сгради. В: 9-та международна конференция Здрави сгради 2009, Сиракуза, 2009.
5. Fauchoux, T. M. - Simonson, C. J. - Torvi, A. D.: Ефектът от възстановяването на енергия върху възприетото качество на въздуха, потреблението на енергия и икономиката на офис сградата на вентилатора. В: ASHRAE транзакции, 2007, кн. 112, част 2, стр. 440.
6. Petráš, D - Lulkovičová, O. - Takács, J. - Füri, B.: Възобновяеми енергийни източници за отопление. В: Отопление на семейни и жилищни къщи. Братислава: JAGA, 2005. с. 193 - 217.
7. Petráš, D. - Kalús, D. - Takács, J.– Matej, P: Рационално потребление на енергия при експлоатацията на сгради в промишленото предприятие. В: Acta Mechanica Slovaca, 2004, кн. 8, бр. 3-А.
Статията е публикувана в списание TZB HAUSTECHNIK.