УДК 006.91+536.5
DOI: 10.15587/1729-4061.2021.245794
Визначення теплових втрат у приміщеннях громадського призначення з розробкою алгоритму по впровадженню заходів із енергозбереження
М. Ю. Савченко-Перерва, О. В. Радчук, Л. Г. Рожкова, Г. В. Барсукова, О. Ю. Савойський
Наведені приклади впровадження заходів з енергозбереження у приміщенні загального користування. Впровадження енергозберігаючих заходів на підпри- ємствах значно зменшує постійну складову виробничих витрат.
Як правило, навчальні заклади, як приклад приміщень загального користу- вання, фінансуються з державного бюджету, а економія коштів на комунальні послуги дозволить перенаправити фінанси на розвиток навчальної та наукової бази університету.
Таким чином, основною метою впровадження таких заходів є зменшення витрат на утримання будівель.
Заходи поділяються на три етапи. На першому підготовчому етапі ви- значаються проблемні елементи будівлі та комунікацій, які потребують впро- вадження енергозберігаючих заходів за допомогою спеціального пристрою Fluke Ti25. Проблемні елементи конструкції будівлі були визначені шляхом пов- ного сканування стелі, стін та підлоги за допомогою тепловізора. Велика (бі- льше 10 %) різниця між температурою повітря в приміщенні та температу- рою будівельного елемента вказує на проблемний елемент. Метод дослідження – термографічний.
Наведено приклад сканування стіни приміщення. Різниця температур між лівою та правою стороною стіни становить 2,6 °C (різниця з температурою в приміщенні становить 21 %). Це свідчить про значні втрати тепла через сті- ну. На другому етапі обробки інформації визначаються заходи щодо зменшен- ня споживання енергії. На третьому, етапі – впровадження енергозберігаючих заходів, реалізуються заходи, які безпосередньо впливають на споживання ене- ргії будівлі та ефективне функціонування комунікацій.
Практична актуальність дослідження полягає в отриманні результатів та практичних рекомендацій, які можна застосувати на практиці для підви- щення енергоефективності приміщень та будівель.
Ключові слова: енергозбереження у приміщеннях, енергоаудит будівель, джерела енергії, енергозберігаючі заходи, технологічні заходи, інвестиційні за- ходи.
1. Введення
Нестабільна цінова політика при забезпеченні енергетичними ресурсами приводе до актуалізації питання енергоефективного використання теплової енер- гії. Запровадження заходів енергозбереження є основним напрямком зменшення витрат на утримання приміщень та будівель [1, 2]. З метою підвищення енергое-
Not
a reprint
фективності на багатьох підприємствах проводиться енергетичний аудит, за до- помогою якого встановлюється реальна ситуація з енергопостачання та енергови- тратами [3, 4]. Вельми актуальним стає використання методу мінімізації процесу енергоспоживання [5, 6]. Це відбувається за допомогою розрахунку обґрунтова- них обсягів енергоспоживання та наближення до них, за допомогою оптимізації теплопередачі між процесами, методів енергопостачання та удосконалення харак- теристик технологічних процесів [7, 8]. Цей метод називають пінч-аналізом або інтеграцією процесів [9]. Також актуальним є питання розвитку та вдосконалення методологічних та технічних основ проведення заходів з енергозбереження [1].
Енергоефективність та енергозбереження – ключові поняття забезпечення ефективності як бізнесу, так і держави в цілому[10]. Енергозбереження – це ком- плекс організаційних, правових, виробничих, наукових, економічних, технічних та інших заходів, спрямованих на раціональне використання та економне витрачання паливно-енергетичних ресурсів[11]. Енергоємність виробництва – величина спо- живання енергії та палива на основні та допоміжні технологічні процеси виготов- лення продукції в сфері агропромислового комплексу [12, 13], виконання робіт, надання послуг на базі заданої технологічної системи [14, 15]. Енергоефективність є одним з головних стратегічних напрямків розвитку бюджетної галузі [16, 17], необхідним інструментом досягнення комфортних умов в будівлях закладів осві- ти, охорони здоров’я, дитячих та громадських закладах [18, 19]. Основна мета цих заходів – втілення стандартів життя сучасної європейської спільноти [20, 21].
Ефективне використання енергії – один із інтегральних показників розвит- ку економіки, науки і соціокультурного розвитку нації [22]. За цим показником країни Східної Європи знаходяться у числі тих держав, де стагнація існуючого положення може спровокувати серйозну економічну кризу з наступними масш- табними соціальними потрясіннями. Найскладнішою щодо ефективності вико- ристання енергії залишається ситуація справ у житлово-комунальному компле- ксі [23, 24]. Зношені теплові та водопостачальні станції працюють з низьким коефіцієнтом корисної дії (ККД) і здійснюють постачання через такі ж зношені мережі. Внаслідок цього втрати енергії сягають 45–50 % [25].
