СП РК 3.02-140-2013 Проектирование энергоэффективных, экологически чистых жилых коттеджных зданий, с применением альтернативных источников энергии

Инженерное оборудование зданий: Комплекс технических устройств, обеспечивающих благоприятные условия быта и трудовой деятельности человека. Примечание - Комплекс технических устройств включает в себя водоснабжение (холодное и горячее), канализацию, вентиляцию, отопление и кондиционирование, искусственное освещение, электрооборудование, газоснабжение, средства удаления мусора и пыли, пожаротушения, телефонизацию, радиофикацию и другие виды внутреннего благоустройства.

Класс энергетической эффективности здания: Характеристика уровня энергетической эффективности здания, определяемая интервалом значений удельного расхода тепловой энергии на отопление здания за отопительный период.

Коэффициент остекленности фасада здания: Отношение площади световыхстр. 95 проемов к суммарной площади наружных ограждающих конструкций фасада здания, включающей световые проемы.

Коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции: Показатель теплопередачи ограждающей конструкции, равный поверхностной плотности теплового потока, проходящего через ограждающую конструкцию при разности внутренней и наружной температур воздуха 1 °С.

Отапливаемый объем здания: Объем, ограниченный внутренними поверхностями наружных ограждающих конструкций здания.

Отапливаемая площадь здания: Суммарная площадь отапливаемых этажей, ограниченных внутренними поверхностями наружных стен здания, включая поэтажно площади отапливаемых лестничных клеток и лифтовых шахт.

Первичная энергия: Энергия, не подвергавшаяся процессам преобразования или превращения. Примечания 1 При учете невозобновляемого и возобновляемого видов энергии можно применять название «общаяпервичная энергия». 2 Для здания это источник энергии, используемый для его энергоснабжения. Требуемая мощность рассчитывается количеством энергоносителей с учетом потребляемой и отводимой энергии.

Показатель компактности здания: Отношение общей площади внутренней поверхности наружных ограждающих конструкций здания к заключенному в них отапливаемому объему.

Потребность в энергии на отопление или охлаждение: Требуемое количество энергии, необходимой для подачи или отвода тепла, для поддержания заданных температурных режимов в течение определенного периода времени. Примечания 1 Потребность в энергии рассчитывается, т.к. ее измерение затруднено. 2 Потребность в энергии может включать дополнительные энергозатраты в результате неравномерного распределения и неточного регулирования температуры, при условии, что эффективная температура отопления/охлаждения в помещениях поддерживается системой отопления/охлаждения, а не за счет теплообмена.

Приведенный коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции: Средневзвешенное значение коэффициента теплопередачи ограждающей конструкции.

Приведенное сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции: Величина, обратная приведенному коэффициенту теплопередачи ограждающей конструкции.

Приведенный коэффициент теплопередачи наружных ограждающих конструкций здания: Показатель теплопередачи здания, равный среднему тепловому потоку, приходящемуся на единицу площади наружных ограждающих конструкций здания при разности внутренней и наружной температур воздуха 1 °С. Примечание - Наружные ограждающие конструкции здания включают следующие конструктивные элементы: наружные стены, окна и балконные двери, входные двери и ворота, покрытие (чердачное перекрытие), перекрытие над неотапливаемым подвалом или полы по грунту.

Продолжительность отопительного периода: Расчетный период времени года, в течение которого среднесуточная температура наружного воздуха равна и ниже 8 °С или 10 °С. Примечание - Продолжительность отопительного периода соответствует периоду года со среднесуточной температурой наружного воздуха равной и ниже 8 °С для жилых и общественных зданий, за исключением больниц, школ и дошкольных учреждений, для которых среднесуточная температура наружного воздуха равна и ниже 10 °С.

Регенеративный теплоутилизатор: Теплоутилизатор вытяжного воздуха, в котором утилизация теплоты вытяжного воздуха осуществляется поочередным соприкосновением нагретого и холодного воздуха с поверхностями одной и той же теплоаккумулирующей насадки.

Рекуперативный теплоутилизатор: Теплоутилизатор вытяжного воздуха, в котором утилизация теплоты вытяжного воздуха осуществляется через разделительную стенку.

Тепловая защита здания: Теплозащитные свойства совокупности наружных и внутренних ограждающих конструкций здания, обеспечивающие нормативный уровень расхода тепловой энергии здания с учетом необходимого воздухообмена помещений, а также не менее требуемого сопротивления воздухо- и паропроницаемости и защиту от переувлажнения наружных ограждающих конструкций при оптимальных параметрах микроклимата помещений.

Тепловыделения в здании: Тепловыделения в помещения здания от людей, включенных энергопотребляющих приборов, оборудования, электродвигателей, искусственного освещения, нагретых поверхностей материалов и др.

Теплоутилизатор вытяжного воздуха: Теплообменник, передающий теплоту вытяжного воздуха для нагрева приточного воздуха.

Теплоутилизатор с промежуточным теплоносителем: Теплоутилизатор вытяжного воздуха, передающий теплоту с помощью жидкости, циркулирующей в замкнутом контуре.

Теплоутилизатор на тепловых трубах: Теплоутилизатор вытяжного воздуха, представляющий собой пучок герметически замкнутых труб, помещенных одним концом в поток греющего вытяжного, другим — в поток нагреваемого приточного воздуха.

Удельный расход тепловой энергии на отопление здания за отопительный период: Количество тепловой энергии за отопительный период, необходимое для компенсации тепловых потерь здания с учетом воздухообмена и тепловыделений при нормируемых параметрах теплового и воздушного режимов помещений в здании, отнесенное к единице отапливаемой площади или отапливаемого объема здания.

Энергоноситель: Вещество или явление, используемое для производства механической работы или тепла или для осуществления химических или физических процессов

Дождевая вода: Вода атмосферных осадков, в которую еще не поступили растворимые вещества из поверхностного слоя земли.

Подземная вода: Вода, в том числе минеральная, находящаяся в подземныхстр. 97 водоемах.

Ветроэнергетическая установка (ВЭУ): Комплекс взаимосвязанного оборудования и сооружений, предназначенный для преобразования энергии ветра в другие виды энергии (механическую, тепловую, электрическую и др.)

Солнечное теплоснабжение: Использование энергии солнечного излучения для отопления, горячего водоснабжения и обеспечения технологических нужд различных потребителей

Солнечное горячее водоснабжение: Использование энергии солнечного излучения для нагрева воды с целью обеспечения коммунально-бытовых и технологических нужд различных потребителей

Солнечный фотоэлектрический элемент: Солнечный элемент на основе фотоэффекта

Солнечный коллектор: Устройство для поглощения энергии солнечного излучения и преобразования ее в тепловую энергию

Фотоэлектрическая солнечная электростанция: Солнечная электростанция, в которой используется способ прямого преобразования энергии солнечного излучения в электрическую энергию

При проектировании следует учитывать максимальные возможности применяемого альтернативного источника в выработке используемой энергии (тепловой, электрической) с вычетом всех потерь.

В зависимости от проектных решений, используемую от альтернативных источников энергию следует обосновать по ее достаточности для покрытия частичной или полной потребности коттеджного здания в снабжении электричеством и теплом в зависимости от отдаленности от инженерных систем энергоснабжения, климатических условий района застройки, размеров, формы, количества выступающих элементов, остекления и ориентации к солнцу проектируемого коттеджного здания.

При архитектурном проектировании коттеджного здания следует конструкцию устанавливаемого устройства, использующего альтернативный источник энергии, гармонично увязывать с внешним обликом здания.

При проектировании энергоэффективного коттеджного здания следуетстр. 98 учитывать также следующие объемно-планировочные решения:

- максимальная компактность здания (рекомендуемый коэффициент компактности – 0,7 - 0,9 м-1), когда площадь ограждающих конструкций меньше по отношению к полезной площади здания;

- по возможности полное отсутствие эркеров, внутренних углов, балконов и т.п.;

- зонирование: разделение площади здания на буферные и жилые зоны;

- расположение вспомогательных помещений с севера в качестве буферных зон;

- расположение жилой зоны на юго-востоке;

- расположение зимних садов с южной стороны;

- наличие наружной летней солнцезащиты в виде затеняющих светопрозрачных конструкций.

При проектировании энергоэффективных коттеджных зданий следует обеспечивать максимальное использование естественного освещения помещений для снижения затрат электрической энергии.

Жилые комнаты, кухни, лестничные клетки и кухни-столовые (кроме кухонь- ниш) по возможности должны иметь естественное освещение в соответствии с требованиями СН РК 2.04-01 и СН РК 3.02-01.

Продолжительность инсоляции помещений коттеджного здания принимают в соответствии с требованиями действующих нормативно-технических документов и санитарно-эпидемиологических норм.

Нормируемую продолжительность инсоляции следует обеспечивать:

- в одно-, двух- и трехкомнатных жилых домах — не менее чем одной жилой комнатой;

- в четырех-, пяти- и шестикомнатных жилых домах — не менее чем двумя жилыми комнатами;

- в жилых домах с количеством жилых комнат более шести — не менее чем тремя жилыми комнатами.

Нормируемые показатели естественного и искусственного освещения различных помещений следует устанавливать в соответствии с требованиями СН РК 2.04-01.

При проектировании энергоэффективного коттеджного здания особое внимание должно уделяться энергосберегающему остеклению, отвечающему следующим условиям:

- установка теплосберегающих герметичных окон;

- расположение с южной стороны фасада здания максимального количества окон и светопрозрачных конструкций (до 70 – 80 % всех окон), которые пропускали бы глубоко в здание лучи солнца в зимнее время;

- расположение с восточной и западной сторон фасада здания окон и других светопрозрачных конструкций в соотношении 20 - 30% и 0 - 10% соответственно;

- отсутствие светопрозрачных частей на северной стороне для максимального уменьшения теплопотерь из здания.

Обеспечение качественной наружной теплоизоляцией внешней оболочки здания: полное утепление всех сторон здания: фундамент, стены, крыша и т.д.стр. 99 Примечание - Под “качественной теплоизоляцией” подразумевается, что теплопроводность плотных ограждающих конструкций (фундамента, стен, крыши) в коттеджном здании не должна превышать 0,15 Вт/(м² К), теплопроводность окон и других светопрозрачных конструкций не должна превышать 1 Вт/(м² К).

При проектировании должна быть предусмотрена система контролируемой приточно-вытяжной вентиляции с рекуперацией.

Микроклимат помещений влияет на энергопотребление здания. При проектировании жилого коттеджного здания необходимо достижение уровня нормативного удельного энергопотребления при условии обеспечения воздушно- теплового комфорта помещений, обусловленного параметрами микроклимата. Оптимальные значения параметров микроклимата представлены в таблице 1.

При проектировании экологически чистого коттеджного здания для поддержания качества воздуха в помещениях здания система вентиляции должна обеспечивать допустимые значения содержания углекислого газа в помещении.

По содержанию углекислого газа помещения классифицируют на 4 класса, см. таблицу 2 [1].

Нормы воздухообмена, принятые для поддержания надлежащего качества воздуха, зависят от функционального назначения помещения, количества людей, выделений загрязняющих веществ от бытовой техники, из строительных материалов, мебели и др. При проектировании системы вентиляции жилого коттеджного здания следует руководствоваться нормами воздухообмена, установленными в СНиП РК 3.02-43.

Таблица 1 - Оптимальные значения параметров микроклимата

Таблица 2 - Содержание углекислого газа в помещении

Нормативные значения параметров микроклимата установлены в ГОСТ 30494, СН РК 2.04-02, СН РК 3.02-01, СН РК 4.02-01 и являются исходными характеристиками при расчете систем отопления, вентиляции и проектировании ограждений здания.

При проектировании инженерных систем энергоэффективного коттеджного здания следует учесть мощность используемого альтернативного источника энергии, при ее недостаточности - наличия или доступности следующих резервных источников генерирования электричества и тепла:

- линии электропередач;

- трубопроводов природного газа;

- углеводородных топлив.

