Помощь студентам в учебе
Повышение энергоэффективности вентиляции жилых помещений с учетом физиологических потребностей человека
|
Определения, обозначения, сокращения, нормативные ссылки
Введение
Глава 1. Нормативно-правовая база по вопросам повышения энергоэффективности жилых помещений
1.1. Стандарты параметров микроклимата в помещении
1.2. Нормы воздушного объема и воздухообмена
1.3. Микроклимат жилых помещений
1.4. Тепловой комфорт в помещении
1.5. Нормативы влажности воздуха в жилых помещениях
1.6. Параметры теплового состояния и их оценка
1.7. Нормативные требования по содержанию кислорода и углекислого газа в воздухе жилых помещений
Глава 2. Подбор оборудования для проектирования системы вентиляции жилых домов повышенной энергоэффективности
2.1. Приточно-вытяжная система вентиляции с рекуперацией
2.2. Адаптивные системы вентиляции с переменным расходом воздуха
2.3. Вентилируемые окна и стены
Глава 3. Проведение практических расчетов для конкретного жилого здания
3.1. Изучение естественной вентиляции стандартного жилого здания 28
3.2. Практический расчеты естественного воздухообмена стандартного жилого здания 30
3.3. Практический расчеты принудительной вентиляции стандартного жилого здания 32
Глава 4. Социальная ответственность
4.1. Физические вредные факторы 37
4.2. Микроклимат 37
4.3. Шум и вибрация 38
4.4 Опасное поражение в электрической сети 39
4.5. Психофизические факторы 39
4.6. Экологическая безопасност 40
4.7 Безопасность при чрезвычайных ситуация 41
4.8. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 41
Глава 5. Экономическая часть 41
5.1. Расчет экономии энергии при применении ресурсосберегающих систем вентиляции на примере отдельного проекта 41
5.2. Расчет экономии энергии при применении ресурсосберегающих систем вентиляции на примере того же проекта
5.3. Расчет экономии энергии при комплексном применении ресурсосберегающих систем вентиляции на примере того же проекта индивидуального дома на газовом отоплении
Заключение
Выводы и основные практические результаты
Источники
Введение
Глава 1. Нормативно-правовая база по вопросам повышения энергоэффективности жилых помещений
1.1. Стандарты параметров микроклимата в помещении
1.2. Нормы воздушного объема и воздухообмена
1.3. Микроклимат жилых помещений
1.4. Тепловой комфорт в помещении
1.5. Нормативы влажности воздуха в жилых помещениях
1.6. Параметры теплового состояния и их оценка
1.7. Нормативные требования по содержанию кислорода и углекислого газа в воздухе жилых помещений
Глава 2. Подбор оборудования для проектирования системы вентиляции жилых домов повышенной энергоэффективности
2.1. Приточно-вытяжная система вентиляции с рекуперацией
2.2. Адаптивные системы вентиляции с переменным расходом воздуха
2.3. Вентилируемые окна и стены
Глава 3. Проведение практических расчетов для конкретного жилого здания
3.1. Изучение естественной вентиляции стандартного жилого здания 28
3.2. Практический расчеты естественного воздухообмена стандартного жилого здания 30
3.3. Практический расчеты принудительной вентиляции стандартного жилого здания 32
Глава 4. Социальная ответственность
4.1. Физические вредные факторы 37
4.2. Микроклимат 37
4.3. Шум и вибрация 38
4.4 Опасное поражение в электрической сети 39
4.5. Психофизические факторы 39
4.6. Экологическая безопасност 40
4.7 Безопасность при чрезвычайных ситуация 41
4.8. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 41
Глава 5. Экономическая часть 41
5.1. Расчет экономии энергии при применении ресурсосберегающих систем вентиляции на примере отдельного проекта 41
5.2. Расчет экономии энергии при применении ресурсосберегающих систем вентиляции на примере того же проекта
5.3. Расчет экономии энергии при комплексном применении ресурсосберегающих систем вентиляции на примере того же проекта индивидуального дома на газовом отоплении
Заключение
Выводы и основные практические результаты
Источники
Насущной проблемой современности является повышение эффективности использования энергетических реcурсов. Bо всех ведущих государствах принимаются программы, нацеленные на решение этой проблемы. В России также принимаются соответствующие законодательные акты, примером которых является Федеральный закон от 23.11.2009 N 261-ФЗ (ред. от 13.07.2015) "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности, и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации". Этот закон регламентирует правовое регулирование в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности.