Основним завданням сьогодення з питань енергозбереження є необхідність забезпечення ефективного та раціонального використання паливно- енергетичних ресурсів (ПЕР) у всіх галузях промисловості країн Східної Євро- пи. Ці країни є енергодефіцитними державами, які імпортують 75 % природно- го газу та 85 % нафти і нафтопродуктів. Така структура паливно-енергетичного балансу є критичною і неприйнятною з точки зору енергетичної безпеки. Вихо- дячи з цього, одним з основних завдань країн є суттєве зменшення неефектив- ного споживання енергетичних ресурсів. Вирішити це завдання неможливо без цілеспрямованої енергетичної політики, де враховувалися б можливості країни щодо власного видобутку вуглеводнів, розвитку оновлюючої енергетики і енер- гозбереження, переходу економіки до впровадження у виробництво інновацій.
Разом з тим, поетапне та послідовне проведення енергозбереження може дати економію до 1/3 енергоресурсів [16]. Питання проведення енергоаудиту та ене- ргетичного менеджменту для формування заходів з підвищення енергоефекти- вності систем енергозабезпечення є актуальними.
For reading
only
2. Аналіз літературних даних та постановка проблеми
Авторами [9, 14, 17] розглянуто значну кількість видів енергозберігаючих заходів.
У роботі [9] запропоновано організаційні заходи, які включають внутріш- ній енергоаудит, складання енергетичного паспорта підприємства, розробку за- ходів енергозбереження та підвищення ефективності технологічних процесів.
Також до цих заходів відносять моніторинг виконання прийнятих заходів сти- мулювання і мотивація енергозберігаючої поведінки, введення права розпоря- джатися коштами від економії енергоресурсів, встановлення правил закупівлі обладнання для енергоефективних технологій. Однак організаційні заходи є за- ходами швидкої віддачі та іноді не приносять бажаного результату.
Авторами роботи [14] досліджуються технологічні заходи, що є більш ра- дикальними та сприяють швидкому здійсненню економічно ефективних і фі- нансово привабливих інвестицій. Вони передбачають введення стандартів енер- гоефективності в сфері використання виробничих будівель, промислового об- ладнання, впровадження систем оборотного водопостачання, очищення вікон, фарбування стін приміщень світлою фарбою. Також до цих заходів відносять використання відпрацьованого тепла холодильників і кондиціонерів для піді- гріву води, впровадження систем, що забезпечують підвищення коефіцієнту корисної дії електродвигунів в об'єктах зі змінним навантаженням. Крім того, для реалізації енергоефективних проектів може бути потрібна фінансова підт- римка з боку банків і лізингових компаній.
В роботі [17] запропоновано інвестиційні заходи, які сприяють усуненню основних причин низької енергоефективності та в більшості випадків гаранту- ють більш суттєву економію енергоресурсів. Це, перш за все, перехід до альте- рнативних джерел енергопостачання та використання сучасних енергозберіга- ючих технологій виробництва продукції. Заходи даної групи хоч і є найефекти- внішими, однак вимагають більш високих початкових витрат. Крім того, вели- чезне значення для реалізації даних заходів мають організаційні зміни на рівні країни та регіону. До них відносяться – реформа ціноутворення, вдосконалення ринків електроенергії та газу, перехід на інтегроване планування роботи різних джерел енергопостачання.
В роботі [26] наведено результати досліджень аналізу неефективного ви- користання ПЕР та визначено шляхи, засоби і методи по їх економному вико- ристанню. Причиною цього можуть бути об'єктивні труднощі, пов'язані з без- перервним та стрімким зростанням вартості ПЕР, що мотивує до пошуку шля- хів зменшення їх використання.
Одним із таких шляхів є зменшення споживання енергоресурсів виробни- чим устаткуванням. Одним із найбільш енергоефективних виробничих процесів переробної галузі є сушіння. В роботі [27] запропоновано метод удосконалення обладнання для інтенсифікації процесу сушіння дисперсних харчових продук- тів. Встановлено, що завдяки ефективному використанню об’єму сушарки та збільшенню поверхні фазового контакту інтенсифікувався процес сушіння та зменшилася собівартість висушеного продукту. Авторами [28] запропоновано комбінований метод сушіння плодоовочевої сировини з використанням прямо-
Not
a reprint
го електричного нагріву. Встановлено, що розроблений метод призводить до інтенсифікації процесу та значного зменшення його енергоємності при забезпе- ченні встановленої якості готової продукції. В обох згаданих випадках доведе- но значне скорочення споживання енергоресурсів, однак, дуже часто вдоскона- лення технології сушіння тягне за собою ускладнення процесу виробництва та значного підвищення вартості сушильного обладнання.
Іншим варіантом зменшення споживання ПЕР є проведення енергетичного аудиту щодо енергоефективності та енергозбереження.
Відповідно до [29, 30] енергетичний аудит – це систематизований аналіз використання та споживання енергії з метою визначення, кількісного виражен- ня та підготовки звіту про можливості підвищення рівня енергоефективності.