При использовании вырабатываемой альтернативным источником энергии для отопления коттеджного здания система отопления должна обеспечивать допустимые параметры микроклимата в помещении при эффективном использовании потребляемой тепловой энергии. Для этого применяют:

- системы отопления, обеспечивающие регулирование температуры теплоносителя для исключения избыточного нагрева или переохлаждения помещений;

- равномерный нагрев воздуха помещений (решается размещением приборов отопления) для исключения локального дискомфорта;

- наличие системы управления с возможностью зонального регулирования температуры.

При проектировании экологически чистого коттеджного здания для обеспечения акустического комфорта следует выполнять в соответствии с требованиями МСН 2.04-03 и МСП 2.04-102 по защите жилых помещений от внешних и внутренних источников шума, от вибраций инженерного оборудования, от недопустимых уровней воздействия электромагнитных полей.

Расчет нормативных значений индексов изоляции воздушного шума следует производить по методикам, приведенным в МСН 2.04-03 и МСП 2.04-102.

При проектировании экологически чистых коттеджных зданий следует учитывать степень радоноопасности участка застройки и наличие техногенного радиоактивного загрязнения.

Мероприятия по снижению высоких уровней облучения должны осуществляться в первоочередном порядке. Степень радиационной безопасности человека и допустимые показатели должны соответствовать требованиями действующихстр. 101 нормативно-технических документов и санитарно-эпидемиологических норм.

Выбор вида противорадоновой защиты определяют, исходя из конкретных условий строительства.

Для снижения нагрузки на систему энергоснабжения коттеджного здания при наличии технической возможности следует использовать системы солнечного теплоснабжения зданий (ССТ), технология использования которых обеспечивает экологическую чистоту.

Традиционной схемой большинства систем солнечного теплоснабжения (ССТ) является схема с использованием солнечных коллекторов (СК) с аккумуляцией полученной энергии в баке-накопителе.

ССТ классифицируются по следующим критериям:

1) по назначению:

- системы горячего водоснабжения;

- системы отопления;

- комбинированные системы;

2) по виду используемого теплоносителя:

- жидкостные;

- воздушные;

3) по продолжительности работы:

- круглогодичные;

- сезонные;

4) по техническому решению схемы:

- одноконтурные;

- двухконтурные;

- многоконтурные.

Вариант конструктивного исполнения ССТ определяется ее производительностью. Ориентировочные диапазоны производительности и применяемые для их реализации варианты систем приведены в таблице 3.

Таблица 3 – Варианты ССТ-систем

Таблица 3 – Варианты ССТ-систем (продолжение)

Для сезонного ГВС в бытовых целях следует применять системы типа «моноблок» и малые термосифонные системы, т.е. системы, в которых циркуляция теплоносителя через СК осуществляется за счет разности давлений холодного и нагретого теплоносителя. Системы устанавливаются на открытом воздухе и характеризуются повышенными теплопотерями накопительного бака-аккумулятора. В отличие от «моноблока» в малых термосифонных системах СК и бак-аккумулятор (БА) выполняются раздельно и могут устанавливаться как вместе на единой опорной конструкции, так и на расстоянии друг от друга, ограниченном гидравлическим сопротивлением коллекторного контура (см. рис. 1).

а) солнечный проточный нагреватель: 1 – корпус, 2 – бак-аккумулятор, 3 – промежуточный теплообменник, 4 – тепловоспринимающий элемент, 5 – тепловая изоляция, 6 – светопрозрачное покрытие;

б) объемный солнечный нагреватель: 7 – объем воды Рисунок 1 - Обобщенная схема водонагревательного СК

Для повышения долговечности ССТ рекомендуется применять двухконтурные системы, включающие промежуточный теплообменник между СК и БА. Такая схема системы позволяет размещать БА в любом удобном месте коттеджного здания, что существенно при малой инсоляции скатов кровли.

Для круглогодичной эксплуатации следует применять двухконтурные системы с принудительной циркуляцией теплоносителя. При отрицательных температурах наружного воздуха в качестве теплоносителя следует использовать гликолевые растворы (на рисунке 2).

Монтаж элементов ССТ на объекте следует выполнять в соответствии с разработанной проектной документацией.

СК устанавливают на несущие конструкции, размещенные на коттеджном здании или открытых незатененных площадках, ориентируют в южном направлении с отклонением по азимуту ±30° при наклоне к горизонту под углом:

- для систем круглогодичного действия, равным географической широте данной местности;

- для летних сезонных систем, равным географической широте данной местности минус 15°.

Схема использования солнечных коллекторов в системе горячего водоснабжения коттеджных зданий определяется потребностью в горячей воде и режимом эксплуатации системы.

Схема подключения солнечного коллектора для горячего водоснабжения в летнее время приведена на рисунке 3.

а) осушаемого типа, б) без промежуточного теплоносителя, в) с промежуточным теплоносителем, г) СК и дублирующий источник работают на один бак-аккумулятор, д) СК для предварительного подогрева Рисунок 2 - Схемы водонагревательного СК с циркуляционным насосомстр. 104 воздухоотвод чик Горячая вода Холодная вода С К Ули Дом ца Рисунок 3 – Схема подключения солнечного коллектора для горячего водоснабжения в летнее время

Для обеспечения автоциркуляции теплоносителя накопительный бак следует располагать выше солнечного коллектора. Для обеспечения интенсивной автоциркуляции теплоносителя рекомендуется проходное сечение труб не менее 20мм (3/4") при толщине утеплительной рубашки не менее 10мм.

Схема подключения солнечного коллектора для горячего водоснабжения в зимнее время приведена на рисунке 4. воздухоотводчик Горячая вода Холодная вода манометр Заливной кран СК Антифриз Расширительный бак Улица Дом Рисунок 4 – Схема подключения солнечного коллектора для горячего водоснабжения в зимнее время

Проходное сечение соединительных труб между солнечным коллектором и бойлером, а также толщину утеплительной рубашки для зимнего времени рекомендуется выбирать такими же, как и для летнего времени.

Для обеспечения подготовки горячей воды в случае недостаточной солнечной активности следует использовать бивалентные баки-аккумуляторы.

Подключение ССТ к системе горячего водоснабжения коттеджного здания следует предусматривать в разделе ВК проекта, при этом во избежание тепловых и гидравлических потерь система трубопроводов должна быть как можно короче.

При проектировании систем горячего водоснабжения зданий с использованием солнечных коллекторов следует руководствоваться СН РК 4.01-06.

Проектирование систем горячего водоснабжения с использованием солнечных коллекторов следует выполнять на основании технической документации и рекомендаций производителей оборудования.

Для электроснабжения коттеджных зданий целесообразно применять солнечные батареи (СБ) для прямого преобразования солнечной энергии с помощью инвертора в постоянный и/или переменный электрический ток, которую можно использовать непосредственно или путем накопления в аккумуляторной системе.

Подключение СБ к системе электроснабжения коттеджного здания следует предусмотреть в проекте, в разделе «Электроснабжение».

Для установки СБ-массивов на крыше коттеджного здания при проектировании следует предусмотреть места для элементов крепежа под размеры выбранной СБ-системы.

Основную или дополнительную СБ-систему можно смонтировать на освещаемом солнцем приусадебном участке коттеджного здания.

Для получения требуемого количества мощности требуются солнечные панели, соединенные параллельно или последовательно для получения необходимых параметров по току и напряжению.

Площадь таких панелей варьируется в диапазоне от нескольких квадратных метров до десятков квадратных метров. Производимая мощность возрастает с увеличением числа панелей, которые образуют массивы СБ. Структурные элементы солнечной фотогальванической системы приведены на рисунке 5.

Существует три основных типа фотоэлектрических систем:

- полностью автономные;

- соединенные с сетью;

- резервные системы.стр. 106 Рисунок 5 - Структурные элементы солнечной фотогальванической системы (СФС)

Солнечную фотоэлектрическую систему можно использовать для централизованной или распределенной выработки электроэнергии.

Накопление и сохранение выработанной СБ энергии осуществляется аккумуляторными батареями, соединенными с СБ через соответствующее зарядовое устройство.

Аккумуляторные батареи для фотоэлектрических станций могут состоять как из отдельных аккумуляторов, так и из моноблоков (сборок из аккумуляторов) с номинальным выходным напряжением 6 или 12 В.

В случае применения системы солнечных батарей для обеспечения качественного электроснабжения нужно выбирать стабилизаторы, безотказно работающие в условиях низких входных напряжений. 1 – солнечные панели, 2 – контролер мощности, 3 – аккумуляторная батарея, 4 – инвертор Рисунок 6 – Основные элементы с полной мощностью электроснабжения от солнечной системы

Для преобразования энергии постоянного тока, вырабатываемой солнечными батареями, в переменный однофазный 220 В/50 Гц или трехфазный 380 В/50 Гц ток следует использовать инвертор, подходящий по параметрам и функциональным возможностям (см. рисунок 6).

Кабели для фотоэлектрических систем должны иметь следующие свойства:

- огнестойкость;

- стойкость к термическим воздействиям (диапазон рабочих температур от -30 оС до +120 оС). Причем длительность такого температурного воздействия при испытаниях на термическую стойкость должна быть не менее 20 000 часов при 120 оС;

- устойчивость к негативному влиянию атмосферных факторов на протяжении длительного времени, эквивалентного на практике сроку службы всей фотоэлектрической системы;

- достаточная гибкость, необходимая для облегчения монтажных работ;

- оптимальные электрические свойства.

Кабель в фотоэлектрических системах должен иметь минимальную длину.

Чтобы правильно рассчитать требуемое для конкретной солнечной установки сечение кабеля, необходимы следующие исходные данные:

- мощность инвертора или зарядного устройства либо значение максимального тока, протекающего через данный участок;

- расстояние от аккумуляторной батареи до инвертора;

- напряжение постоянного тока в фотоэлектрической системе.

Для фотоэлектрической гелиосистемы, соединенной со штатной электрической сетью, аккумулирование электричества не требуется. При этом выработанная СБ электроэнергия поступает в электросеть коттеджного здания. Схема сетевой солнечной электростанции показана на рисунке 7. 1 3 4 2 1 – солнечные панели, 2 - инвертор Рисунок 7 – Основные элементы сетевой солнечной электростанции

Технически грамотно спроектированные и правильно установленные фотоэлектрические системы требуют техобслуживания в минимальном объеме, имеют длительный срок службы и очень надёжны в эксплуатации.

Проектирование СБ-систем электроснабжения с использованием солнечных фотоэлектрических панелей следует выполнять на основании технической документации и рекомендаций производителей оборудования.

Для энергоснабжения коттеджных зданий ветрогенераторы целесообразно применять при скорости ветра не менее 3 м/с, номинальная мощность ветровых генераторов достигается при скоростях ветра 7 - 11м/с.

Ветрогенератор работает достаточно эффективно, если относительная продолжительность во времени диапазона рабочих скоростей 9 - 25 м/с составляет не менее 0,4 в течение сезона.

Основные типы ветрогенераторов – ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения и ветрогенераторы с вертикальной осью вращения.

Применение ветрогенераторов для обеспечения электричеством коттеджных зданий малоцелесообразно по следующим причинам:

- высокой стоимости инвертора ~ 50 % стоимости всей установки (применяется для преобразования переменного или постоянного тока получаемого от ветрогенератора в переменный ток напряжением 220В и частотой 50Гц и синхронизации его по фазе с внешней сетью при работе генератора в параллель);

- высокой стоимости аккумуляторных батарей — около 25 % стоимости установки (используются в качестве источника бесперебойного питания при отсутствии или пропадании внешней сети).

Наиболее экономически целесообразно получение с помощью ветрогенераторов не электрической энергии промышленного качества, а постоянного или переменного тока с последующим преобразованием его в тепло, для обогрева жилья и получения горячей воды.