В большинстве стpан мира также разработаны национальные энергетические программы и созданы специальные органы для активного проведения их в жизнь.
Важной причиной общемировой тенденции повышения ноpмативной и реальной теплоизоляционной способности ограждений зданий является не только повсеместное удорожание энергоносителей, но и стремительное истощение запасов органического топлива, потепление климата земли.
Цель работы: обоснование и выбор оптимальных систем вентиляции для энергоэффективного дома.
Задачи работы:
- обосновать выбор типов вентиляции с точки зрения как инженерных решений, так и экономического эффекта;
- изучить влияние выбранных типов вентиляции на обеспечение физиологических потребностей человека;
- провести сравнение реальных проектов с различными видами вентиляции;- Объект исследования: ресурсосберегающие системы вентиляции как инструмент повышения энергетической эффективности здания с учетом физиологических потребностей человека.
Предмет исследования: рекуперативные и адаптивные системы вентиляции с переменным расходом воздуха.
В большинстве стpан мира также разработаны национальные энергетические программы и созданы специальные органы для активного проведения их в жизнь.
Важной причиной общемировой тенденции повышения ноpмативной и реальной теплоизоляционной способности ограждений зданий является не только повсеместное удорожание энергоносителей, но и стремительное истощение запасов органического топлива, потепление климата земли.
Цель работы: обоснование и выбор оптимальных систем вентиляции для энергоэффективного дома.
Задачи работы:
- обосновать выбор типов вентиляции с точки зрения как инженерных решений, так и экономического эффекта;
- изучить влияние выбранных типов вентиляции на обеспечение физиологических потребностей человека;
- провести сравнение реальных проектов с различными видами вентиляции;- Объект исследования: ресурсосберегающие системы вентиляции как инструмент повышения энергетической эффективности здания с учетом физиологических потребностей человека.
Предмет исследования: рекуперативные и адаптивные системы вентиляции с переменным расходом воздуха.
Стремление к созданию зданий с малыми теплопотерями привело к увеличению требований к теплозащитным свойствам ограждающих конструкций (в Европе в 70-х годах прошлого столетии, в России с 2000 года). Применительно к стенам и покрытиям требования к сопротивлению теплопередаче возросли на 150-200%, к окнам на 20-30%, при этом требования к сокращению затрат энергии на вентиляцию были проигнорированы. Требуемый воздухообмен в помещениях, обеспечивающий оптимальный уровень микроклимата в помещении важный параметр. При вентиляции происходит удаление внутренних загрязнений, бактерий, излишней влажности, поддерживается оптимальное соотношение концентраций кислорода и углекислого газа. В летний и зимний период энергия также затрачивается на охлаждение и подогрев вентилируемого воздуха. При составлении энергетических паспортов затраты на вентиляцию в современных зданиях оцениваются в 40-50% всех затрат на отопление. И как бы не утеплялось здание, экономии на вентиляции, без внедрения специальных инженерных мероприятий не достигнуть. Наоборот, чем больше теплозащита здания, тем большая энергии тратится на поддержание требуемых параметров микроклимата. Далее рассматриваются два основных способа повышения энергоэффективности в жилых зданиях при помощи различных систем вентиляции:
В работе рассматриваются два основных способа повышения энергоэффективности в жилых зданиях при помощи различных систем вентиляции:
Первый способ: применение приточно-вытяжной системы вентиляции с рекуперацией.
