Оценка эффективности энергосберегающей системы организованной приточно-вытяжной вентиляции для многоэтажных зданий с низким уровнем тепловой защиты

С использованием разработанного авторами метода технико-экономического расчета установок с теплообменными аппаратами рекуперативного типа исследованы режимы эксплуатации централизованной приточно-вытяжной системы организованной вентиляции, в которой подогрев приточного воздуха осуществляется за счет  теплоты солнечного излучения и теплоты удаляемого из помещений воздуха. Представлены результаты оценки тепловой и экономической эффективности такой системы вентиляции для многоэтажных зданий. Выполнено сравнение расходов тепловой энергии на нужды отопления и вентиляции за счет применения предлагаемой системы вентиляции для двух вариантов зданий – с уровнем тепловой защиты ограждающих конструкций, отвечающим современным нормативным требованиям (здания с теплопотреблением до 130 кВт×ч/(м²×год)), и для аналогичного по планировочной структуре здания, но с ограждающими конструкциями, уровень утепления которых соответствует зданиям  постройки до 1993 г. (здания с теплопотреблением до 260 кВт×ч/(м²×год)). Определены температурные условия, при которых возникает необходимость включения в работу устройств дополнительного (пикового) подогрева приточного воздуха, когда тепловой потенциал солнечного излучения и вторичных энергетических ресурсов недостаточен для обеспечения расчетной температуры приточного воздуха. Для рассматриваемой системы вентиляции установлено наличие влияния термических сопротивлений ограждающих конструкций здания на показатели термодинамической и экономической эффективности предлагаемого решения. Определены климатические условия, при которых утилизация теплоты удаляемого воздуха в системе вентиляции технически оправдана и экономически целесообразна.  Результаты выполненных исследований могут быть использованы при определении путей тепловой модернизации зданий с традиционными системами отопления и вентиляции

1. Энергетический баланс Республики Беларусь: статистический сборник / редкол.: И. В. Медведева (отв. ред.) [и др.]. Минск: Национальный статистический комитет Республики Беларусь, 2020. 152 с.

2. Программа развития Организации Объединенных Наций. Итоговая оценка проекта ПРООН/ГЭФ: Беларусь: «Повышение энергетической эффективности жилых зданий»: отчет о проведении итоговой оценки [Электронный ресурс]: Ид. номер проекта ГЭФ: 4228; Ид. номер проекта PIMS ПРООН: 4290 / международный консультант Роланд Вон; национальный консультант Виктория Калоша. Минск, 2018. Режим доступа: http://energoeffekt.gov.by/effbuild/download/33.pdf. Дата доступа: 27.08.2021.

3. Кузнецов, Ю. В. Энергосберегающие технологии и мероприятия в системах энергосбережения / Ю. В. Кузнецов, С. В. Федорова. Екатеринбург: УрО РАН, 2008. 356 с.

4. Молодежникова, Л. И. Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях / Л. И. Молодежникова. Томск: Изд-во ТПУ, 2011. 205 с.

5. Гребеньков, А. Ж. Основные направления реализации проекта ПРООН/ГЭФ «Повышение энергетической эффективности жилых зданий в Республике Беларусь» [Электронный ресурс] / А. Ж. Гребеньков // IV Междунар. конф. «Энергосбережение и повышение энергоэффективности. Энергоэффективность в жилом секторе: актуальные направления и практический опыт», Минск, 17 окт. 2013 г. Режим доступа: http://ener goeffekt.gov.by/effbuild/download/53.pdf. Дата доступа: 27.08.2021.

6. Хрусталев, Б. М. Расширение энергосберегающей базы в условиях централизованного теплоснабжения и доминирования энергоемких технологий / Б. М. Хрусталев, В. Н. Романюк // Энергоэффективность. 2017. № 12. С. 20–27.

7. Жукова, И. С. Оценка снижения затрат на отопление за счет утилизации теплоты приточно-вытяжной вентиляции в офисных зданиях / И. С. Жукова, И. С. Казакова // Молодежь и системная модернизация страны: сб. науч. ст. 2-й Междунар. науч. конф. студ. и молод. ученых. Курск: Университетская книга, 2017. С. 293–296.

8. Игнаткин, И. Ю. Оптимизация эффективности утилизации теплоты воздухо-воздушного рекуператора / И. Ю. Игнаткин // Вестник Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет имени В. П. Горячкина». 2018. Т. 83, № 1. С. 34–39. https://doi.org/10.26897/1728-7936-2018-1-34-39.