Завданнями проведення енергетичного аудиту будівель згідно [31] є:
– визначення загального стану об'єкта, що споживає ПЕР, його основних підрозділів та технологічних процесів як споживачів ПЕР;
– аналізування балансів споживання ПЕР окремо по кожному виду;
– аналізування балансів споживання ПЕР в енергоємних технологічних установках, технологічних процесах та підрозділах;
– аналізування втрат ПЕР на об'єктах;
– аналізування витрат коштів на ПЕР у собівартості продукції;
– оцінка потенціалу енергозбереження об'єктів;
– оцінка рівня ефективності використання ПЕР;
– аналізування питомого споживання ПЕР і порівняння з чинними норма- ми та нормативами, підготовлення пропозицій щодо його зменшення;
– оцінка ефективності функціонування СЕМ;
– розроблення рекомендацій щодо впровадження енергоощадних заходів з їх техніко-економічною оцінкою.
Комплексні підходи до обстеження споруд при проведенні енергоаудиту включають оцінку [32]:
– мікроклімату приміщень;
– стану огороджувальних конструкцій;
– стану інженерних систем опалення, вентиляції й кондиціювання;
– протипожежної безпеки будівлі;
– теплоенергетичного стану будівлі.
Авторами роботи [33] наведено аналітичні рекомендації, які можуть вико- ристовуватися в якості шаблону інженерами-практиками для оцінки викорис- тання енергії на виробничих об’єктах та впровадження певних заходів з енерго- збереження. В роботах [34, 35] проведено оцінку та аналіз енергоспоживання та впроваджено ряд заходів з енергозбереження для історичних будівель. Запро- поновані заходи значно скоротили енергетичні втрати, однак варіанти змен- шення енерговтрат у приміщеннях громадського призначення були мало дослі- джені. Крім того, не доведено їх максимальну результативність. Тому прове- дення енергетичного аудиту щодо енергоефективності та енергозбереження у приміщеннях громадського призначення та максимальне зменшення енергетич- них та теплових втрат є нагальною потребою.
For reading
only
В роботах [36, 37] вирішуються питання щодо нестачі енергоносіїв на ос- нові нових підходів, з використанням відновлювальних та вторинних джерел енергії. Однак ефективність використання відновлювальних джерел енергії ба- гато в чому залежить від кліматичних особливостей, які ускладнюють викорис- тання сонячної та вітрової енергії або інших природних явищ.
Автором роботи [38] сформовано підходи впровадження енергозберігаю- чих заходів як на підприємствах, так і житлово-комунальних комплексах. Од- нак для вибору певної групи заходів з енергозбереження необхідно виявляти та досліджувати джерела втрат енергії в кожному конкретному випадку.
Проаналізовані вище джерела показують, що в світі відбуваються значні зміни щодо стратегії розвитку енергетики. Передові країни світу визначили комплекс завдань для побудови енергетичних стратегій у ХХІ сторіччі. Голов- ним напрямком розвитку є дотримування нерозривності та узгодженості дій при забезпеченні трьох складових. Перша – енергозабезпечення (безперебійне постачання електричної енергії відповідної якості), друга – енергодоступність (енергоощадність та доступна ціна на електроенергію), третя – енергоприйнят- ність (мінімальний вплив на навколишнє середовище). Ці складові розгляда- ються як основа для досягнення глобальної мети – забезпечення стабільного розвитку, що гарантує стале зростання економіки, рівня життя населення, за- хист навколишнього природного середовища.
Таким чином, підвищення енергоефективності промислового виробництва та зменшення енерговитрат у житлових приміщеннях країн Східної Європи не питання економічної доцільності, а питання виживання. Там, де країни мають достатні власні запаси вуглеводнів, енерговитратне виробництво та значні ви- трати у житлових будинках можуть мати місце за рахунок здешевлення цін на вуглеводні. Проте енерговитратні методи управління є неприйнятними, оскіль- ки нафто- і газовидобувна галузі недоотримують кошти, необхідні для сталого їх розвитку, і починають занепадати. Все це дозволяє стверджувати, що доціль- ним є проведення дослідження, присвяченого впровадженню заходів з енерго- збереження будівель.
3. Мета та задачі дослідження
Метою дослідження є визначення місць значних теплових втрат у примі- щеннях громадського призначення термографічним методом та розробка алго- ритму обстеження всієї будівлі, який дасть можливість підвищити ефективність впровадження заходів з енергозбереження.
Для досягнення мети були поставлені такі завдання:
– дослідити теплові втрати через будівельні вікна;
– дослідити втрати тепла через стіни та двері будівлі;
– дослідити теплові втрати через стелі, підлоги та систему опалення;
– на основі проведеного тепловізійного сканування зовнішніх конструкцій приміщень розробити алгоритм по впровадженню заходів із енергозбереження.
Not
a reprint
4. Матеріали та методи досліджень
На сьогодні, найефективнішим способом для з’ясування причин та джерел втрати тепла та прихованих дефектів будівлі є тепловізійне обстеження.