Именно эти системы чаще всего рассматриваются как метод энергосбережения, при котором удаляемый из здания воздух используется в теплый период года для предварительного охлаждения, а в холодный период - для подогрева приточного воздуха с уменьшением затрат энергии на подогрев приточного воздуха. Для рекуперации используются пластинчатые, роторные и другие рекуператоры. Пластинчатые рекуператоры. Приточный и удаляемый воздух проходят с обеих сторон ряда пластин. Здесь практически исключается контакт приточного и удаляемого воздуха. Такие рекуператоры должны быть оснащены отводами конденсата, так как есть вероятность его образования на пластинах. Выпадения конденсата может привести к образованию льда, следовательно, необходима система размораживания. Рекуперация тепла может регулироваться посредством перепускного клапана, контролирующего расход проходящего через рекуператор воздуха. Пластинчатый рекуператор не имеет подвижных частей. Роторные рекуператоры. В них происходит полный обмен температур двух потоков воздуха. Теплообмен происходит с помощью непрерывно вращающегося между удаляемым и приточным каналами ротором. Такие рекуператоры имеют существенный недостаток присутствует вероятность того, что запахи и загрязнители, выделяемые людьми, мебелью, строительными материалами, могут перемещаться из удаляемого воздуха в приточный. Правильное расположение вентиляторов устраняет этот недостаток. Уровень рекуперации тепла регулируется скоростью вращения ротора. В роторных рекуператорах присутствуют подвижные части. Камерные рекуператоры. Заслонка разделят камеру на 2 части. Удаляемый воздух нагревает одну часть камеры, затем заслонка изменяет направление воздушного потока таким образом, что приточный воздух нагревается от нагретых стенок камеры. Недостаток загрязнения и запахи, содержащиеся в удаляемом воздухе могут передаваться в приточный. Рекуператоры с промежуточным теплоносителем. Обычно используются в системах, где недопустимо смешение потоков воздуха, а также в случаях большого расстояния между приточной и вытяжной установками. Теплоноситель получает тепло удаляемого воздуха с помощью теплообменника, установленного в вытяжной части и передает его подаваемому воздуху с помощью теплообменника, установленного в приточной части установки, который выполняет функцию начального нагревателя. В качестве промежуточного теплоносителя в зависимости от климата используется вода или незамерзающая жидкость, чаще всего 40%-ный раствор этиленгликоля в дистиллированной воде. Тепловые трубы. Данный рекуператор состоит из закрытой системы трубок, заполненных фреоном, который испаряется за счет тепла, отдаваемого вытяжным воздухом. Фреон поступает в теплообменник (конденсатор), находящийся в приточной части установки и конденсируется, отдавая тепло приточному воздуху.
Второй способ повышения энергоэффективности в жилых зданиях - это использование адаптивных систем вентиляции с переменным расходом воздуха. Данные системы обеспечивают поддержание заданных параметров воздуха в зонах обслуживания с различными требованиями к микроклимату при сравнительно низкой стоимости и экономичном энергопотреблении вентилятора. Энергоэффективность достигается за счет принципа, по которому работают такие системы, а именно вентиляция, там, где и когда это необходимо. Элементы системы вентиляции работают в зависимости от потребности каждого помещения, количества людей и вида деятельности. Существует 3 основных типа адаптивных систем: регулируемые вручную, с датчиками движения, датчиками, фиксирующими изменение влажности и концентрацию углекислого газа. В помещении всегда присутствует некоторое количество внутренних загрязнителей, наличие которых связанно с человеческой активностью, обменом веществ. Кроме того их выделяют строительные материалы, предметы быта. Наиболее приемлемыми для жилых помещений являются системы вентиляции с датчиками влажности. Влажность это также относительный показатель состояния загрязненности помещения. Количество влаги напрямую зависит от деятельности человека. Семья из четырех человек в виде испарений выделяет в день около 10-15 л влаги (ванна, душ, кухня, дыхание и физическая деятельность). Эта влага должна быть удалена из помещения. В противном случае она сконденсируется на стенах, за шкафами и в углах помещения, разовьется грибок В основе систем вентиляций с компонентами, реагирующими на повышение/понижение влажности, лежит способность некоторых материалов расширяться при повышении влажности воздуха и сжиматься при снижении влажности воздуха. Поток воздуха настраивается в зависимости от влажности внутри помещения, чем она больше, тем шире открываются заслонки, регулирующие количество поступающего в помещение воздуха. Датчики влажности полностью изолированы от приточного воздуха и фиксируют только изменения внутренней влажности. Технология чувствительности к влажности используется в приточных устройствах, вытяжных решетках в комнатах, где состояние влажности отражает уровень внутренней загрязненности (гостиные комнаты, спальни, кухни, ванные комнаты) При использовании адаптивных систем вентиляции жилые помещения с большими потребностями получают больший поток воздуха, чем пустые помещения. Системы вентиляции с датчиками движения чаще используются в общественных помещениях. Например, они удобны в фитнес клубах. Экономически целесообразным способом повышения энергоэффективности является применение комплекса мер: повышение теплозащиты ограждающих конструкций, внедрение инженерных и конструктивных мероприятий, современных энергосберегающих методов и технологий. Уже сейчас многие объекты не соответствуют принятым не так давно теплотехническим требованиям. Через 5, 10 лет их станет значительно больше. Необходимо искать новые способы повышения энергоэффективности, создавать и внедрять высокие технологии в строительстве. Делать это нужно с учетом уже известных структурных, оптических, теплофизических и акустических недостатков. В дальнейшем они должны адаптироваться к разнообразным требованиям обеспечения жизнедеятельности человека.