9. Тябина, Д. А. Приточно-вытяжная система вентиляции с рекуперацией тепла как способ энергосбережения / Д. А. Тябина, П. Е. Манохин // Современные научные исследования и разработки. 2018. Т. 1, № 12. С. 587–591.

10. Определение влияния установки для рекуперации тепла на эффективность и стоимость механической вентиляции / Е. О. Чеботарева [и др.] // Студент и наука. 2020. Т. 14, № 3. С. 65–71.

11. Костуганов, А. Б. Исследование эффективности утилизации теплоты в рекуперативных теплообменниках установок автономной вентиляции / А. Б. Костуганов // Градостроительство и архитектура. 2020. Т. 10, № 1. С. 36–46. https://doi.org/10.17673/Vestnik.2020.01.6

12. Зафатаев, В. А. Термодинамическое обоснование применения системы приточно-вытяжной вентиляции зданий с утилизацией теплоты удаляемого воздуха в условиях ее работы при низких температурах наружного воздуха [Электронный ресурс] / В. А. Зафатаев, С. В. Ланкович, А. С. Лапезо // Архитектурно-строительный комплекс: проблемы, перспективы, инновации: электрон. сб. ст. II Междунар. науч. конф., Новополоцк, 28–29 нояб. 2019 г. / Полоцкий государственный университет; под ред. Л. М. Парфеновой. Новополоцк: Полоц. гос. ун-т, 2020. С. 499–513. Режим доступа: https://elib.psu.by/handle/123456789/25549.

13. Устройство тепловой вентиляции здания: пат. BY 22969 / В. И. Липко, В. А. Зафатаев, С. В. Ланкович. Опубл. 30.06.2020.

14. Фиалко, И. Ф. Энергоэффективность систем утепления наружных стен зданий и сооружений с вентилируемыми воздушными прослойками / И. Ф. Фиалко, А. С. Стаценко // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2009. № 3. С. 82–87.

15. Протасевич, А. М. Аэродинамический расчет вентилируемых фасадных систем зданий со сплошными экранами / А. М. Протасевич, А. Б. Крутилин // Жилищное строительство. 2011. № 7. С. 37–40.

16. Ольшевский, В. Я. Энергоэффективность навесных вен-тилируемых фасадов / В. Я. Ольшевский, А. Е. Донцова, А. В. Калинина // AlfaBuild. 2019. Т. 10, № 3. С. 48–58.

17. Попова, Е. Е. Повышение энергоэффективности домов с помощью навесных вентилируемых фасадов / Е. Е. Попова, А. Е. Городилова, М. И. Куколев // Ростовский научный журнал. 2017. № 12. С. 367–378.

18. Емельянова, В. А. Оптимизированная конструкция навесного вентилируемого фасада / В. А. Емельянова, Д. В. Немова, Д. Р. Мифтахова // Инженерно-строительный журнал. 2014. Т. 50, № 6. С. 53–66.

19. Немова, Д. В. Интегральные характеристики термогравитационной конвекции в воздушной прослойке навесных вентилируемых фасадов / Д. В. Немова // Инженерно-строительный журнал. 2013. Т. 37, № 2. С. 24–36.

20. Петриченко, М. Р. Гидравлически оптимальная вентилируемая щель / М. Р. Петриченко, М. В. Петроченко, Е. Б. Явтушенко // Инженерно-строительный журнал. 2013. Т. 37, № 2. С. 35–40.

21. Явтушенко, Е. Б. Основы гидравлического расчета навесных вентилируемых фасадов / Е. Б. Явтушенко // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2013. Т. 7, № 2. С. 55–61.

22. Liu, L. Simulation Study of an Innovative Ventilated Facade Utilizing Indoor Exhaust Air / L. Liu, Z. Yu, H. Zhang // Energy Procedia. 2017. Vol. 121. P. 126–133. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.08.009.

23. Experimental and Numerical Studies to Assess the Energy Performance of Naturally Ventilated PV Faсade Systems / M. Shahrestani [et al.] // Solar Energy. 2017. Vol. 147. P. 37–51. https://doi.org/10.1016/j.solener.2017.02.034.

24. Theodosiou, T. Analysis of the Thermal Bridging Effect on Ventilated Facades / T. Theodosiou, K. Tsikaloudaki, D. Bikas // Procedia Environmental Sciences. 2017. Vol. 38. P. 397–404. https://doi.org/10.1016/j.proenv. 2017.03.121.