Тепловізійне обстеження – реєстрація випромінювання об’єкта в інфрачер- воному діапазоні та перетворення теплового зображення у видиме [39]. Це дає змогу перевірити якість стиків панелей і швів, віконних та дверних отворів та інших конструкцій будівель та споруд. Тепловізійне обстеження будівлі прово- дили за методикою, наведеною в [39, 40].
Дослідження проводимо у навчальних приміщеннях будівлі університету, як прикладу приміщень громадського призначення, площею від 5 тис. квадрат- них метрів, де є велика кількість приміщень. Як правило, фізичне розміщення навчальних закладів відбувається в будівлях, яким 30 і більше років та енергоз- берігаючі технології не застосовувалися.
Методика досліджень полягала в наступному. Безпосередньо перед почат- ком обстеження вимірювалась температура внутрішнього та зовнішнього пові- тря. Обстеження огороджувальних конструкцій проводилося при відсутності прямих сонячних променів. Тепловізійні вимірювання проводили при перепаді температур між зовнішнім і внутрішнім повітрям не менше 10–15 °C. Зйомка тепловізором проводиться послідовно по попередньо визначеним ділянкам з покадровим записом термограм і одночасної фотозйомкою цих ділянок.
В результаті фіксації отримували фотографію елементу приміщення і тер- мографічне зображення температури поверхні і температури повітря в примі- щенні. Прилад фіксував маркерами найменшу, середню і найбільшу температу- ру поверхні, яка досліджувалася і автоматично проставляв числові значення в °C. Результати, які отримані приладом, піддавалися експертному аналізу для визначення місць найбільших тепловтрат. Попередньо встановлювали гранич- ний мінімальний рівень тепловтрат, вище якого необхідно виконувати заходи по теплозбереженню. В проведеному дослідженні цей рівень становив 10 і бі- льше відсотків різниця між температурою елемента будівлі і середньої темпе- ратури в приміщенні. Вибір кількість відсотків залежить від фінансової спро- можності підприємства. Чим менший цей показник, тим більше заходів по ене- ргозбереженню необхідно буде провести, тим більше коштів на це необхідно буде витратити. Такі місця додатково досліджувалися експертом і розроблялися рекомендації для будівельників по зменшенню енерговтрат будівлі. Всі проце- дури по проведенню енергоаудиту приміщень представлені у вигляді алгорит- му, який дозволяє згрупувати заходи енергозбереження по елементам будівлі (вікна, стіни, стеля, підлога, двері). Запропонований розрахунковий метод ви- значення економії енергії у кількісному та вартісному вигляді.
Спираючись на третій основний етап енергоаудиту, – етап отримання ін- формації, як основний етап, який передбачає поглиблене ознайомлення з об’єктом енергетичного аудиту, документацією про використання ПЕР, були проведені вимірювання на об’єкті енергетичного аудиту – навчальні приміщен- ня. Вимірювання проводили сертифікованим тепловізором Fluke Ti25 (серійний номер Ті 25-09070166) (США) з похибкою вимірювання 2 % і тепловою чутли- вістю ≤0,1 °C. Під час проведення обстежень температура повітря на вулиці
For reading
only
+9 °C. Навчальне приміщення опалюється централізовано водяним опаленням.
За результатами обстеження, прилад фіксує світлове зображення об’єкту спо- стереження і термографічне зображення, яке різними кольорами позначає тем- пературу поверхні. Найбільша температура і найменша температура об’єкту спостереження приладом позначається у вигляді маркера з цифровим значен- ням абсолютної температури. Також додається графік кольорів і відповідних температур. Обстеження будівлі представлено по групам об’єктів спостережен- ня: вікна, стіни, двері, система опалення та інші елементи.
5. Результати дослідження втрат тепла в приміщеннях 5. 1. Дослідження втрат тепла будівельних вікон
Дослідження будівлі проводять почергово всіх приміщень шляхом повного їх сканування. Елементи будівлі, які мають великі тепловтрати, рівень яких зазначе- но в розділі статті – матеріали та методи, підлягають додатковому аналізу і відно- сять до певного групи (вікна, стіни, дах, підлога, двері, система опалення).
На рис. 1 приведено типові результати обстеження вікон приміщення, про- ведено аналіз причин енерговтрат теплової енергії та запропоновані заходи по їх зменшенню. Характерні місця з різницею температури різних частин вікна вказують на те, що є втрати теплової енергії.
На термографічному зображенні IR004341.IS2 вікна № 1 рис. 1, а, б предста- влено, що максимальна температура стіни всередині приміщення становить 20,3 °C. Аналізуючи термограму IR004341.IS2 обстеження рис. 1, а, визначаємо що температура в місці примикання вікна до стіни становить 16,5 °C, на поверхні скла 17,8 °C. При цьому, температура повітря в приміщенні становить 23 °C.
Відповідно до [41] допустима за санітарно-гігієнічними вимогами різниця між температурою внутрішнього повітря і приведеною температурою внутріш- ньої поверхні огороджувальної конструкції становить: для стін – 4 °C, стелі – 3 °C, підлоги – 2 °C.