На выбор типа и мощности ветрогенератора влияет ряд факторов и прежде всего характеристики объекта, требования, предъявляемые потребителями энергии, и ветровые условия зоны использования ветрогенератора.

Расчетную мощность W, кВт, ветрогенератора следует определять по формуле:

-4 Wрасч.ВК  4,81 D2 ВК Vрасч 3 .  10 (1) где DВК – диаметр ветроколеса, Vрасч. - расчетная скорость ветра, Vрасч.  (1,4...1,6)VГ , (2)стр. 109 VГ

– среднегодовая скорость ветра, м/с, ξ - коэффициент использования энергии ветра, ξ = 0,2 – 0,45 (должен указываться в техническом паспорте установки).

При определении оптимальной мощности ветрогенератора должны проводиться вариантные технико-экономические расчеты, учитывающие стоимость агрегата и установки, эксплуатационные затраты и выработку энергии.

Частоту вращения генератора следует определять из соотношения: W V расч. nр    DВК . (3)

Мощность воздушного потока, W, Вт следует рассчитывать по формуле:   v3  F W 2 (4) где v – скорость воздушного потока, м/с; ρ – плотность воздуха, кг/м3; ρ =1,23 кг/м3 – плотность воздуха для нормальных условий (t = 15оС, р = 101,3 кПа). F - поперечное сечение воздушного потока, м2; для установки с горизонтальной осью пропеллерного типа F    R , где R – радиус ветроколеса, м. 2

Теоретически рассчитанные показатели мощности ветрового потока и ветрогенератора при удельной мощности потока, имеющего поперечное сечение 1 м 2, при t =+15 оС; Р =101,3 кПа приведены в таблице 4.

Таблица 4 - Показатели мощности ветрового потока и ветрогенератора

При использовании ветрогенератора в качестве единственного источника электричества следует просчитать выбор мощности генератора, инвертора и емкость аккумуляторов, принимая в расчет режим предполагаемого потребления, возможные пиковые и средние нагрузки, среднюю скорость ветра. Автономная ветрогенераторная установка с элементами показана на Рисунке 9.стр. 110 Рисунок 9 - Автономная ветрогенераторная установка и ее элементы

Возможно применение ветровых энергетических установок в комбинации с другими источниками энергии (солнечные модули, мини-ГЭС, дизельный, бензиновый или газовый генератор, штатная электрическая сеть и т.п.). На Рисунках 10 и 11 показаны ветро-солнечная гибридная установка и сетевая ветроустановка.

Ветрогенераторы следует располагать в наиболее выгодных по ветровым условиям местах местности на открытых равнинных участках.

Проектирование систем энергоснабжения с использованием ветрогенераторов следует выполнять на основании технической документации и рекомендаций производителей оборудования.

Расчетные данные для выбора ветрогенератора от величины мощности W ветровой турбины в зависимости от скорости ветра v, диаметра D колеса турбины и коэффициента эффективности турбины приведены в приложении А. Рисунок 10 - Ветро-Солнечная (гибридная) установка и ее элементыстр. 111 Рисунок 11 - Сетевая ветроустановка и ее элементы

Системы теплоснабжения коттеджного здания с использованием тепловых насосов - теплонасосные системы теплоснабжения - могут быть применены для отопления, подогрева вентиляционного воздуха, нагрева воды для горячего водоснабжения и т.п.

Тепловой насос обеспечивает энергией систему отопления, горячего водоснабжения и кондиционирования посредством отбора тепла из окружающей среды и является экологически чистым источником.

Для функционирования теплового насоса необходимо наличие электрической сети (штатной или генерируемой другими источниками).

В качестве низкопотенциальных (низкотемпературных) источников теплоты могут использоваться:

а) вторичные энергетические ресурсы:

- теплота вентиляционных выбросов;

- теплота серых канализационных стоков;

- сбросная теплота технологических процессов и т.п.

б) нетрадиционные возобновляемые источники энергии:

- теплота окружающего воздуха;

- теплота грунтовых и геотермальных вод;

- теплота водоемов и природных водных потоков;

- теплота солнечной энергии и т.п.;

- теплота поверхностных и более глубоких слоев грунта.

В зависимости от сочетания вида источника низкопотенциальной теплоты и нагреваемой среды тепловые насосы делятся на следующие типы:

- воздух - воздух;

- воздух - вода;

- грунт - воздух;

- грунт - вода;

- вода - воздух;

- вода - вода. Эти типы тепловых насосов отличаются конструктивным исполнением теплообменной части (испарителя и конденсатора) и температурными режимами реализуемых термодинамических циклов.

Коэффициент преобразования теплового насоса - отношение теплопроизводительности к электропотреблению - зависит от уровня температур в испарителе и конденсаторе и колеблется в различных системах в диапазоне от 2,5 до 5, т.е. на 1 кВт затраченной электрической энергии тепловой насос производит от 2,5 до 5 кВт тепловой энергии. Температурный уровень теплоснабжения от тепловых насосов 35 -55 °С. Экономия энергетических ресурсов достигает 70 %.

Оценку целесообразности применения теплового насоса следует выполнять исходя из требуемой мощности источника теплоснабжения коттеджного здания.

Для сравнения характеристик теплового насоса с обычным отопительным котлом возможно использовать отношение тепловой мощности Pq к электрической мощности компрессора Pe, определяемое по формуле (5): ε = Pq/Pe, (5) где ε – коэффициент эффективности теплового насоса.

Вследствие наличия дополнительных затрат электрической энергии, связанные с необходимостью работы дополнительных механизмов теплового насоса, таких как вентилятор или циркуляционный насос, в зависимости от типа используемого теплоносителя, следует пользоваться более точной характеристикой эффективности работы теплового насоса: величиной отношения тепловой мощности Pq к электрической мощности компрессора плюс мощность вспомогательных механизмов Ps, определяемая по формуле (6): εх = Pq/Ps, (6) где εх – коэффициент эффективности теплового насоса.

Эффективность работы теплового насоса зависит от температуры источника тепла. На рисунке 12 представлены графики зависимости величины εх от температуры, до которой нагревается теплоноситель для различных значений температуры источника тепла Тист, [1].стр. 113 Рисунок 12 - График зависимости эффективности работы теплового насоса от температуры теплоносителя

Из графиков на рисунке 12 видно, что чем ниже температура, до которой необходимо нагревать теплоноситель и чем выше температура источника тепла, тем эффективнее становится использование теплового насоса. Это делает целесообразным при использовании теплового насоса в системе отопления здания проектировать отопительную систему с минимальной температурой теплоносителя, например, напольную систему отопления.

Для годовой оценки эффективности теплового насоса следует оценить отношение тепловой энергии Qt, полученной в течение года к затраченной при этом электрической энергии (на работу компрессора и вспомогательного оборудования, Qs), так как условия работы теплового насоса в течение года, а, следовательно, и значение εх, изменяются согласно формуле (7): εх = Qt/ Qs. (7)

Коэффициент энергетической эффективности теплового насоса следует определять по формуле (8) – это отношение коэффициента выхода электрической энергии из тепловой, fp, который в [1] принят равным 3, к величине εх: β = fp/εх (8) где β – коэффициент энергетической эффективности теплового насоса.

При проектировании следует выбирать тепловой насос с как можно большим значением εх и как можно меньшим значением β.

Тепловой насос следует применять в том случае, когда коэффициент выхода электрической энергии равен 3, тепловой насос позволяет более эффективно использовать первичную энергию в виде жидкого или газообразного топлива, чем простое сжигание в котле.

В таблице 5 из [1] приведены значения отношения мощности теплового насоса к максимальной тепловой нагрузке здания и доля энергии теплового насоса встр. 114 отоплении здания. При проектировании системы отопления достаточно использовать тепловой насос с мощностью, покрывающий 0,6 максимальной тепловой нагрузки здания.

Таблица 5- Значения отношения мощности теплового насоса к максимальной тепловой нагрузке здания и доля энергии теплового насоса в отоплении здания

При проектировании систем с тепловыми насосами следует выбирать источник тепла, который наиболее доступен, энергоемок и с температурой, подходящей для эффективной работы системы.

Грунтовые теплообменники систем сбора низкопотенциальной тепловой энергии грунта, или систем теплосбора, могут укладываться в земле горизонтально, в траншеи, и вертикально, в буровые скважины. Поскольку их функциональные характеристики одинаковы, то различаются они только по стоимости монтажа и занимаемой площади.

При горизонтальной системе трубы грунтового теплообменника укладывают в земляные траншеи глубиной 1,5 - 2 м (ниже нормативной глубины промерзания грунта), соединяя ветви, последовательно или параллельно. На рисунке 13 показана горизонтальная система сбора низкопотенциального тепла грунта.

Монтаж горизонтальных грунтовых теплообменников производят в предварительно прорытые траншеи. Выбор механизмов при этом зависит от почвенных условий.

После полной укладки проводится испытание трубопровода под давлением и засыпка траншеи. Причем первые 15 см засыпаются вручную, остающийся объем грунта можно обратно засыпать механизированным способом. 2 1 3стр. 115 1 - отопительный аппарат; 2 - тепловой насос; 3 - пластиковый трубопровод Рисунок 13 - Горизонтальная система сбора низкопотенциального тепла грунта

При проектировании следует рассматривать и возможность отбора тепла из водоемов, при этом земляные работы исключаются. Принцип работы тот же, что и в случае с грунтовым коллектором. Горизонтальная система сбора низкопотенциального тепла воды водоема показана на рисунке 14.

Основные характеристики теплового насоса, где основным источником энергии используется грунт с плоским коллектором:

- тепловая мощность от 0,01 до 0,04 кВт/м2;

- рабочий температурный диапазон от минус 5 °C до плюс 10°C;

- коэффициент энергетической эффективности β, от 1,1 до 1,3.

Основные характеристики теплового насоса, где основным источником энергии используется открытая вода:

- тепловая мощность от 3 до 4 кВт/м3 в 1 ч;

- рабочий температурный диапазон от плюс 2°C до плюс 15 °C;

- коэффициент энергетической эффективности β, от 1,1 до 1,2.

Существуют множество конфигураций вертикальной укладки теплообменника на глубине от 50 до 150 м, в этом случае большая доля затрат приходится на буровые работы (см. Рисунок 15). 2 1 3 4 1 - отопительный аппарат; 2 - тепловой насос; 3 – трубопровод; 4 - водоем Рисунок 14 - Горизонтальная система сбора тепла водоемастр. 116 2 1 4 3 1 - отопительный аппарат; 2 - тепловой насос; 3 - вертикальные термоскважины системы сбора низкопотенциального тепла грунта; 4 - скважины Рисунок 15 - Вертикальная система сбора низкопотенциального тепла грунта

На практике применяются следующие две конструктивные схемы вертикальных грунтовых теплообменников:

- "труба в трубе" - внутри обсадной трубы коаксиально располагается подающая теплоноситель труба, а поток теплоносителя, возвращающийся по межтрубному зазору, отбирает тепло грунта через стенку обсадной трубы;

- U-образная труба - по одной в етви теплоноситель подается вниз, а по другой возвращается обратно, при этом теплообмен с грунтом происходит по всей длине трубы, однако из-за меньших диаметров труб (при том же диаметре скважины) поверхность теплообмена получается существенно меньше, чем в предыдущем варианте.

Для большей гарантии все стыки труб, укладываемых в землю, должны соединяться термической сваркой - встык или с соединительными муфтами, а не соединяться чисто механическими способами.