25. Повышение энергоэффективности зданий при условии утилизации тепла вытяжного воздуха [Электронный ресурс] / П. С. Хужаев [и др.] // Бюллетень науки и практики. 2017. Т. 16, № 3. С. 57–63. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=28856245. Дата доступа: 21.10.2021.

26. Mandapati, M. J. K. Thermodynamic Performance Evaluation of an Air-Air Heat Pipe Heat Exchanger / M. J. K. Mandapati, K. S. Chandra, G. S. Narayan // Thermal Science. 2014. Vol. 18, No 4. P. 1343–1353. https://doi.org/10.2298/tsci121214123k.

27. Утилизация теплоты вытяжного воздуха в перекрестноточном рекуператоре / С. М. Анисимов [и др.] // Сантехника, Отопление, Кондиционирование. 2014. Т. 151, № 7. С. 79–83.

28. Зыков, А. П. Повышение энергоэффективности систем вентиляции и кондиционирования общественных зданий за счет использования технологии утилизации тепла вытяжного воздуха / А. П. Зыков, А. В. Барков // Высокие технологии и инновации в науке: сб. избран. ст. Междунар. науч. конф., Санкт-Петербург, 28 мая 2020 г. СПб., 2020. С. 160–166.

29. Овчинников, Ю. В. Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях / Ю. В. Овчинников, О. К. Григорьева, А. А. Францева. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2015. 258 с.

30. Тарифы на тепловую энергию для физических лиц [Электронный ресурс] // РУП Витебскэнерго. Режим доступа: https://www.vitebsk.energo.by/media/uploads/ 2021/01/13/01012021-.pdf. Дата доступа: 27.08.2021.

31. Пиир, А. Э. Пути снижения нормативных теплопотерь в жилых зданиях / А. Э. Пиир, О. А. Козак, В. Б. Кунтыш // Наука и техника. 2017. Т. 16, № 2. С. 113–118. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2017-16-2-113-118.

32. Борухова, Л. В. Нормирование воздухообмена в помещениях и энергоэффективность жилых зданий / Л. В. Борухова, А. С. Шибеко // Наука и техника. 2018. Т. 17, № 4. С. 306–313. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2018-17-4-306-313.

33. Зафатаев, В. А. Оценка эффективности организованной приточно-вытяжной вентиляции многоэтажного здания в условиях загрязненного атмосферного воздуха крупных городов [Электронный ресурс] / В. А. Зафатаев, С. В. Ланкович // Инновационные технологии в водном, коммунальном хозяйстве и водном транспорте: материалы Респ. науч.-техн. конф., г. Минск, 20–21 мая 2021 г. / Белорус. нац. технич. ун-т; редкол.: С. В. Харитончик [и др.]. Минск, 2021. Режим доступа: https://rep.bntu.by/handle/data/96022.

34. Бессонный, А. Н. Основы расчета и проектирования теплообменников воздушного охлаждения / А. Н. Бессонный, Г. А. Дрейцер, В. Б. Кунтыш. СПб.: Недра, 1996. 512 с.

35. Маньковский, О. Н. Теплообменная аппаратура химических производств / О. Н. Маньковский, А. Р. Толчинский, М. В. Александров. Л.: Химия, 1976. 369 с.

36. Ганжа, В. Л. Основы эффективного использования энергоресурсов: теория и практика энергосбережения / В. Л. Ганжа. Минск: Белор. наука, 2007. 451 с.

37. Серии домов и планировки [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://tipdoma.com/serii-domov-belarus/. Дата доступа: 11.11.2017.

38. Дячек, П. И. Моделирование микроклимата отапливаемых помещений / П. И. Дячек, А. Э. Захаревич // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2009. № 2. С. 34–47.

39. Сазонов, Э. В. Вентиляция общественных зданий / Э. В. Сазонов. Воронеж: Изд-во ВГУ, 1991. 188 с.

40. Русланов, Г. В. Отопление и вентиляция жилых и гражданских зданий / Г. В. Русланов, Э. Л. Ямпольский. Киев: Будивельник, 1983. 272 с.

41. Брюханов, О. Н. Тепломассообмен / О. Н. Брюханов, С. Н. Шевченко. М.: Изд-во АСВ, 2005. 460 с.

42. Фокин, В. М. Основы энергосбережения и энергоаудита / В. М. Фокин. М.: Машиностроение-1, 2006. 256 с.

43. Лихачева, А. Е. Влияние проектных решений на энергоэффективность зданий / А. Е. Лихачева, А. Д. Лопатин // Творчество и современность. 2019. Т. 11, № 3–4. С. 53–62.