Рассмотренные в работе приточно-вытяжная вентиляция с рекуперацией и адаптивная система вентиляции с переменным расходом воздуха являются перспективными способами повышения энергоэффективности жилых зданий.
Проводимые исследования в области эксплуатационных возможностей современного жилища показали, что около 50% тепла, расходуемого на отопление, выбрасывается в атмосферу с удаляемым вентиляционным воздухом, увеличивая тем самым общие энергозатраты инженерных систем.
Рекомендуется использовать двойную систему вентиляции естественную и принудительную. Принудительная система вентиляции изготавливается с теплообменником для подогрева входящего воздуха сбросным воздухом из помещения. Для эффективного теплообмена используются рекуператоры щелевые теплообменники. В системе вентиляции обязательно предусматриваются устройства для сбора конденсата и устанавливаются кварцевые лампы с ультрафиолетовым излучением для обеззараживания воздуха и вентиляционной системы (для предотвращения образования грибка и плесени).
Рекуперация тепла снижает тепловые потери в отапливаемом жилом объеме и экономит энергию на обогрев жилища. Такие системы позволяют сохранить 50-70 % тепла.
В качестве теплообменных устройств могут также использоваться конструктивные элементы жилого дома (стены, перекрытия), выполненные с каналами для приточного и отработанного воздуха, что позволяет за счет утилизации тепла удаляемого воздуха, конструкциями материалом стен и перекрытий осуществлять частичный подогрев приточного воздуха и, тем самым, сокращать общие теплопотери здания. Размещают теплообменные устройства, как правило, в «Тепловом ядре» здания, где имеются повышенные теплопоступления(печь, камин, ванная, кухня).
ВЫВОДЫ И ОСНОВНЫЕ ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
Основные практические результаты работы заключаются в следующем:
1. Изучение мирового и отечественного опыта проектирования, строительства и эксплуатации энергоэффективных домов позволяет выявить основные тенденции повышения уровня экологичности зданий, определить наиболее приемлемые для регионов Сибири варианты систем вентиляции.
2. Определение современных требований к экологически чистому микроклимату жилых помещений:
3. Предложен анализ существующих систем вентиляции с точки зрения повышения энергоэффективости жилых домов.
4. Рассмотрены примеры реальных проектов жилых домов с использованием различных систем вентиляции. Приведены расчеты, демонстрирующие экономическую эффективность применения предложенных инженерных решений систем вентиляции.
5. Сформулированы основные принципы оптимизации микроклимата жилой застройки, влияющего на развитие экопозитивной жилой среды, выполнено ранжирование принципов по уровню их значимости в формировании экопозитивного жилища и предложены приемы их реализации.
6. Предложенные принципы апробированы в ряде рабочих и экспериментальных проектов жилых домов для Томской области.
Реализация выявленных принципов и приемов проектирования систем вентиляции позволит повысить экологичность жилой среды, существенно сократить энергозатраты и ресурсопотребление, повысить качество жизни человека.
В работе рассматриваются два основных способа повышения энергоэффективности в жилых зданиях при помощи различных систем вентиляции:
Первый способ: применение приточно-вытяжной системы вентиляции с рекуперацией.