Для обратной засыпки скважин можно использовать промытый песок или песчано-гравийную смесь. При опасности заражения водоносного горизонта грунтовыми водами, перетекающими вдоль стенки грунтового теплообменника, применяются герметики или цементные растворы. Примеры укладки труб-теплоносителей в траншею показаны на рисунке 16.стр. 117 Рисунок 16 – Способы укладки труб на небольших глубинах

Основные характеристики теплового насоса, где основным источником энергии используется система скважинного типа:

- тепловая мощность от 0,02 до 0,08 кВт/м;

- рабочий температурный диапазон от минус 5 °C до плюс 5 °C;

- коэффициент энергетической эффективности β, от 1,01 до 1,25

Размеры грунтового теплообменника определяются исходя из расчетных тепловых и холодильных нагрузок на теплонасосные системы теплоснабжения (ТСТ). Все тепловые насосы рассчитаны на максимальную и минимальную температуру жидкости, являющейся источником энергии.

При проектировании коттеджного здания с применением тепловых насосов, использующих теплоту вторичных энергетических ресурсов и нетрадиционных источников энергии, необходимо рассматривать объект как единое целое.

На ранних стадиях проектирования необходимо добиваться согласованности технических решений по архитектуре, конструкции и инженерным системам с целью выбора оптимальных схем внедрения энергосберегающих технологий, обеспечивающих минимальные сроки окупаемости дополнительных капитальных затрат.

Теплонасосные системы теплоснабжения проектируются для каждого конкретного коттеджного здания в зависимости от энергетических нагрузок, почвенно- климатических условий района строительства и стоимости энергоносителей.

Стоимость оборудования тепловых насосов высокая, поэтому их следует подбирать по мощности на величину базовых нагрузок, на основе тепловых и технико- экономических расчетов. Это обеспечивает максимальное использование тепловых насосов и более стабильный режим их работы.

Производство работ по устройству термоскважин (бурение, установка обсадных колонн, корпусов термоскважин и пр.) должны выполняться только в соответствии с конструкторской и проектной документацией, с привлечением квалифицированных специалистов.

Тепловые насосы заводского производства должны быть установлены с соблюдением требований безопасности и мер предосторожности, указанных в заводских инструкциях предприятия-изготовителя.

Пример расчета коэффициента теплоотбора теплоносителя от грунта длястр. 118 вертикальной системы теплового насосного устройства приведен в приложении Б.

Использование воздушного теплового насоса не требует укладки трубопроводной системы в землю для отбора тепла.

Тепловые насосы с воздушным источником подразделяются на системы типа воздух/воздух и воздух/вода, в зависимости от того, какая среда используется для распространения тепла в здании – воздух или вода.

Тепловые насосы воздух/воздух предназначены для прямого нагрева воздуха внутри помещения. Теплота извлекается из окружающего воздуха посредством испарительного блока наружного размещения и направляется в помещение, где внутренний воздух нагревается при помощи конденсатора системы (см. рисунок 17).

В случае необходимости отопления нескольких помещений или сравнительно большого внутреннего объема, используются различные системы подачи и распределения воздуха, а для нагрева отдельных областей, следует применить несколько внутренних блоков.

Преимущество теплового насоса типа воздух/воздух над системами типа воздух/вода заключается в более низкой температуре стока (температуре воздуха, проходимого через теплообменник конденсатора), что обеспечивает повышенное значение коэффициента производительности и более высокий уровень теплоотдачи.

При проектировании следует учесть, что в течение отопительного сезона температура наружного воздуха зачастую ниже температуры грунта, что приводит к снижению производительности теплового насоса. 2 1 3 4 1 - отопительный аппарат; 2 - тепловой насос; 3 –система сбора тепла воздуха (4) Рисунок 17 - Система сбора тепла воздуха

Основные характеристики теплового насоса, где основным источником энергии используется наружный воздух:

- тепловая мощность от 0,003 до 0,004 кВт/м3;

- рабочий температурный диапазон от минус 15°C до плюс 35°C;

- коэффициент энергетической эффективности β, от 1,3 до 1,4;

Тепловой насос типа воздух/вода использует воду как теплопоглотительную среду. Нагретая вода предназначена для отопления помещений или подготовки бытовой горячей воды.

Все ключевые компоненты данного теплового насоса располагаются внутри коттеджного здания, что предотвращает их от внешнего воздействия и повреждения.

Биогаз производится в биогазовой установке из отходов сельского хозяйства, пищевой промышленности, органических отходов, биомассы различных видов растений и специально выращенных энергетических культур и состоит из герметичного реактора, оснащенного комплексом систем загрузки первичного сырья, его подогрева, перемешивания и канализации для сброса обработанного сырья (см. рисунок 18).

Биогазовые установки производят биогаз путем контролируемого сбраживания биомассы в анаэробных условиях, путем разложения органики бактериями.

Перед подачей в сеть газоснабжения коттеджного здания или перед использованием в качестве топлива биогаз должен пройти процесс переработки, где удаляются все загрязняющие вещества, а также углекислый газ, а содержание метана увеличивается с 50 — 75 % до более чем 95 %. Для этого используется установка подготовки газа, переработанный биогаз называется биометаном. Биогаз Реактор для ферментации Канализационный люк Электро Сырье подогрев Котел Газовый Фильтрат электрогенератор Рисунок 18 – Упрощенная схема биогазовой установки

Существует два основных способа анаэробного сбраживания: мокрый способ истр. 120 сухой способ. Основное различие между двумя способами связано с содержанием влаги в перерабатываемых отходах.

Биогазовые установки могут работать как на моно-сырье, так и на смеси. Энергетическая эффективность органического сырья по выходу биогаза представлена в таблице 6.

Для поддержания работы биогазовой установки в производительном режиме следует ежесуточно загружать в биореактор органические отходы с требуемой по технологии массой и влажностью.

Образующийся отходы ферментации и ил нужно периодически выгружать из биореактора, эти отходы используют как удобрение.

Для увеличения производительности биогазовой установки требуется периодическое перемешивание загруженного в реактор сырья и поддержание в нем температуры в пределах от 20 до 60 оС. Температурный режим ферментации поддерживается с помощью ТЭНов, вмонтируемых в водяную рубашку, окружающую биореактор.

Самым простым способом использования биогаза является прямое сжигание в котлах или горелках, как на месте производства, так и транспортировкой по трубопроводу до отдаленных установок теплоснабжения коттеджного здания.

Современные установки для производства биогаза - быстро устанавливаемые, полностью механизированные и автоматизированные объекты. Они приспособлены для работы на различных отходах, занимают малые площади, не требуют большого расхода электроэнергии.

Электрическая энергия в биогазовых установках производится в когенераторах на базе двигателя внутреннего сгорания – газовом электрогенераторе.

Часть электроэнергии, полученная из биогаза, может использоваться для привода электрического оборудования, такого как насосы, системы управления, компрессора и мешалки, а также для обогрева реактора (замкнутый цикл энергоснабжения), остальная часть (примерно 70 %) — для потребностей коттеджного здания.

Таблица 6 - Выходы биогаза из органических отходов

Таблица 6 - Выходы биогаза из органических отходов (продолжение)

Для увеличения выхода биогаза от 20 до 40 % без изменений конструкции биогазовой установки рекомендуется использовать добавки из смеси из энзимов, пробиотиков и микроэлементов. Расход составляет 1 - 2 кг/сутки для биогазовой станции электрической мощностью 1 МВт (24000 кВт·ч электроэнергии в сутки).

Из 1 м3 биогаза вырабатывается одновременно 2,4 кВт·ч электрической и 2,5 кВт·ч тепловой энергии.

Для эффективного и продолжительного использования биогазовой установки необходимо наличие в достаточном количестве местного доступного и дешевого сырья - источника биогаза: продукты очистки сточных вод, органические отходы и отходы животноводческих ферм и крестьянских хозяйств.

Основные выгоды биогазовой установки: выработка электричества и тепла со сжиганием получаемого биометана, с экономией энергии, получаемой от традиционных источников.

Эффективность применения биогазовых установок:

- снижение потребления углеводородного ископаемого топлива;

- утилизация отходов;

- соблюдается нулевой баланс по СО2;

- дополнительным продуктом переработки является высокоэффективное удобрение;

- децентрализованное тепло- и электроснабжение потребителей.

Биогазовая установка энергообеспечения подбирается для каждого конкретного коттеджного здания в зависимости от энергетических нагрузок, наличия и стоимости первичных био-энергоносителей.

Производство работ по установке, монтажу и пуско-наладке биогазовой установки должны выполняться только в соответствии с конструкторской и проектной документацией, с привлечением квалифицированных специалистов.

Биогазовая установка заводского производства должна быть установлена с соблюдением требований безопасности и мер предосторожности, указанных в заводских инструкциях предприятия-изготовителя.

При утилизации тепла сточных вод в коттеджных зданиях рекомендуется разделять фекальные и серые стоки в системе канализации. Смешивание приводит к снижению средней температуры сточных вод и уменьшению эффективности системы при одновременном ее усложнении.

Разделение фекальных и серых стоков рекомендуется производить с использованием двух канализационных систем, которые следует объединить на выходе системы утилизации.

Для решения проблемы утилизации тепла в условиях нерегулярности стоков и отсутствие синхронизации во времени стоков и потребления горячей воды рекомендуется использования бака – аккумулятора для накопления предварительно нагретой воды с последующим использованием.

Следует избегать проникновения сточных вод в подогреваемую воду. С этой целью следует использовать либо два последовательно установленных теплообменника, один из которых является промежуточным, либо использовать теплообменник с промежуточным теплоносителем, или тепловой насос.

В зависимости от конкретных условий в энергоэффективном коттеджном здании возможно применение любой из выше перечисленных схем.

Схема утилизации тепла сточных вод с использованием теплообменника представлена на рисунке 19. Стоки вначале фильтруются, затем поступают на теплообменник, где отдают свое тепло холодной сетевой воде. Далее охлажденные стоки поступают в систему канализации, где смешиваются с фекальными и уходят по обычной схеме на очистные сооружения. Подогретая вода поступает в штатную систему подготовки горячей воды, где ее температура доводится до нормативного значения. Недостатком такой схемы утилизации является необходимость одновременного стока серых вод и потребления горячей воды в здании. Рисунок 19 - Схема утилизации тепла сточных вод с использованием теплообменного аппарата

Схема утилизации тепла сточных вод с использованием теплообменника и бака-аккумулятора представлена на рисунке 20. Бак-аккумулятор позволяет обеспечить утилизацию тепла сточных вод независимо от синхронизации времени стока и потребления горячей воды в здании. Рисунок 20 - Схема утилизации тепла сточных вод с использованием теплообменника и бака-аккумулятора

Схемы утилизации тепла сточных вод с использованием теплообменника и теплового насоса как с баком-аккумулятором, так и без него представлены на рисунках 21 и 22 соответственно. В связи с явной нехваткой вторичного тепла от утилизации стоков для обеспечения горячего водоснабжения тепловой насос должен подключаться к нескольким источником тепловой энергии (гелиоэнергия либо тепло грунта).

Комбинированная система утилизации тепла сточных вод, где в качестве первичного контура подогрева воды выступает теплообменник, а в качестве вторичного контура – тепловой насос, приведена на рисунке 23. При эффективности теплового насоса 2,5 – 4,0 общая эффективность системы теплообменник – тепловой насос может достигать 6 – 8, так как теплообмен в первом контуре происходит без дополнительных затрат электрической энергии. Данная схема обеспечивает наиболее полную утилизацию тепла сточных вод здания.стр. 124 Рисунок 21 - Схема утилизации тепла сточных вод с использованием теплового насоса Рисунок 22 - Схема утилизации тепла сточных вод с использованием теплового насоса и бака-аккумуляторастр. 125 Рисунок 23 - Схема утилизации тепла сточных вод с использованием последовательно установленных теплообменника и теплового насоса

Для повышения эффективности применения утилизаторов тепла сточных вод применяют баки-аккумуляторы.

Назначение аккумуляторов - устранение или сглаживание неравномерности расхода серых сточных вод и разбора горячей воды жителями.