Перепад температур становить 12–28 %. Такий перепад температур свід- чить про те, що ущільнення між вікном і стіною не тримає тепло і склопакет вікна теж не тримає тепло. Тому для зменшення енерговитрат тепла необхідно провести будівельникам заміну ущільнення і заміну склопакету.
а б
Not
a reprint
в г
д е
Рис. 1. Результати обстеження вікон приміщення за допомогою тепловізора:
а – термограма вікна № 1 IR004341.IS2; б – видиме світлове зображення вікна
№ 1; в – термограма вікна № 2 і стелі IR004367.IS2; г – видиме світлове зображення вікна № 2 і стелі; д – термограма вікна № 3 IR004342.IS2; е – видиме
світлове зображення вікна № 3
На термографічному зображенні IR004367.IS2 вікна № 2 рис. 1, в, г темпе- ратура стіни становить 18,6 °C, температура стелі біля примикання вікна і стіни становить 10,1 °C, що на 56 % нижче температури повітря в приміщенні. Такий великий перепад температури свідчить про просідання вікна і утворення щіли- ни між верхом вікна і стіни. Тому для зменшення енерговитрат тепла необхідно провести будівельникам ущільнення місця примикання вікна до стіни.
На термографічному зображенні IR004342.IS2 вікна № 3 рис. 1, д, е макси- мальна температура стіни в приміщенні становить 21,3 °C. Температура скло- пакету становить 16,8 °C, температура в місці примикання склопакету до рами становить 17,8 °C. Різниця температур становить 7–27 %. Такий перепад темпе- ратур свідчить про те, що склопакет не герметичний і не тримає тепло, ущіль- нення між склопакетом і рамою має не повне прилягання. Тому для зменшення енерговитрат тепла необхідно замінити склопакет і замінити ущільнення.
For reading
only
5. 2. Дослідження втрат тепла стін та дверей будівлі
На рис. 2 наведено результати обстеження стін приміщень будівлі. Темпе- ратура повітря в приміщеннях 1 та 2 становить 22,5 °C. На термограмі IR004358.IS2 стіни приміщення 1 рис. 2, а, б зображено, що максимальна тем- пература стіни приміщення 1 становить 20,5 °C.
а б
в г
Рис. 2. Результати обстеження стін приміщень за допомогою тепловізора:
а – термограма стіни приміщення 1 IR004358.IS2; б – видиме світлове зображення стіни приміщення 1; в – термограма стіни приміщення 2
IR004361.IS2; г – видиме світлове зображення стіни приміщення 2
Аналізуючи термографічне зображення IR004358.IS2 приладу Fluke Ti25 (рис. 2, а), можна визначити дві зони із температурою значно меншою. Перша зона має температуру 17,8 °C, де різниця температур становить 21 %, друга зо- на має температуру 15,2 °C, де різниця температур становить 32 % відносно те- мператури повітря в приміщенні.
Аналогічну зону різкого розмежування перепаду температур можна визна- чити по термографічному зображенню IR004361.IS2 стіни приміщення 2 на рис. 2, в, г. Перепад температур можна визначити з 19,3 °С до 17,3 °C, різниця складає 10 %. Додатковий аналіз конструкції будівлі в місцях перепаду темпе- ратури дозволив визначити причини тепловтрат. Так, елемент будівлі, який зо-
Not
a reprint
бражений на рис. 2, а, б і має температуру 15,2 °C, має затікання вологи із даху приміщення і відповідно цей елемент має схильність до промерзання і надмір- ного охолодження. Тому для зменшення енерговтрат теплової енергії необхідно ліквідувати причини затікання зовнішньої вологи з даху приміщення. Аналіз конструкції будівлі в зонах перепаду температури до 17,3 °С і до 15,2 °C згідно рис. 2, а, б, при додаткових обстеженнях вказали на те, що частина стіни при- міщення 2 має зовні інші приміщення. Тобто ця частина стіни не є зовнішнім елементом будівлі, а друга частина стіни є зовнішнім елементом будівлі. Саме та частина, яка є зовнішнім елементом будівлі, має втрати теплової енергії, згі- дно рис. 2, а, б – 13 %, згідно рис. 2, в, г – 10 %. Тому для зменшення енергови- трат тепла необхідно провести зовнішнє утеплення стіни.
На рис. 3 приведено результат обстеження зовнішніх дверей приміщення
№ 1, які використовуються для проходу людей.
а б
Рис. 3. Результати обстеження зовнішніх дверей приміщення № 1 за допомогою тепловізора: а – термограма дверей IR004500.IS2; б – видиме зображення дверей
Аналізуючи термографічне зображення IR004500.IS2 приладу Fluke Ti25 (рис. 3), можна визначити зону в нижній частині дверей, яка має температуру 11,8 °C, що на 31 % нижче температури в приміщенні, яка дорівнює 16 °C. Ана- ліз конструкції дверей і дверної рами в зоні перепаду температури вказали на те, що ущільнення вийшло із ладу. Тому для зменшення енерговитрат тепла не- обхідно замінити ущільнення внизу дверей.
