Источник вторичных энергоресурсов – вентиляционные выбросы жилых квартир
Массовое появление герметичных окон в Европе в 70-е годы прошлого столетия во многом было инициировано мировым энергетическим кризисом. При энергетическом аудите жилых зданий было нетрудно убедиться в том, что неконтролируемая инфильтрация холодного воздуха через окна – слишком большая роскошь в плане энергосбережения. Герметичные стеклопакеты позволили значительно увеличить сопротивление теплопередаче оконных блоков за счет использования низкоэмиссионных стекол и благородных газов, что затруднительно или вообще невозможно было сделать при остеклении листовым стеклом.
Но оказалось, что две благие цели – создание благоприятного микроклимата в помещении и энергосбережение – противоречат друг другу. Высокая герметичность современных окон сделала практически неработоспособными системы естественной вентиляции. В квартирах ухудшилась комфортность проживания: имеет место высокая влажность и низкое качество воздуха, возрастает вероятность грибковых поражений конструкций. На первый взгляд противоречие неразрешимо: либо нужно возвращаться к «старой доброй столярке», либо забыть об энергосбережении. Необходимо отметить, что сегодня на подогрев приточного воздуха за отопительный сезон тратится энергии несколько больше, чем на отопление (рис. 1).
Рисунок 1.
Структура годового тепло- и энергопотребления 17-этажного трехсекционного типового жилого дома П-44
Решение этой проблемы есть – утилизация сбросного тепла вытяжного воздуха. Данная технология позволяет разрешить противоречие между энергоэффективностью и комфортностью жилья. Подача свежего воздуха через приточные, например, стеновые клапаны и последующая утилизация сбросного тепла вентвыбросов решают эту проблему.
Рассмотрим подробнее температурно-влажностный режим внутреннего воздуха в квартирах с естественными системами вентиляции.
Оценка температурно-влажностного режима внутреннего воздуха в квартирах с естественными системами вентиляции проводилась на основе экспериментальных натурных данных о тепловом режиме квартир-представителей типового 17-этажного жилого дома серии 111-355 МО по адресу: Москва, мкр. Никулино-2, ул. Академика Анохина, д. 50 (рис. 2).
Рисунок 2.
17-этажный жилой дом (Москва, мкр. Никулино-2, ул. Академика Анохина, д. 50)
В 10 заселенных квартирах-представителях (далее – объекты) были установлены датчики (устройства Smart Logger SR), автоматически регистрирующие температуру и влажность внутреннего воздуха (рис. 3).
Рисунок 3.
Устройство, автоматически регистрирующее температуру и влажность внутреннего воздуха
При выборе объектов исходили из условия равномерного их распределения по дому. Однако в реальности на это повлияла конкретная ситуация с жильцами дома, некоторые из которых отказались разместить у себя регистрирующие устройства. Но, несмотря на это, выбранные объекты дают достаточно полное представление о тепловом режиме исследуемого дома. Регистрирующие устройства были размещены в жилых помещениях объектов на уровне 1–1,2 м от уровня пола.
Относительная влажность внутреннего воздуха исследуемых объектов на протяжении всего периода измерений не превышала нормативных значений (табл. 1) и была достаточно низкой. В лучшем положении оказался объект № 6, поскольку здесь относительная влажность внутреннего воздуха была близка к оптимальному значению, установленному СНиП 2.04.05–91 «Отопление, вентиляция и кондиционирование». Возможно, это связано с наличием более герметичной пластиковой «столярки», установленной на данном объекте. Однако при оптимальной влажности возможен дефицит свежего воздуха и нарушение санитарно-гигиенических требований к качеству внутреннего воздуха (кратность воздухообмена).
Таблица 1
| № объекта |
Температура внутреннего воздуха, °С |
Относительная влажность внутреннего воздуха, % |
||||
| минимал. | средняя | максимал. | минимал. | средняя | максимал. | |
| 1 (1 эт.) | 15,643 42 | 21,628 36 | 25,178 72 | 5,571 825 | 27,070 99 | 58,347 41 |
| 2 (1 эт.) | 14,580 27 | 21,275 85 | 24,820 94 | - | - | - |
| 3 (2 эт.) | 14,224 76 | 19,868 18 | 24,107 53 | - | - | - |
| 4 (2 эт.) | 16,702 51 | 21,628 36 | 24,463 9 | - | - | - |
| 5 (3 эт.) | 12,076 2 | 17,406 96 | 22,334 4 | 5,075 639 | 22,209 8 | 51,303 06 |
| 6 (7 эт.) | 17,054 86 | 26,256 92 | 32,948 36 | 12,381 31 | 32,409 62 | 57,562 84 |
| 7 (11 эт.) | 18,813 65 | 21,981 2 | 24,463 9 | - | - | - |
| 8 (11 эт.) | 18,110 55 | 22,334 4 | 26,618 1 | 0 | - | - |
| 9 (15 эт.) | 15,996 84 | 21,628 36 | 25,537 28 | - | - | - |
| 10 (17 эт.) | 16,702 51 | 22,334 4 | 25,896 66 | 0 | - | - |
В табл. 1 сведены обработанные результаты за весь период измерений – минимальные, средние и максимальные значения температуры и относительной влажности внутреннего воздуха на объектах.