В системах утилизации тепла сточных вод рекомендуется использовать нижние баки-аккумуляторы – (классификация по месту расположения), открытые (по конструкции).

Рекомендуемая система теплообмена для утилизации сточных вод с использованием бака-аккумулятора и пластинчатого теплообменника представлена на рисунке 24. Тепло, утилизированное пластинчатым теплообменником, используется для ступенчатого подогрева воды в системе ГВС коттеджного здания. Рисунок 24 - Система теплообмена для утилизации тепла сточных вод сстр. 126 использованием бака-аккумулятора и внешнего пластинчатого теплообменника

Требуемый объем бака-аккумулятора следует определять по графику расхода серых сточных вод.

Пример обвязки бака - аккумулятора приведен на рисунке 25. Тепловая РУ изоляция Переливной Обратный трубопровод клапан В канализацию Заполнение Спускной Расход трубопровод 0,5 м Поддон Отводной трубопровод Рисунок Рисунок 17 Общие 25 -обвязки принципы Обвязка бака – аккумулятора бака-аккумулятораатмосферного (открытого) типа

Одним из наиболее перспективных, экологически “чистых” и повсеместно доступных источников низкопотенциальной тепловой энергии для систем теплохладоснабжения коттеджных зданий является тепло грунта верхних слоев земли.

Система сбора тепла грунта, представляет собой систему труб с циркулирующим по ним теплоносителем (воздух), который осуществляет отбор тепла, накопленного грунтом, и отвод его к потребителю. Потребляемая энергия компенсируется теплопоступлениями из окружающего массива грунта, что позволяет продолжительное время использовать грунт в качестве источника низкопотенциального тепла для предварительного нагрева воздуха, используемого в системе принудительной вентиляции с рекуперацией тепла.

В теплое время года грунтовый воздушный теплообменник позволяет снизить температуру приточного воздуха, снижая нагрузку на систему кондиционирования.

Мощность грунтового теплообменника, Р, Вт следует рассчитывать по формуле: Р = с · v · ρ · ΔT·π·r2, (9) где с– теплоёмкость воздуха, Дж/(кг∙ ºС); v – скорость воздушного потока, м/с; ρ – плотность воздуха, кг/м3; ΔТ – разность температур на входе и выходе теплообменника, ºС; r – внутренний радиус воздуховода грунтового теплообменника, м.

Забор воздуха в грунтовый воздушный теплообменник должен осуществляться на высоте не менее 2 метров от уровня грунта.

На входе в грунтовый воздушный теплообменник должен устанавливаться воздушный фильтр.

Конструкция воздухозаборного устройства должна препятствовать попаданию в грунтовый воздушный теплообменник птиц и крупных насекомых.

Траектория укладки труб должна обеспечивать минимальное сопротивление потоку проходящего воздуха.

При укладке труб грунтового воздушного теплообменника следует избегать поворотов под углом 90°.

Материал труб грунтового воздушного теплообменника не должен быть подвержен коррозии.

Места стыков труб грунтового воздушного теплообменника должны быть тщательно загерметизированы и гидроизолированы.

Для обеспечения равномерного теплосъема трубы грунтового воздушного теплообменника должны располагаться на расстоянии не менее 80 см.

Трубы грунтового теплообменника следует располагать ниже глубины промерзания грунта.

Проектирование грунтового воздушного теплообменника в системе вентиляции следует выполнять на основании технической документации и рекомендаций производителей оборудования.

Максимальную экономию потребления энергоресурсов системой теплоснабжения коттеджного здания возможно обеспечить при использовании комбинированной системы альтернативных источников энергии.

Система теплоснабжения должна обеспечивать потребность в тепловой энергии коттеджного здания на отопление и вентиляцию, а также на горячее водоснабжение.

Пример реализации комбинированной системы теплоснабжения коттеджного здания с использованием солнечного коллектора приведен на рисунке 26.

Система обеспечивает напольное отопление здания, подогрев воды в бассейне и обеспечивает горячее водоснабжение.

В качестве резервного источника теплоты, компенсирующего пиковые нагрузки, используется газовый котел.

В случае нехватки солнечной энергии, происходит автоматическое включение котельного агрегата на нагрев накопительного бойлера.

В качестве резервного источника выработки тепла в системе теплоснабжения здания с использованием солнечного коллектора вместо газового котла может использоваться тепловой насос, источником низкопотенциального тепла для которого является тепло грунта. Пример такой комбинированной схемы теплоснабжения приведен на рисунке 27.стр. 128 Рисунок 26 – Комбинированная система теплоснабжения коттеджного здания с использованием солнечного коллектора

Комбинированная система теплоснабжения содержит солнечные коллекторы,стр. 129 геотермальный тепловой насос, бак-аккумулятор косвенного нагрева. Блок теплонасосной установки комплектуется автоматикой управления.

Существует большое разнообразие схем включения солнечных коллекторов, тепловых насосов, использующих тепло грунта, наружного воздуха, грунтовой воды и воды водоемов, в системы теплоснабжения и горячего водоснабжения зданий, отличающихся компоновкой, характеристиками, обвязкой Принципы их использования аналогичны приведенным выше.

В связи с высокой стоимостью теплонасосного оборудования его применение должно быть экономически обосновано. 1 – подача теплоносителя (вода) в систему отопления; 2 – возврат теплоносителя от системы отопления; 3 – рециркуляция теплоносителя (воды); 4 – подача теплоносителя (воды) в систему водоснабжения; 5 – возврат теплоносителя (воды) от бака косвенного нагрева; 6 – подача теплоносителя (воды) от теплового насоса к баку косвенного нагрева; 7 – подача теплоносителя пропиленгликоля к солнечной панели; 8 – возврат теплоносителя пропиленгликоля к тепловому насосу от солнечного коллектора; 9 – подача теплоносителя пропиленгликоля в скважину; 10 – возврат теплоносителя пропиленгликоля к тепловому насосу из скважины; 11 – подача воды к баку косвенного нагрева из системы водоснабжения Рисунок 27 – Комбинированная система теплоснабжения коттеджного здания с использованием солнечного коллектора и геотермального теплового насоса

Целесообразно применять теплонасосное оборудование в случае отсутствия возможности подключения здания к тепловым сетям либо при недостаточной мощности существующего источника теплоснабжения.

Проектирование систем теплоснабжения с использованием солнечных коллекторов и тепловых насосов следует выполнять на основании технической документации и рекомендаций производителей оборудования.

Возможны и другие варианты гибридных систем с использованием альтернативных источников энергии или альтернативного источника энергии совместно с невозобновляемыми источниками энергии.

Для компенсации теплопотерь коттеджного здания в моменты пиковых отрицательных температур следует предусматривать резервный источник теплоты. Тип резервного источника теплоты определяется видом наиболее доступного и дешевого топлива.

Дублирование мощности осуществляется на случай выхода из строя альтернативного источника энергии или в период недостаточной величины возобновляемого источника энергии (например, отсутствия или слабости скорости ветра, истощения тепла грунта, продолжительной облачности погоды и т.д.).

Система с дублированием мощности по возможности должна иметь автоматическую систему подключения резервного источника. При использовании такой схемы повышается надежность и бесперебойность энергообеспечения (отопление, энергоснабжение, ГВС, вентиляция) коттеджного здания.

Проектирование систем энергоснабжения коттеджного здания с использованием комбинированной системы следует вести на основании изучения наличия, доступности и возможностей существующих инженерных сетей коммуникаций, которые могут быть использованы в качестве резервного источника энергообеспечения здания.

Монтаж, пуск и наладка комбинированной системы энергоснабжения коттеджного здания рекомендуется проводить специализированными организациями на основании технической документации и рекомендаций производителей оборудования.

В отличие от многоэтажных жилых зданий, коттеджные здания отличаются значительно более высокими значениями удельной потребности в тепловой энергии на отопление и вентиляцию. Нормативные значения удельной потребности в полезной тепловой энергии на отопление 1 - 3-этажных зданий в соответствии с СН РК 2.04-21 превышает значения этого показателя для 8 - 9-этажных жилых зданий на 68,7 %. Согласно МСН 2.04-02 эта разница может достигать 84,2 %. Поэтому для снижения эксплуатационных затрат при проектировании коттеджных зданий, особое вниманиестр. 131 следует уделять повышению уровня тепловой защиты.

Нормативные значения удельного расхода тепловой энергии на отопление qhreq жилых домов одноквартирных отдельно стоящих и блокированных, к которым относятся коттеджные здания, приведены в таблице 7. [МСН 2.04-02].

Удельный расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию является комплексным показателем. На его значение оказывают влияние следующие группы факторов:

- объемно-планировочные решения;

- инженерные системы и оборудование здания;

- сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций. Первая группа факторов объединяет:

- ориентацию здания по сторонам света;

- долю жилой (полезной) площади;

- процент остекления фасада;

- компактность здания.

Таблица 7 - Нормируемый удельный расход тепловой энергии на отопление qhreq жилых домов одноквартирных отдельно стоящих и блокированных, Дж/(м2oCсут)

Вторая группа объединяет параметры инженерных систем в части наличия системы регулирования характеристик теплоносителя, типа системы вентиляции, использование альтернативных или вторичных источников тепловой энергии.

Третья группа характеризует теплозащитные свойства ограждающих конструкций.

Схематично факторы влияния на показатель удельного расхода тепловой энергии qа представлены на рисунке 28.

Степень влияния наиболее значимых факторов – компактности здания, остекленности фасада и приведенного сопротивления теплопередаче (на примере наружных стен) представлена на рисунках 29 - 31.

Компактность – показатель, который характеризует развитость поверхности ограждающих конструкций и определяется отношением площади ограждающих конструкций здания к отапливаемому объему. Чем ниже показатель компактности, тем меньше теплопотери здания, тем ниже потребность в тепловой энергии (см. рисунок 28).

При увеличении площади окон удельный расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию увеличивается. Пример - Для коттеджного компактного (kl=0,78 м-1) двухэтажного здания при изменении процента остекленности фасада от 11 до 20 % удельный расход тепловой энергии составляет около 5 % при ориентации Запад-Восток, при ориентации Север-Юг незначительное увеличение - до 2 %. По сравнению с коэффициентом компактности, слабое влияние фактора обусловлено тем, что увеличение площади окон приводит не только к росту теплопотерь через эти конструкции, но и увеличивает теплопоступления солнечной радиации, которые снижают удельное энергопотребление здания (рисунок 30).

Увеличение приведенного сопротивления теплопередаче наружных стен существенно влияет на удельное энергопотребление: в рассмотренном примере при его увеличении в 2 раза (с 2 до 4 м2oC/Вт) удельное энергопотребление снижается на 20 % (рисунок 31). Дальнейшее увеличение приведенного сопротивления теплопередаче наружных стен будет менее эффективно. Поэтому выбор рациональной конструкции утепления ограждения должен основываться на предварительном анализе структуры теплопотерь и экономической целесообразности повышения теплозащитных свойств отдельного ограждения.

Анализ структуры теплопотерь коттеджного здания рекомендуется выполнять на основании расчета удельного расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию и методик теплового баланса, представленных в СН РК 2.04-21.

Комплексный показатель удельного расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию устанавливают из теплового баланса здания при расчетных условиях эксплуатации. Тепловой баланс коттеджного здания обусловлен теплопотерями здания и теплопоступлениями от людей, освещения, бытовой техники, солнечной радиацией. С учетом теплопоступлений затраты тепловой энергии на отопление и вентиляцию должны компенсировать теплопотери через ограждающие конструкции и теплопотери с вентиляцией.