На рис. 4 приведено результати обстеження зовнішніх дверей № 2 примі- щення, які використовуються для проїзду автомобільної техніки.
Аналізуючи термографічне зображення IR004491.IS2, можна визначити зону із температурою 12,1 °C, що на 21 % нижче температури в приміщенні, яка дорівнює 15,5 °C. Аналіз конструкції дверей вказав на те, що верхнє ущільнен- ня між дверима і рамою дверей вийшло із ладу. Тому для зменшення енергов- трат теплової енергії необхідно замінити верхнє ущільнення дверей.
For reading
only
а б
Рис. 4. Результати обстеження зовнішніх дверей № 2 приміщення тепловізором:
а – термограма дверей IR004491.IS2; б – видиме зображення дверей
5. 3. Дослідження теплових втрат стелі, підлоги та системи опалення На рис. 5, 6 приведено результати обстеження стелі приміщень.
а б
Рис. 5. Результати обстеження стелі приміщення 1 тепловізором: а – термограма стелі приміщення 1 IR004487.IS2; б – видиме світлове зображення
стелі приміщення 1
Характерні місця зниження температури поверхні стелі, згідно термограми IR004487.IS2, приведені на рис. 5, з температурою 12,1 °C, що на 23 % нижче температури в приміщенні 1, яка дорівнює 15,7 °C. Також такі проблемні зони стелі, згідно термограми IR004498.IS2 приведені на рис. 6, мають температуру 14,0 °C, що на 22,6 % нижче температури в приміщенні, яка дорівнює 18,1 °C.
Додатковий аналіз конструкції даху над цими проблемними місцями стелі приміщення вказав на протікання вологи через покриття даху. Тому для змен- шення втрат теплової енергії необхідно відремонтувати покриття даху над при- міщеннями.
На рис. 7 наведено результати обстеження підлоги приміщень будівлі.
Not
a reprint
а б
Рис. 6. Результати обстеження стелі приміщення 2 тепловізором: а – термограма стелі приміщення 2 IR004498.IS2; б – видиме світлове зображення
стелі приміщення 2
а б
Рис. 7. Результати обстеження підлоги приміщення тепловізором: а – термограма підлоги приміщення IR004422.IS2; б – видиме світлове зображення
підлоги приміщення
Аналіз термографічного зображення IR004422.IS2 приладу Fluke Ti25 вка- зує на зниження температури на сходах підлоги до 16,3 °C, що на 18,5 % нижче від температури в приміщенні, яка дорівнює 20 °C.
Такий різкий перепад температур вказує на втрату теплової енергії із при- міщення в підвал, який не опалюється. Тому для зменшення теплових втрат не- обхідно утеплити підлогу зовні у підвальному приміщенні.
На рис. 8 приведено приклад результату обстеження елементів системи опалення, а саме батареї. Аналіз термографічного зображення IR004443.IS2 приладу Fluke Ti25 вказує на те, що розподіл теплоносія відбувається знизу з правої сторони по двох секціях, а потім з верхньої частини батареї.
Згідно схеми підключення батареї, яка приведена на рис. 8, теплоносій подається знизу праворуч, а вихід теплоносія відбувається знизу зліва. Таким чином нижня магістраль батареї повинна мати найменший гідравлічний опір і
For reading
only
теплоносій повинен бути в цьому місці однакової температури. Враховуючи, що конструкція батареї дозволяє віддавати тепло конвективним способом, тоб- то зовнішнє повітря нагріваючись рухається від нижньої частини батареї до верхньої, верхня частина батареї повинна мати загальну температуру найвищу.
Це і видно на термографічному зображенні. Таким чином встановлено, що ба- тарея між другою і третьою секціями знизу має сміття, яке не дозволяє тепло- носію розподілятися знизу вверх. Таким чином, щоб збільшити рівномірність нагріву поверхні батареї, і тим самим збільшити її коефіцієнт корисної дії, не- обхідно промити спеціальним розчином, який вимиє сміття із її секції.
а б
Рис. 8. Результати обстеження системи опалення приміщення тепловізором: а – термограма обстеження батареї опалення IR004443.IS2; б – видиме світлове
зображення батареї опалення
5. 4. Розробка алгоритму по впровадженню заходів з енергозбереження в приміщеннях загального призначення
Проведені дослідження дозволяють розробити енергозберігаючі заходи.
Проведення третього етапу енергоаудиту можна представити у вигляді алгори- тму, який приведено на рис. 9.
Кожне підприємство може встановити показник ∆T для визначення перелі- ку енергозберігаючих заходів в залежності від фінансової спроможності. Чим менший цей показник, тим більше коштів необхідно буде витратити на енерго-
зберігаючі заходи.