В табл. 2 обработанные результаты за весь период измерений температуры и относительной влажности внутреннего воздуха сгруппированы определенным образом. Результаты измерений температур внутреннего воздуха в квартирах разбиты на три группы: ниже 18 °С; 18–22 °С и выше 22 °С. Также приведены процентные соотношения повторяемости за весь период наблюдений каждой из упомянутых трех групп температур внутреннего воздуха.
Таблица 2
| № объекта |
Повторяемость значений температуры внутреннего воздуха, % |
Повторяемость значений относительной влажности внутреннего воздуха, % |
||||
| ниже 18 °С | 18–22 °С | выше 22 °С | ниже 30 % | 30–65 % | выше 65 % | |
| 1 (1 эт.) | 1,606 5 | 60,879 4 | 37,514 1 | 62,825 3 | 37,147 7 | 0 |
| 2 (1 эт.) | 1,606 5 | 72,407 | 25,986 5 | - | - | - |
| 3 (2 эт.) | 20,073 3 | 64,561 6 | 15,365 1 | - | - | - |
| 4 (2 эт.) | 0 | 67,559 2 | 32,440 8 | - | - | |
| 5 (3 эт.) | 60,231 1 | 39,768 9 | 0 | 84,892 9 | 15,107 1 | 0 |
| 6 (7 эт.) | 0,169 1 | 6,623 4 | 93,207 4 | 40,670 8 | 59,329 2 | 0 |
| 7 (11 эт.) | 0 | 56,087 9 | 43,912 1 | - | - | - |
| 8 (11 эт.) | 0 | 41,967 3 | 58,032 7 | 0 | - | - |
| 9 (15 эт.) | 9,526 5 | 58,709 1 | 31,764 4 | - | - | - |
| 10 (17 эт.) | 0 | 35,005 6 | 64,994 4 | - | - | - |
По аналогии с температурами были разбиты на три группы полученные массивы экспериментальных данных по относительной влажности внутреннего воздуха на объектах: ниже 30 %; от 30 до 65 % и выше 65 %. Там же приведены процентные соотношения повторяемости за весь период наблюдений каждой из упомянутых трех групп относительной влажности внутреннего воздуха.
При выборе критериев разбивки массивов экспериментальных данных на интервалы были приняты во внимание нормативы, установленные СНиП 2.04.05–91 «Отопление, вентиляция и кондиционирование», в соответствии с которыми допустимыми условиями внутреннего микроклимата для жилых зданий являются температура и относительная влажность внутреннего воздуха в жилых помещениях, равная соответственно 18–20 °С и 30–65 %. Эти интервалы изменения исследуемых параметров и явились основой для выборки в табл. 2.
Экспериментальные исследования теплового режима жилых квартир показали, что:
- При утилизации 50 % сбросного тепла вентвыбросов жилого фонда в Москве к 2020 году можно будет сократить потребление тепловой энергии примерно на 10 млрд кВт•ч в год, что составляет около 20 % прогнозируемых затрат энергии на теплоснабжение жилого фонда города в 2020 году.
- Уровень температуры внутреннего воздуха на исследуемых объектах в 89,7 % случаев находился выше 18 °С, а в 55,2 % случаев – в интервале 18–22 °С.
- Относительная влажность внутреннего воздуха на исследуемых объектах ни разу за отопительный сезон не превысила допустимого значения в 65 %. В 73,9 % наблюдаемых случаев относительная влажность воздуха находилась ниже 30 %, а в 26,1 % случаев – в интервале 30–65 %, что соответствует наиболее комфортным условиям проживания.
- Средняя температура внутреннего воздуха в квартирах, а соответственно, и средний по всем квартирам температурный потенциал вытяжного воздуха системы вентиляции, осредненный за весь период измерений, составил 21,6 °С.
- Средняя относительная влажность внутреннего воздуха в квартирах, а соответственно, и средняя по всем квартирам относительная влажность вытяжного воздуха системы вентиляции, осредненная за весь период измерений (отопительный сезон), составила 27,2 %.
- Для проведения инженерных расчетов осредненная за год утилизируемая гибридными теплонасосными системами теплохладоснабжения скрытая теплота конденсации водяного пара в вытяжном воздухе вентиляционных выбросов здания может быть при-нята равной 15 кДж/кг сухого воздуха (0,0075 кВт•ч/кг сухого воздуха).
Г. П. Васильев, научный руководитель Центра энергосбережения и эффективного использования нетрадиционных источников энергии в строительном «НИИМосстрой»,
Н. А. Тимофеев, технический директор ОАО «Инсолар-Энерго»,
А. А. Бурмистров, инженер ОАО «Инсолар-Инвест»
Опубликовано в журнале «Энергосбережение» №4/2010