Потери теплоты через ограждающие конструкции (трансмиссионные теплопотери) обусловлены теплозащитными свойствами конструкции ограждений. Вентиляционные теплопотери зависят от планировочного решения здания (площади жилых помещений), и принятого типа системы вентиляции (инфильтрационные теплопотери). Соотношение элементов теплопотерь в каждом случае индивидуально. Исходными данными для анализа структуры теплопотерь являются:

- площадь ограждающей конструкции Ai, м2;

- приведенное сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции Ri м2°С/Вт;

- градусо-сутки отопительного периода Dd, °C∙сут;

- общие теплопотери здания за отопительный период Qh, МДж. Перечисленные параметры определяют в соответствии с методикой МСН 2.04-02- 2004 «Тепловая защита зданий».стр. 133 Долю теплопотерь через ограждающие конструкции определяют по формуле Qi P  100  (10) Qh где Qi - теплопотери через ограждающую конструкцию за отопительный период, МДж, определяют по формуле: Ri Qi  0, 0864   Dd . (11) Ai Теплопотери на вентиляцию Qinf , МДж, определяют по формуле: Qinf  Qh -  Qi . (12) Порядок определения расхода теплоты на отопление и вентиляцию помещений коттеджного здания приведен в приложении В.стр. 134 Рисунок 28 – Факторы влияния на показатель удельного расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию зданиястр. 135 Рисунок 29 – Пример зависимости удельного энергопотребления коттеджного здания от его компактности Рисунок 30 – Пример зависимости удельного энергопотребления коттеджного здания от остекленности фасада и ориентации Рисунок 31 – Пример зависимости удельного энергопотребления здания коттеджного типа в зависимости от приведенного сопротивления теплопередаче наружных стен

На рисунке 32 приведена структура теплопотерь коттеджного компактного двухэтажного здания (kl = 0,78) с отапливаемой площадью 200 м2. Теплопотери рассчитаны при значениях приведенного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций: наружных стен 2,5 м2∙С/Вт, чердачного перекрытия 4,0 м2∙С/Вт, окон 0,6 м2∙С/Вт, перекрытия над подвалом 2,0 м2∙С/Вт при естественной вентиляции. Рисунок 32 – Пример структуры теплопотерь коттеджного здания

Теплопотери через ограждения составляют большую часть теплопотерь коттеджного здания. Из ограждающих конструкций наибольший вклад соответствует наружным стенам. Поэтому целесообразно рассматривать варианты с повышением их сопротивления теплопередаче. Второй резерв снижения энергопотребления – сокращение вентиляционных теплопотерь за счет применения механической системы вентиляции с теплоутилизацией вытяжного воздуха. Выбор варианта технических решений следует обосновать экономически.

При проектировании энергоэффективного коттеджного здания в каждом конкретном случае последовательно решаются нижеследующие задачи.

Разработка объемно-планировочных решений. При разработке объемно- планировочных решений коттеджного здания следует учитывать, что для компактных зданий достижение требуемого уровня тепловой защиты требует меньших затрат по сравнению с некомпактными зданиями («точечных», с развитым фасадом). Компактность здания определяется расчетным показателем k. Он определяется отношением площади ограждения S к отапливаемому объему здания, определяемому в пределах внутренних поверхностей ограждающих конструкций.

Выбор вариантов систем отопления и вентиляции, предварительное установление коэффициентов эффективности принятого инженерного оборудования.

Установление требуемого уровня тепловой защиты для отдельных элементов ограждающих конструкций и требуемой эффективности инженерных систем из условия обеспечения параметров микроклимата помещений, нормируемых значений сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций, нормируемой потребности тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания.

Технико-экономическое обоснование технических решений, принятых встр. 137 проекте для обеспечения требуемого уровня энергоэффективности (применение возобновляемых и альтернативных источников энергии).

Разработка инструкций по эксплуатации инженерных систем коттеджного здания для жильцов и обслуживающего персонала.

Проектирование ограждающих конструкций энергоэффективных коттеджных зданий в перечисленном выше порядке дает следующие преимущества:

- энергосберегающий эффект от утепления ограждений достигается из условий достижения требуемого удельного расхода тепловой энергии с учетом комплекса сопутствующих факторов, что дает возможность подобрать экономически и энергетически оптимальный уровень тепловой защиты здания;

- большую свободу выбора проектных решений при проектировании.

По теплотехническим характеристикам ограждающие конструкции энергоэффективных зданий должны удовлетворять требованиям действующих нормативных документов.

При этом значение требуемого сопротивления теплопередаче энергоэффективных коттеджных зданий рекомендуется устанавливать из условия достижения нормативного значения удельного расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию.

При разработанном объемно-планировочном решении коттеджного здания достижение нормативного значения удельного расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию достигают варьированием комплекса факторов, определяющих этот показатель: дополнительным повышением уровня тепловой защиты отдельных элементов и применением эффективного инженерного оборудования.

Установление требуемого уровня тепловой защиты для отдельных элементов ограждающих конструкций и требуемой эффективности инженерных систем производят из условия обеспечения параметров микроклимата помещений, нормируемых значений сопротивления теплопередаче ограждений, нормируемой потребности тепловой энергии на отопление коттеджного здания.

Порядок установления требуемого уровня тепловой защиты и требуемой эффективности инженерных систем на основе нормируемого удельного расхода тепловой энергии на отопление коттеджного здания с разработанными объемно- планировочными решениями, согласно перечисленным выше принципам, приведен на рисунке 33 и состоит в решении следующих задач:

- рассчитывают геометрические параметры здания (отапливаемую площадь, отапливаемый объем, площади ограждений, полезную (жилую) площадь;

- определяют параметры наружного воздуха согласно действующим нормативным документам и рассчитывают градусо-сутки отопительного периода;

- определяют значения параметров микроклимата помещений здания;

- определяют параметры воздухообмена в помещениях здания согласностр. 138 действующим нормативным документам, определяют бытовые тепловыделения;

- назначают вид системы отопления и вентиляции здания, выбирают варианты и характеристики инженерного оборудования;

- определяют в качестве первого приближения значения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций (наружных стен, покрытий, чердачных и цокольных перекрытий, окон, наружных дверей) согласно требованиям действующих нормативных документов, устанавливают возможные варианты дополнительного утепления ограждений;

- определяют нормируемое значение удельного расхода тепловой энергии на отопление здания;

- рассчитывают удельный расход тепловой энергии на отопление здания за отопительный период и сравнивают его с нормируемым значением. des

Расчет заканчивают в случае, если расчетное значение qh не превышает нормируемое. При превышении значения нормативного удельного расхода тепловой des энергии на отопление энергоэффективного коттеджного здания, расчетное значение qh достигают варьированием комплекса факторов, определяющих этот показатель.

Ограждающие конструкции должны обеспечивать минимизацию свободного воздухообмена в помещениях за счет герметизации примыканий окон и стыковых элементов.стр. 139 Исходные данные для проектирования тепловой защиты Определение геометрических параметров объемно-планировочного решения здания Назначение сопротивлений теплопередаче ограждений не ниже требуемых Определение трансмиссионных теплопотерь здания Назначение параметров систем отопления и вентиляции Определение инфильтрационных теплопотерь здания Корректировка тепловой защиты отдельных Определение расчетного удельного элементов здания и расхода тепловой энергии на параметров инженерных отопление за отопительный период систем qhdes  qhreq Выполнение проекта Рисунок 33 – Рекомендуемый алгоритм проектирования тепловой защиты

Коттеджные здания, оборудованные системами приточно-вытяжной вентиляции должны быть герметичными.

Приток свежего воздуха должен обеспечиваться в жилые помещения здания. В остальные помещения здания приточный воздух должен попадать путем перетока.

Для обеспечения перетоков воздуха в межкомнатных дверях или перегородках должны быть предусмотрены переточные решетки, обеспечивающие требуемый воздухообмен.

Допускается наличие подрезки дверных полотен.

Удаление воздуха из здания в систему утилизации теплоты должно осуществляться из помещения кухни и ванной комнаты.

Для предотвращения загрязнения воздуховодов вытяжная решетка в помещении кухни должна быть оборудована жироулавливающим фильтром и фильтром тонкой очистки.

Кухонные вытяжки должны работать в режиме рециркуляции.

Врезка кухонных вытяжек в воздуховоды системы вентиляции квартиры недопустима.

Вентиляция туалета должна осуществляться через отдельную вентиляционную шахту.

Для предотвращения утечки теплого воздуха вентиляционный канал туалета должен быть оборудован вентилятором с жалюзи, включающимся одновременно с освещением в туалете.

При наличии в здании газовой плиты необходимо обеспечить наличие канала естественной вентиляции в помещении кухни.

В отверстии канала должен быть установлен клапан с электроприводом, перекрывающий канал при работе принудительной системы вентиляции квартиры.

При отключении системы принудительной вентиляции здания (или при пропадании электричества) клапан должен открыться и обеспечить требуемую вытяжку из помещения кухни.

Следует предусмотреть возможность перекрытия приточного (со стороны улицы) канала вентиляции для предотвращения попадания в квартиру холодного воздуха при отключенной системе.

Система отопления коттеджного здания должна обеспечивать индивидуальный учет (в случае получения теплоносителя от тепловых сетей) и регулирование потребления тепловой энергии.

Система отопления должна быть автоматизирована.

Автоматическое управление температурой воздуха в коттеджном здании должно осуществляться по температуре воздуха, удаляемого из помещений здания в систему вентиляции, как имеющей интегральное значение по зданию. В случае превышения фактической температуры заданный поток теплоносителя долженстр. 141 перекрываться запорным клапаном с электрическим приводом.

Во избежание выхолаживания коттеджного здания и размораживания системы отопления клапан при отсутствии питающего напряжения должен быть нормально открытым.

Для обеспечения возможности регулировки температуры в помещениях коттеджного здания рекомендуется установка термостатических регуляторов на отопительных приборах.

Для обеспечения нормативной температуры в помещениях коттеджного здания при отключенной системе приточно-вытяжной вентиляции с утилизацией теплоты удаляемого воздуха и отсутствии бытовых тепловыделений систему отопления следует проектировать как для здания с естественной вентиляцией. Наличие автоматического регулирования системы отопления не допустит перерасхода тепловой энергии.

В случае использования тепловых насосов для отопления коттеджного здания приемлемым вариантом является напольная система отопления.

Для повышения эффективности работы приточно-вытяжных агрегатов с утилизацией теплоты удаляемого воздуха (далее – агрегат) их следует размещать в пределах отапливаемого контура здания.

Допускается размещать агрегаты на лоджиях зданий при обеспечении мер, предотвращающих охлаждение воздуха в воздуховодах и замерзание отводимого конденсата.

Приточно-вытяжная установка должна обеспечивать подачу воздуха в рабочую зону квартир с параметрами, соответствующими требованиям действующих нормативных документов.

Требуемый КПД теплоутилизатора установки должен определяться на основании составленного теплового баланса здания.

Установка должна иметь возможность обеспечения предотвращения замерзания конденсата в теплообменнике без использования дополнительной электрической энергии.

Вентиляторы установки должны иметь минимальное энергопотребление при максимально возможном создаваемом давлении. Рекомендуется применение вентиляторов с электронным управлением (тип «ЕС»).

В конструкции установки следует применять легкосъемные обслуживаемые фильтры.

Конструкция установки должна обеспечивать возможность обслуживания и очистки ее составных частей.

Рекомендуется наличие встроенного автоматического запорного клапана в приточном канале установки, предотвращающего попадание холодного воздуха встр. 142 квартиру при отключенном агрегате.

Установка должна обеспечивать шумовые характеристики в соответствии с действующими нормативно-техническими документами.

Для снижения объема электромонтажных работ рекомендуется, чтобы блок автоматики установки был интегрирован в корпус установки.

Стояки отвода конденсата из установок располагают в отапливаемом контуре здания.

Конденсатоотводящая трубка на всей длине (включая место прохождения через ограждающую конструкцию) должна быть утеплена и иметь уклон в сторону стояка.

В месте подключения к стояку (в теплой зоне) рекомендуется организация водяного затвора.