Not
a reprint
Рис. 9. Алгоритм проведення третього етапу енергоаудиту приміщення загаль- ного призначення: Тп – температура повітря в приміщенні, яке досліджують;
Т(в)min – мінімальна температура на поверхні вікна приміщення; Т(с)min – мі- німальна температура на поверхні стін приміщення; Т(д)min– мінімальна тем- пература на поверхні дверей приміщення; Т(ст)min – мінімальна температура на
поверхні стелі приміщення; Т(п)min – мінімальна температура на поверхні під- логи приміщення; ∆T – допустиме відхилення температури поверхні від темпе-
ратури повітря в приміщенні
Так Визначення приміщень
будівлі, які підлягають енергоаудиту Проведення об- стеження примі- щень будівлі теп-
ловізором
Т(в)min≤∆T Tп-
Т(с)min≤∆T Tп-
Т(д)min≤∆T Tп-
Т(ст)min≤∆T Tп-
Т(п)min≤∆T Tп- Розробка заходів по
енергозбереженню вікон приміщення
Розробка заходів по енергозбереженню
стін приміщення
Розробка заходів по енергозбереженню дверей приміщення
Розробка заходів по енергозбереженню
стелі приміщення
Розробка заходів по енергозбереженню підлогиприміщен-
ня
Впровадження енергозберігаючих
заходів
Розрахунок економічного ефекту від реалізації енер-
гозберігаючих заходів Так
Ні
Ні
Так
Ні
Так
Ні
Так
Ні
For reading
only
Досягнення позитивного ефекту від використання енергозберігаючих за- ходів можна констатувати на основі оцінки економії енергії у кількісному та вартісному вигляді. Порівняння поточних економічних показників діяльності навчального закладу до та після реалізації заходів з енергозбереження визнача- ється за формулою [26]:
, Pt Cft Qft Cht Qht Cet Qet Et Ct n It Zt (1) де Cft – ціна заощадженого умовного палива за діючими тарифами в році t, у.о./т.у.п.;
∆Qft – зменшення постачання умовного палива на підприємство в році t, т.у.п./рік.;
Cht – тариф на закупку теплоенергії в році t, у.о./ГДж;
∆Qht – скорочення споживання тепла зі сторони в році t за рахунок реалі- зації заходів щодо енергозбереження, ГДж/рік;
Cet – тариф на електроенергію, яку одержано від енергосистеми країни в році t, у.о./кВт-год;
∆Qet – скорочення споживання електроенергії від енергосистеми в році t за рахунок реалізації заходів щодо енергозбереження, кВт-год/рік.;
∆Et – скорочення платежів підприємства за забруднення навколишнього середовища в році t, яке зумовлене провадженням заходів з енергоефективнос- ті, у.о./рік;
Ct, It – поточні витрати та капітальні інвестиції в році t, які пов’язані з прид- банням, встановленням та експлуатацією енергозберігаючого устаткування, у.о.;
n – внутрішня норма доходності;
∆Zt – зменшення експлуатаційних витрат на підприємстві в році t, які зу- мовлені реалізацією заходів щодо енергозбереження, крім витрат на обслугову- вання енергозберігаючого обладнання, у.о./рік.
Таким чином, енергоефективність проведення енергозберігаючого заходу Ej можна розрахувати за формулою:
1 ,
1
Ej E
P P
(2)
де Е – початкова енергоефективність.
Енергоефективність після проведення енергозберігаючого заходу є дода- нок початкової енергоефективності на коефіцієнт, що залежить від відносного енергозбереження. Цей коефіцієнт показує, у скільки разів підвищується енер- гоефективність розглянутого корисного ефекту при відносному енергозбере- женні, рівному ΔP/P.
Not
a reprint
6. Обговорення результатів досліджень теплових втрат у приміщеннях загального призначення та запропонованого алгоритму їх усунення
Виконані в роботі дослідження доводять доцільність використання термо- графічного аналізу джерел теплових втрат в приміщеннях.
Обстеження елементів приміщення: вікон, стін, стелі, підлоги, дверей, систе- ми опалення спеціальним приладом – тепловізором Fluke Ti25 дозволяє виявити місця, які мають підвищені тепловтрати. Додатковий аналіз таких місць дозволяє визначити причини енергетичних втрат і запропонувати заходи для їх зменшення.
Дані термографічних обстежень поверхонь елементів будівель (рис. 1–7) вказують на місця значних теплових втрат. Перепад температур в місцях при- микання будівельних конструкцій відносно температури в приміщенні колива- ється в значному діапазоні.
Термографічне сканування місць примикання віконних блоків до стін (рис. 1) показує перепад температури відносно температури повітря в примі- щенні 6,5–13 °C. Такий перепад температур пояснюється неякісним виконан- ням монтажних робіт, просіданням віконних рам та утворенням щілин між вік- ном та стіною, виходом з ладу ущільнень між елементами будівельних конс- трукцій та негерметичністю склопакетів.