Именно эти системы чаще всего рассматриваются как метод энергосбережения, при котором удаляемый из здания воздух используется в теплый период года для предварительного охлаждения, а в холодный период - для подогрева приточного воздуха с уменьшением затрат энергии на подогрев приточного воздуха. Для рекуперации используются пластинчатые, роторные и другие рекуператоры. Пластинчатые рекуператоры. Приточный и удаляемый воздух проходят с обеих сторон ряда пластин. Здесь практически исключается контакт приточного и удаляемого воздуха. Такие рекуператоры должны быть оснащены отводами конденсата, так как есть вероятность его образования на пластинах. Выпадения конденсата может привести к образованию льда, следовательно, необходима система размораживания. Рекуперация тепла может регулироваться посредством перепускного клапана, контролирующего расход проходящего через рекуператор воздуха. Пластинчатый рекуператор не имеет подвижных частей. Роторные рекуператоры. В них происходит полный обмен температур двух потоков воздуха. Теплообмен происходит с помощью непрерывно вращающегося между удаляемым и приточным каналами ротором. Такие рекуператоры имеют существенный недостаток присутствует вероятность того, что запахи и загрязнители, выделяемые людьми, мебелью, строительными материалами, могут перемещаться из удаляемого воздуха в приточный. Правильное расположение вентиляторов устраняет этот недостаток. Уровень рекуперации тепла регулируется скоростью вращения ротора. В роторных рекуператорах присутствуют подвижные части. Камерные рекуператоры. Заслонка разделят камеру на 2 части. Удаляемый воздух нагревает одну часть камеры, затем заслонка изменяет направление воздушного потока таким образом, что приточный воздух нагревается от нагретых стенок камеры. Недостаток загрязнения и запахи, содержащиеся в удаляемом воздухе могут передаваться в приточный. Рекуператоры с промежуточным теплоносителем. Обычно используются в системах, где недопустимо смешение потоков воздуха, а также в случаях большого расстояния между приточной и вытяжной установками. Теплоноситель получает тепло удаляемого воздуха с помощью теплообменника, установленного в вытяжной части и передает его подаваемому воздуху с помощью теплообменника, установленного в приточной части установки, который выполняет функцию начального нагревателя. В качестве промежуточного теплоносителя в зависимости от климата используется вода или незамерзающая жидкость, чаще всего 40%-ный раствор этиленгликоля в дистиллированной воде. Тепловые трубы. Данный рекуператор состоит из закрытой системы трубок, заполненных фреоном, который испаряется за счет тепла, отдаваемого вытяжным воздухом. Фреон поступает в теплообменник (конденсатор), находящийся в приточной части установки и конденсируется, отдавая тепло приточному воздуху.
Второй способ повышения энергоэффективности в жилых зданиях - это использование адаптивных систем вентиляции с переменным расходом воздуха. Данные системы обеспечивают поддержание заданных параметров воздуха в зонах обслуживания с различными требованиями к микроклимату при сравнительно низкой стоимости и экономичном энергопотреблении вентилятора. Энергоэффективность достигается за счет принципа, по которому работают такие системы, а именно вентиляция, там, где и когда это необходимо. Элементы системы вентиляции работают в зависимости от потребности каждого помещения, количества людей и вида деятельности. Существует 3 основных типа адаптивных систем: регулируемые вручную, с датчиками движения, датчиками, фиксирующими изменение влажности и концентрацию углекислого газа. В помещении всегда присутствует некоторое количество внутренних загрязнителей, наличие которых связанно с человеческой активностью, обменом веществ. Кроме того их выделяют строительные материалы, предметы быта. Наиболее приемлемыми для жилых помещений являются системы вентиляции с датчиками влажности. Влажность это также относительный показатель состояния загрязненности помещения. Количество влаги напрямую зависит от деятельности человека. Семья из четырех человек в виде испарений выделяет в день около 10-15 л влаги (ванна, душ, кухня, дыхание и физическая деятельность). Эта влага должна быть удалена из помещения. В противном случае она сконденсируется на стенах, за шкафами и в углах помещения, разовьется грибок В основе систем вентиляций с компонентами, реагирующими на повышение/понижение влажности, лежит способность некоторых материалов расширяться при повышении влажности воздуха и сжиматься при снижении влажности воздуха. Поток воздуха настраивается в зависимости от влажности внутри помещения, чем она больше, тем шире открываются заслонки, регулирующие количество поступающего в помещение воздуха. Датчики влажности полностью изолированы от приточного воздуха и фиксируют только изменения внутренней влажности. Технология чувствительности к влажности используется в приточных устройствах, вытяжных решетках в комнатах, где состояние влажности отражает уровень внутренней загрязненности (гостиные комнаты, спальни, кухни, ванные комнаты) При использовании адаптивных систем вентиляции жилые помещения с большими потребностями получают больший поток воздуха, чем пустые помещения. Системы вентиляции с датчиками движения чаще используются в общественных помещениях. Например, они удобны в фитнес клубах. Экономически целесообразным способом повышения энергоэффективности является применение комплекса мер: повышение теплозащиты ограждающих конструкций, внедрение инженерных и конструктивных мероприятий, современных энергосберегающих методов и технологий. Уже сейчас многие объекты не соответствуют принятым не так давно теплотехническим требованиям. Через 5, 10 лет их станет значительно больше. Необходимо искать новые способы повышения энергоэффективности, создавать и внедрять высокие технологии в строительстве. Делать это нужно с учетом уже известных структурных, оптических, теплофизических и акустических недостатков. В дальнейшем они должны адаптироваться к разнообразным требованиям обеспечения жизнедеятельности человека.