Уровень воды в затворе не должен превышать уровень выхода конденсатоотводящей трубки из ограждающей конструкции с теплой стороны.

Рекомендуется в конденсатоотводящей трубке на участке от установок до выхода трубки из ограждающей конструкции в теплой зоне располагать греющий провод, предотвращающий замерзание конденсата. Греющий провод должен управляться системой автоматики установки.

Система воздуховодов должна обеспечить подачу воздуха в жилые помещения здания и удаление воздуха из помещений кухни и ванной комнаты.

На этапе проектирования рекомендуется выполнять оптимизацию сечения воздуховодов.

Увеличение диаметров воздуховодов способствует уменьшению сопротивления воздушного тракта и снижению аэродинамических шумов, однако негативно сказывается на архитектурной выразительности помещений, по которым они проходят.

Диаметры воздуховодов должны обеспечивать скорость движения воздуха в соответствии с действующими нормативными документами.

Конструкция воздуховодов должна обеспечивать возможность их прочистки.

Воздуховоды, проходящие вне отапливаемого контура зданий, должны быть утеплены.

Необходимость утепления воздуховодов, проходящих в отапливаемом контуре здания, определяется возможностью выпадения на них конденсата.

Для снижения сопротивления воздушного тракта следует минимизировать использование гофрированных воздуховодов.

Для обеспечения вентиляции удаленных от точки притока воздуха в помещение мест следует организовывать подачу воздуха настилающим на потолокстр. 143 потоком.

В рабочую зону помещений должен поступать воздух с параметрами, соответствующими требованиям действующих нормативных документов.

Организация системы воздуховодов должна соответствовать действующим нормам пожарной безопасности.

Системы вентиляции и отопления коттеджного здания должны быть автоматизированы.

Система автоматики должна обеспечивать совмещение функций управления уровнем воздухообмена и отоплением коттеджного здания.

Для обеспечения экономии потребляемой электроэнергии система автоматики должна обеспечивать жильцу возможность многоступенчатого регулирования воздухообмена, особенно в области малых расходов воздуха

Система автоматики должна обеспечивать жильцу возможность выбора режимов предотвращения замерзания конденсата в теплообменнике, в том числе и без дополнительного расхода электрической энергии.

Система автоматики должна обеспечивать жильцу возможность задания требуемого уровня воздухообмена и температуры в квартире отдельно для дневного и ночного времени суток, а так же задание временных границ дневного и ночного времени суток.

Для снижения уровня энергопотребления система автоматики должна иметь дежурный режим, обеспечивающий снижение уровня воздухообмена (и по желанию жильца температуру) при отсутствии людей в квартире в течение продолжительного времени.

Система автоматики должна обеспечивать отключение вентиляторов при возникновении пожара в коттеджном здании.

Система автоматики должна иметь возможность подключения к системе диспетчеризации инженерного оборудования здания.

Для обеспечения дистанционного мониторинга работы инженерного оборудования коттеджного здания локальные системы автоматики должны быть подключены к системе диспетчеризации инженерного оборудования.

Информация с системы диспетчеризации должна поступать на диспетчерский пункт эксплуатирующей организации.

Система должна сигнализировать о возникающих неполадках в работе инженерного оборудования и обеспечивать возможность дистанционного управления инженерным оборудованием.стр. 144 Монтаж и пусковая наладка системы

Монтаж и пусковая наладка систем должны выполняться специалистами специализированных организаций, прошедших стажировку у производителей оборудования.

Все соединения в системе воздуховодов должны быть герметичными.

В случае применения теплоизолирующих воздуховодов не допускается проникновение воздуха в пространство между слоем теплоизоляции и наружной поверхностью воздуховода.

Эксплуатация приточно-вытяжной системы вентиляции с механическим побуждением и утилизацией теплоты удаляемого воздуха обязательна в течение отопительного периода. Рекомендуется снижать уровень воздухообмена и температуру в помещении в ночное время и при отсутствии людей в коттеджном здании.

Для снижения (исключения) расхода электрической энергии на технологические нужды (предотвращение замерзания конденсата в теплообменнике) жилец должен выбрать требуемый режим работы автоматики.

Для снижения расхода электрической энергии на работу вентиляторов агрегата жилец должен выбрать минимально комфортный уровень воздухообмена.

Эксплуатация системы в межотопительный период – по усмотрению жильца.

При наличии в коттеджном здании индивидуального кондиционера рекомендуется включать приточно-вытяжную систему для возврата холода в летний период при обеспечении требуемого воздухообмена.

Для информирования жильцов об особенностях инженерного оборудования коттеджного здания должна быть разработана инструкция по эксплуатации инженерного оборудования.

Обслуживание инженерных систем энергоэффективных зданий рекомендуется проводить специализированным организациям.

Система вентиляции коттеджного здания должна поддерживать параметры воздуха в помещениях в соответствии с санитарно-гигиеническими нормами и обеспечивать равномерность его поступления и распространения. Вентиляция может быть:

- с естественным побуждением удаления воздуха через вентиляционные каналы и неорганизованным притоком;

- с механическим побуждением притока и удаления воздуха, в том числе совмещенная с воздушным отоплением;

- комбинированная, с естественным и частично механическим притоком и удалением воздуха через вентиляционные каналы.

Для повышения энергоэффективности коттеджного здания следует использовать системы приточно-вытяжной вентиляции с утилизацией теплоты удаляемого воздуха.

В коттеджных зданиях с количеством этажей 2 и более целесообразно проектировать централизованную систему вентиляции с децентрализованным управлением. Техническое решение данного типа позволяет обеспечивать вентиляцию этажей здания по индивидуальной программе.

На этажах, где временно отсутствуют люди, следует применять дежурный режим вентиляции с пониженным воздухообменом.

В качестве примера в своде правил рассмотрена система вентиляции коттеджного здания с оборудованием, приведенным в таблице 8.

Таблица 8 – Инженерное оборудование многоэтажного энергоэффективного жилого дома

Функциональная схема инженерного оборудования коттеджного здания с электрической кухонной плитой приведена на рисунке 34.

Функциональная схема инженерного оборудования коттеджного здания с газовой кухонной плитой приведена на рисунке 35.

Система приточно-вытяжной вентиляции с механическим побуждением и утилизацией теплоты удаляемого воздуха спроектирована по централизованной схеме с децентрализованным управлением.

Система вентиляции с утилизацией теплоты удаляемого воздуха не является системой воздушного отопления.

Централизованная схема с децентрализованным управлением предусматривает наличие общей установки приточно-вытяжной вентиляции с механическим побуждением и утилизацией теплоты удаляемого воздуха для всех этажей коттеджного здания и наличие на каждом этаже индивидуальных регуляторов воздухообмена и теплоснабжения.

Автоматика установки поддерживает постоянное давление в приточном и вытяжном каналах системы вентиляции (со стороны помещений). Требуемый воздухообмен на этажах обеспечивается индивидуальными вентиляторами- доводчиками, управляемыми регуляторами воздухообмена и теплоснабжения этажей.стр. 146 Рисунок 34 - Функциональная схема инженерного оборудования коттеджного здания с электрической кухонной плитойстр. 147 Рисунок 35 - Функциональная схема инженерного оборудования коттеджного здания с газовой кухонной плитой

Устройство системы вентиляции позволяет обеспечить гибкое управление параметрами микроклимата на этажах по желанию жильца.

Для помещений каждого этажа обеспечивается возможность задавать и поддерживать параметры:

- начало и окончание дневного и ночного времени суток;

- температуру воздуха для дневного и ночного времени суток;

- уровень воздухообмена для дневного и ночного времени суток.

При отсутствии людей на этаже коттеджного здания непродолжительное время для сокращения потребления энергии имеется возможность оперативно включать дежурный режим функционирования оборудования.

Воздухообмен во всех помещениях этажа обеспечивает централизованная вентиляционная установка с утилизацией теплоты удаляемого воздуха.

Поступление наружного воздуха в вентиляционную установку осуществляется через индивидуальную воздухозаборную решётку, расположенную на фасаде здания.

Выброс удаляемого из установки воздуха осуществляется через вытяжную шахту, расположенную в теплой зоне здания.

Для обеспечения требований пожарной безопасности элементы шахты покрыты огнезащитным составом.

Для предотвращения попадания в шахту атмосферных осадков сверху на шахте установлен защитный кожух.

Вентиляционная установка располагается в специально выделенном помещении в пределах отапливаемого контура здания. Воздуховоды, идущие к установке, утепляют.

Для снижения уровня шума от вентиляторов установки в воздушном тракте предусмотрено наличие шумогасителей.

Приточно-вытяжная установка с утилизацией теплоты удаляемого воздуха в общем случае содержит следующие элементы. Приточный канал состоит из:

- передней панели с воздушным клапаном;

- воздушного фильтра;

- приточного вентилятора;

- воздушного клапана обводного канала теплообменника;

- теплообменника – утилизатора (нагревателя);

- воздухонагревателя;

- гибких виброгасящих вставок. Вытяжной канал состоит из:

- передней панели с воздушным клапаном;

- теплообменника – утилизатора (охладителя);

- вытяжного вентилятора;

- воздушного фильтра;

- гибких виброгасящих вставок.стр. 149 В качестве теплоутилизационного оборудования, применяемого для централизованной приточно-вытяжной системы вентиляции, допускается использовать роторные регенераторы.

Блок автоматического управления установкой в общем случае обеспечивает выполнение следующих функций:

- поддержание требуемого давления в приточном и вытяжном каналах системы вентиляции (со стороны помещений);

- поддержание температуры подаваемого в помещения воздуха;

- предотвращение замерзания теплообменника установки;

- возможность подключения к системе мониторинга инженерного оборудования здания.

Для очистки приточного с улицы и вытяжного из здания воздуха в установке установлены воздушные фильтры.

Приточный наружный воздух подогревается в теплообменнике установки теплом удаляемого воздуха, поступает в камеру статического давления и по системе воздуховодов распределяется по помещениям этажа. Вытяжной воздух из помещений этажа через камеру статического давления поступает в камеру статического давления и охлажденный в установке отводится в общую вытяжную шахту.

Требуемый уровень давления в статических камерах обеспечивается скоростью вращения приточного и вытяжного вентиляторов.

При необходимости воздух, подаваемый в помещения, догревается водяным нагревателем вентиляционной установки.

При охлаждении удаляемого из квартир воздуха в теплообменнике установки выпадает конденсат. Отвод конденсата из установки осуществляется в отдельный стояк, располагаемый в отапливаемом контуре здания.

Система вентиляции каждого этажа подключена к установке через камеры статического давления.

Для предотвращения опрокидывания тяги вентиляции на приточном и вытяжном воздуховодах каждого помещения имеются обратные клапаны.

Уровень воздухообмена на этаже определяется скоростью вращения приточного и вытяжного вентиляторов, управляемых локальным регулятором воздухообмена и теплоснабжения.

Для обеспечения нормативного уровня шума от работающей системы вентиляции и акустической развязки помещений в воздуховодах установливаются шумогасящие вставки.

Для предотвращения попадания по системе вентиляции огня в помещения этажа на вводе воздуховодов на этаж, следует смонтировать огнезадерживающие клапаны.

Приточный воздух поступает в жилые помещения этажа. Раздача воздуха в жилые помещения осуществляется через приточные диффузоры.

Вытяжной воздух удаляется из кухни и ванной комнаты. На остальных этажах воздух удаляется из коридоров.

Воздуховоды, проходящие по квартире, крепятся к потолкустр. 150 перфорированной лентой и зашиваются гипсокартоном.

Для предотвращения загрязнения воздуховодов жировыми отложениями на вытяжном отверстии системы вентиляции в кухне установлен жироулавливающий фильтр.