Сканування стін приміщень (рис. 2) дає різницю температури поверхні стін та повітря в приміщенні 2–7,3 °C. В першу чергу, це пояснюється незадовіль- ним значенням опору теплопередачі стінових огороджувальних конструкцій.
Крім того деякі елементи стіни мають затіканням зовнішньої вологи через трі- щини, що призводить до промерзання та надмірного охолодження стін.
Отримані термограми обстеження дверей приміщень (рис. 3, 4) показують, що температура поверхонь огороджувальних конструкцій на 3–4 °C менше по- вітря в приміщенні. Це пояснюється відсутністю або виходом з ладу ущільнень між дверима та їх рамою. Крім того, вікна та двері, що підлягали дослідженням, експлуатуються вже більше 30 років та не відповідають вимогам чинних стан- дартів [42].
Отримані значення температури стін та місць примикання будівельних елементів перевищують допустиме значення різниці температур в 1,6–3,3 рази, яке згідно [41] для стін не повинне бути більше 4 °C.
Аналіз термограм обстеження стелі приміщень (рис. 5, 6) показує різницю температур поверхонь та внутрішнього повітря 3,6–4,1 °C. Це пояснюється по- ганим значенням опору теплопередачі стелі. Також додатковий аналіз констру- кції даху над проблемними зонами стелі приміщення вказав на протікання во- логи через покриття даху, що призводить до її промерзання.
Різниця температур для підлоги згідно термограми (рис. 7) становить 3,7 °C. Такий різкий перепад температур вказує на незадовільне значення опору теплопередачі підлоги та втрату теплової енергії із приміщення в підвал, який не опалюється.
Допустимі значення різниці температури згідно санітарно-гігієнічних ви- мог нормативних документів становлять для стелі 3 °C та підлоги 2 °C відпо- відно [41]. Отримані результати досліджень показують перевищення норматив- них значень в 1,2–1,4 рази для стелі та практично в 2 рази для підлоги.
For reading
only
Більшість приміщень закладів громадського призначення побудовані ще в 70-80-х роках минулого століття. Як показує практика, системи опалення даних приміщень є морально застарілими та потребують модернізації. Проведений аналіз обстеження системи опалення приміщення (рис. 8) вказує на сильну за- сміченість теплообмінників, що пояснюється неналежною підготовкою тепло- носія та моральним зносом обладнання. З метою забезпечення рівномірного на- гріву поверхонь радіаторів, і тим самим збільшення їх коефіцієнту корисної дії, необхідно здійснювати регулярне промивання секцій спеціальними розчинами.
Для проведення термографічного аналізу приміщень будівлі запропонова- но алгоритм проведення третього етапу енергоаудиту. Розроблений алгоритм (рис. 9) дозволяє систематизувати процес здійснення енергетичного аудиту приміщень, розбити його на складові та, в результаті, згрупувати заходи енер- гозбереження по елементам будівлі (вікна, стіни, дах, підлога, двері).
Особливістю даного алгоритму є те, що в якості основного параметру ау- диту використовується допустиме відхилення температури поверхні від темпе- ратури повітря в приміщенні ∆T. Кожне підприємство може встановлювати рі- вень відхилення ∆T для визначення переліку енергозберігаючих заходів в зале- жності від своєї фінансової спроможності.
Місця з підвищеною тепловтратою мають температуру поверхні значно меншою, чим температура повітря в приміщенні. В даній роботі розглядалися місця тепловтрат, які мають більше ніж 10 % різниці температур ∆T поверхні і та температури повітря в приміщенні. Така різниця використовується для отри- мання значного економічного ефекту.
Запропонований алгоритм може застосовуватися при проведенні третього етапу енергоаудиту для будь-яких приміщень будівель, які мають значні розмі- ри, тобто велику кількість приміщень. Алгоритм дозволяє провести групування проблемних елементів приміщень (вікон, стін, даху, підлоги, дверей, системи опалення) по всій будівлі. На етапі усунення виявлених недоліків є можливість використовувати спеціалізовані бригади будівельників, що вплине на підви- щення якості, зменшення вартості і термінів виконання цих робіт.
Впровадження будь-яких заходів з енергозбереження повинно обґрунтову- ватися відповідними економічними розрахунками, що дозволяють порівняти діяльність підприємства до і після реалізації енергозберігаючих заходів.
Внутрішні дефекти огогороджуючих конструкцій приміщень при теплові- зійному скануванні можуть бути виявлені тільки в тих випадках, якщо вони вносять зміни в полі температур на поверхні об'єкту. В цьому полягає обме- ження даного дослідження та необхідність проведення попередніх розрахунків та експериментів. При тепловізійному дослідженні може бути виявлений такий дефект, у якого розміри, глибина залягання та теплофізичні характеристики створюють на поверхні тіла зміну поля температур, що дорівнює температурній чутливості приладу.
Подальшим напрямом роботи є визначення теплових втрат приміщень че- рез вентиляційні викиди та дослідження варіантів їх утилізації шляхом викори- стання рекуперативних систем.