Рассмотренные в работе приточно-вытяжная вентиляция с рекуперацией и адаптивная система вентиляции с переменным расходом воздуха являются перспективными способами повышения энергоэффективности жилых зданий.
Проводимые исследования в области эксплуатационных возможностей современного жилища показали, что около 50% тепла, расходуемого на отопление, выбрасывается в атмосферу с удаляемым вентиляционным воздухом, увеличивая тем самым общие энергозатраты инженерных систем.
Рекомендуется использовать двойную систему вентиляции естественную и принудительную. Принудительная система вентиляции изготавливается с теплообменником для подогрева входящего воздуха сбросным воздухом из помещения. Для эффективного теплообмена используются рекуператоры щелевые теплообменники. В системе вентиляции обязательно предусматриваются устройства для сбора конденсата и устанавливаются кварцевые лампы с ультрафиолетовым излучением для обеззараживания воздуха и вентиляционной системы (для предотвращения образования грибка и плесени).
Рекуперация тепла снижает тепловые потери в отапливаемом жилом объеме и экономит энергию на обогрев жилища. Такие системы позволяют сохранить 50-70 % тепла.
В качестве теплообменных устройств могут также использоваться конструктивные элементы жилого дома (стены, перекрытия), выполненные с каналами для приточного и отработанного воздуха, что позволяет за счет утилизации тепла удаляемого воздуха, конструкциями материалом стен и перекрытий осуществлять частичный подогрев приточного воздуха и, тем самым, сокращать общие теплопотери здания. Размещают теплообменные устройства, как правило, в «Тепловом ядре» здания, где имеются повышенные теплопоступления(печь, камин, ванная, кухня).
ВЫВОДЫ И ОСНОВНЫЕ ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
Основные практические результаты работы заключаются в следующем:
1. Изучение мирового и отечественного опыта проектирования, строительства и эксплуатации энергоэффективных домов позволяет выявить основные тенденции повышения уровня экологичности зданий, определить наиболее приемлемые для регионов Сибири варианты систем вентиляции.
2. Определение современных требований к экологически чистому микроклимату жилых помещений:
3. Предложен анализ существующих систем вентиляции с точки зрения повышения энергоэффективости жилых домов.
4. Рассмотрены примеры реальных проектов жилых домов с использованием различных систем вентиляции. Приведены расчеты, демонстрирующие экономическую эффективность применения предложенных инженерных решений систем вентиляции.
5. Сформулированы основные принципы оптимизации микроклимата жилой застройки, влияющего на развитие экопозитивной жилой среды, выполнено ранжирование принципов по уровню их значимости в формировании экопозитивного жилища и предложены приемы их реализации.
6. Предложенные принципы апробированы в ряде рабочих и экспериментальных проектов жилых домов для Томской области.
Реализация выявленных принципов и приемов проектирования систем вентиляции позволит повысить экологичность жилой среды, существенно сократить энергозатраты и ресурсопотребление, повысить качество жизни человека.