В случае если здание оборудовано газовой кухонной плитой, на кухне должен быть предусмотрен резервный канал естественной вытяжки, в котором установлен клапан с электроприводом. При работе централизованной вентиляционной установки в штатном режиме клапан закрыт, и весь объем воздуха удаляется из коттеджного здания через теплообменник установки. В случае пропадания электричества, обеспечивающего питание централизованной вентиляционной установки, клапан открывается, обеспечивая вытяжку из помещения кухни в соответствии с требованиями нормативных документов.

Вентиляция туалета осуществляется через отдельный вытяжной канал.

В канал встроен вентилятор с управляемыми жалюзи. Электромотор вентилятора включается синхронно с освещением в туалете. Одновременно с этим открываются жалюзи вентилятора. При отключении освещения в туалете вентилятор останавливается и через 1 - 2 мин закрываются жалюзи вентилятора.

Для обеспечения перетока воздуха из жилых помещений в коридор и кухню необходимо предусмотреть зазор высотой 20 мм между дверными полотнами и полом.

Для обеспечения перетока воздуха из жилых помещений в ванную и туалет при наличии порога предусмотреть установку переточных решеток в нижней части перегородок или в нижней части дверного полотна.

Применяемые воздуховоды круглого сечения должны быть плотными для предотвращения утечек и подсосов воздуха свыше нормативного значения. Соединение участков воздуховодов выполнять при помощи ниппелей, винтов самонарезающих и герметизирующей алюминиевой ленты усиленной.

При проведении работ по теплоизоляции воздуховодов стыки участков теплоизоляции и торцевые участки герметизировать лентой алюминиевой усиленной. Не допускается возможность проникновения воздуха в пространство между слоем теплоизоляции и наружной поверхностью воздуховода

После завершения работ по монтажу воздуховодов до начала работ по установке на воздуховоды воздухораспределительных диффузоров, присоединения воздуховодов к вентиляционной установке, теплоизоляции воздуховодов и зашивке их декоративными коробами проводят проверку воздуховодов на определение потерь и подсосов воздуха. Потери и подсосы не должны превышать нормативных значений.

Система локальной автоматизации осуществляет независимое управление температурой и уровнем воздухообмена на каждом этаже.

На каждом этаже установлена автономная локальная система автоматизации (локальный регулятор), имеющая возможность подключения к общедомовой системе мониторинга и диспетчеризации.

Управление уровнем воздухообмена осуществляют путем изменения скоростей приточного и вытяжного вентиляторов.

Управление температурой в помещениях этажа осуществляется клапаном с термоэлектрическим приводом, установленном на подающем трубопроводе в систему отопления этажа здания. Управление осуществляется по значению температуры удаляемого из помещений воздуха.

Требуемые значение температуры воздуха и уровня воздухообмена задают отдельно для дневного и ночного времени.

Системой должно предусматривается отключение вентиляторов при превышении температуры значения 70 ºС («Пожар»). Режим работы системы – непрерывный, круглосуточный.

Локальный регулятор должен обеспечивать выполнение следующих основных функций:

- задание требуемой температуры и уровня воздухообмена для дневного и ночного времени;

- автоматическое поддержание заданного температурного режима и уровня воздухообмена;

- управление подачей теплоносителя в систему отопления;

- наличие дежурного режима, обеспечивающего дополнительную экономию энергии в дневное время при отсутствии жильцов на этаже;

- отключение вентиляции при возникновении пожара в помещении (при превышении температуры удаляемого из помещения воздуха значения 70 ºС).

Регулятор должен управлять приточным и вытяжным вентиляторами и клапаном системы отопления квартиры.

Для управления подключенным оборудованием регулятор должен использовать показания датчиков температуры, установленных в воздуховодах на вводе на этаж.

В регуляторе должна быть предусмотрена возможность подключения к системе мониторинга инженерного оборудования.

Регулятор должен иметь встроенную систему самодиагностики.

Регулятор должен иметь встроенный регистратор для регистрации данных в процессе функционирования с возможностью их передачи в систему мониторинга здания.

При выполнении разделов проекта ОВ и АОВ проектировщики должны выдавать технические задания смежникам.

Техническое задание, в общем случае, может состоять из следующих пунктов: По разделу ОВ:

- на отверстия для забора воздуха на фасаде здания;

- на отверстия для воздуховодов в перегородках;

- на устройство вентиляционной шахты и отвод из нее конденсата;

- на зашивку воздуховодов в помещениях;

- на подшивку потолка в коридоре;

- на установку ревизионных лючков;

- на подвод коммуникаций к установке;

- на установку переточных решеток; По разделу АОВ:

- на подводку питания к локальным регуляторам.

Перечень технических заданий должен уточняться в зависимости от специфики конкретного проектируемого коттеджного здания.

Строительство энергоэффективного коттеджного здания требует повышенного внимания к качеству выполняемых работ. Несоблюдение в построечных условиях требований проектной документации может сделать невозможным достижение требуемых эксплуатационных характеристик коттеджного здания.

Промежуточной приемке с участием авторского надзора, в общем случае, подлежат следующие виды работ:

- герметизация прохода воздуховодов через наружные ограждающие конструкции;

- проверка уклона и утепления конденсатоотводной трубки из приточно-вытяжной установке;

- проверка теплоизоляции воздуховодов;

- проверка герметичности соединения воздуховодов до их зашивки;

- проверка правильности установки обратных и огнезадерживающих клапанов;

- проверка установки датчиков температуры на воздуховодах;

- проверка обустройства системы отвода конденсата из вентиляционной шахты.

Виды работ, подлежащих приемке, определяют в зависимости от специфики конкретного проектируемого здания.

Система водоснабжения коттеджного здания должна проектироваться с соблюдением экологических требований.

Система водоснабжения коттеджного здания должна проектироваться в соответствии с требованиями СН РК 4.01-01 и СН РК 4.01-03.

Для снижения потребления подземной воды целесообразно проектировать баки

- аккумуляторы для дождевой воды, расходуемой на хозяйственные нужды.

В коттеджных зданиях нагрев воды для горячего водоснабжения следует предусматривать в двухфункциональных котлах с контурами отопления и горячего водоснабжения.

Допускается не предусматривать циркуляционный трубопровод в системе горячего водоснабжения коттеджного здания.

В системе горячего водоснабжения коттеджного здания допускается предусматривать установку теплоизолированного бака-аккумулятора горячей воды. Емкость бака-аккумулятора должна составлять, как правило, не менее 50 % суточногостр. 153 потребления горячей воды.

Температура воды в баке-аккумуляторе не должна превышать температуру кипения используемой жидкости.

В зависимости от конструктивного решения системы водоснабжения коттеджного здания бак-аккумулятор допускается предусматривать напорным или безнапорным (открытым).

В случае применения электроэнергии для нагрева воды в системах горячего водоснабжения коттеджных зданий следует использовать преимущественно емкостные электроводонагреватели.

Для повышения энергоэффективности коттеджного здания рекомендуется использовать системы подготовки горячей воды с использованием альтернативных, возобновляемых источников энергии, а также использовать вторичные энергоресурсы.

При проектировании зданий и сооружений с применением энергосберегающих технологий, использующих теплоту вторичных энергетических ресурсов и нетрадиционных источников энергии, необходимо рассматривать объект как единое целое. На ранних стадиях проектирования следует согласовывать технические решения по архитектуре, конструкции и инженерным системам с целью выбора оптимальных схем внедрения энергосберегающих технологий, обеспечивающих минимальные сроки окупаемости дополнительных капитальных затрат.

Энергоэффетивные системы теплоснабжения (ЭСТ) проектируются для каждого конкретного объекта в зависимости от энергетических нагрузок, почвенно- климатических условий района строительства и стоимости энергоносителей. Наиболее эффективно комбинированное использование различных возобновляемых источников энергии (ВИЭ) и невозобновляемых источников энергии (НВИЭ).

Решение об использовании энергосберегающих систем следует принимать на стадии разработки и утверждения задания на проектирование. При этом следует учитывать следующие факторы:

- удаленность системы централизованного теплоснабжения либо ограниченность ее мощности;

- ограничение в использовании электроэнергии для прямого нагрева при теплоснабжении;

- наличие вторичных энергетических ресурсов (вентиляционных выбросов, серых канализационных стоков и т.п.);

- наличие низкого температурного потенциала тепловых нагрузок (напольное отопление, вентиляция, подогрев воды в бассейнах и т.п.);

Проектирование ЭСТ следует начинать с разработки ТЭО. При этом следует рассмотреть несколько вариантов схем ЭСТ для выбора наиболее оптимального решения.

ЭСТ с использованием тепловых насосов состоят из системы сборастр. 154 низкопотенциального тепла, собственно тепловых насосов и традиционных источников тепловой энергии для покрытия пиковых нагрузок. С целью выравнивания суточной неравномерности потребления горячей воды следует применять аккумуляторы тепловой энергии.

Системы сбора низкопотенциального тепла представляют собой различные теплообменные аппараты, утилизирующие ВЭР и НВИЭ и включенные в единый с испарителями тепловых насосов контур, по которому циркулирует теплоноситель. Если по режимным параметрам температура в этом контуре может быть ниже 0 °С, то в качестве теплоносителя следует использовать антифризы.

В качестве дополнительных традиционных источников тепловой энергии, предназначенных для покрытия пиковых нагрузок, рекомендуется применять нагреватели, легко поддающиеся автоматизации работы, например, электрические или газовые.

На стадии разработки ТЭО для объектов с теплонасосными системами теплоснабжения должны быть проработаны следующие вопросы:

- определены основные архитектурно-планировочные решения;

- определены расчетные тепловые и электрические нагрузки объекта с учетом всех внутренних бытовых и технологических тепловыделений;

- рассмотрены возможные мероприятия по снижению энергетических нагрузок традиционными способами;

- определена структура потребления энергии (тепловой и электрической);

- определены суточные и годовые графики потребления тепловой и электрической энергии;

- проработана схема традиционного (централизованного или автономного) теплоснабжения и определены затраты на ее создание (с учетом выполнения требований выставленных технических условий);

- определен энергетический потенциал вторичных энергетических ресурсов объекта (мощность и график их поступления);

- определен энергетический потенциал доступных нетрадиционных возобновляемых источников энергии и потребная мощность для покрытия тепловых нагрузок здания;

- выбрана принципиальная схема системы энергоснабжения с помощью тепловых насосов и выполнена предварительная проектная проработка;

- рассчитаны капитальные затраты, связанные с созданием теплонасосных систем теплоснабжения, с учетом технических условий на подключение к внешним энергетическим источникам;

- рассчитаны годовые эксплуатационные затраты по традиционному варианту теплоснабжения и варианту с тепловыми насосами;

- рассчитан срок окупаемости теплонасосных систем теплоснабжения.

В случае если срок окупаемости приемлем и к реализации принят вариант теплонасосной системы горячего водоснабжения, следующие этапы проектирования выполняются в соответствии с действующими нормами с расчетным обоснованием выбора структуры и технических характеристик применяемого оборудования.

Система канализации коттеджного здания должна проектироваться в соответствии с требованиями СН РК 4.01-01 и СП РК 4.02-16.

При проектировании систем канализации необходимо исключить возможность загрязнения сточными водами водоносных горизонтов, используемых для питьевого водоснабжения

Проектирование системы освещения энергоэффективного коттеджного здания следует руководствоваться положениями СН РК 2.04-01.

Для снижения потребления электрической энергии на освещение рекомендуется применение светодиодных светильников с интеллектуальными датчиками включения.

В зависимости от типа освещаемого помещения интеллектуальные датчики включения могут срабатывать в зависимости:

- от уровня освещенности в помещении;

- от акустического шума в помещении;

- от присутствия перемещающегося человека.

Возможно применение интеллектуальных датчиков включения, срабатывающих по совокупности воздействующих факторов (например, срабатывание по акустическому сигналу при недостаточной освещенности).

В условиях нестабильного качества электроэнергии рекомендуется применение светильников с инвертором, обеспечивающих работу светильника в широком диапазоне питающих напряжений.