СИСТЕМА ДИСТАНЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ ИНЖЕНЕРНЫМИ СИСТЕМАМИ ЖИЛОГО ЗДАНИЯ
REMOTE CONTROL SYSTEM OF RESIDENTIAL BUILDING ENGINEERING SYSTEMS

Изобретение относится к системам контроля измерительной информации по первичным параметрам, определяющим потребление квартиросъемщиками коммунальных услуг (горячая и холодная вода, тепловая энергия и электроэнергия, газ).
2
Из уровня техники известна система дистанционного управления большим количеством многофункциональных контроллеров, которые обеспечивают работу систем отопления, освещения, контроля котла, горячей воды, охлаждения, насосов, вентиляции, всех электрических систем, кондиционирования воздуха в отдельных регионах. Система управления обеспечивает быстрое время отклика контроллеров и параметров управления во всех регионах регулировки. Это может также применяться к отдельным жилищам или группам зданий в конкретных регионах. Система может выполнять включение котла отопления, осуществлять контроль температуры воды, чтобы уменьшить выбросы С0, и уменьшить расходы на электроэнергию, а также увеличить или уменьшить запрограммированную комнатной температуру. Такое управление возможно применять также к уличному освещению, освещению магазинных вывесок и регулировки кондиционеров. Система выполнена с возможностью быстрого реагирования в любое время, днем или ночью, на территории определенного округа, при предупреждении о плохой погоде для профилактики от переохлаждения или защиты заводов (GB 2337830, 01.12.1999).
Известна система управления отопительной системой внутри помещения, содержащая датчик для определения наружной температуры, датчик для определения обратной температуры среды теплоносителя, циркулирующей в системе распределения тепла с определенным расходом потока, контроллер, выполненный с возможностью определять требуемую тепловую мощность, которую требуется подавать с помощью упомянутой системы распределения тепла для поддержания баланса тепловой энергии (RU 2009133469, 20.03.2011).
За наиболее близкий аналог к заявленному решению принята система дистанционного управления инженерными системами жилого здания (системой теплоснабжения, водоснабжения, электроснабжения), включающая средства измерения параметров инженерных систем, средства сбора данных о состоянии оборудования инженерных систем в квартирах, и средства для анализа полученных данных, учета энергоресурсов и последующего удаленного управления инженерными системами, исходя из заданных значений, что обеспечивает сбережение ресурсов (RU 2001127945, 10.01.2004).
Недостатками существующих решений является автоматизация отдельных инженерных систем здания, без возможности объединения в единый управляемый объект. Это снижает надежность системы в целом, так как временное прекращение работы отдельных контроллеров не диагностируется и приводит к потере данных о текущем состоянии системы. В часы пиковых нагрузок или зимнее время это особенно критично. Зачастую такая автоматизация приводит к несогласованной работе объектов, что является причиной перерасхода энергоресурсов.
Задачей является создание более совершенной системы управления инженерными системами жилого дома, обеспечивающей оперативный сбор информации о состояниях и параметрах элементов инженерных систем, выдача информации на автоматизированное рабочее место (далее - АРМ) диспетчеров с целью предупреждения неисправностей и снижения эксплуатационных затрат; сокращение времени локализации неисправности и простоев оборудования; гибкое управление инженерными системами с целью повышения экономичности эксплуатации здания и выполнения функций энергосбережения, повышение эффективности здания; обеспечение высокой жизнеспособности технологического оборудования инженерных систем за счет повышения информативности и оптимизации управления.
Техническим результатом заявленной системы является повышение надежности, безопасности при функционировании оборудования инженерных систем, а также повышение экономии ресурсов при эксплуатации жилого дома.
Технический результат заявленного изобретения достигается за счет того, что автоматизированная система дистанционного управления инженерными системами жилого здания (АСУЗ) содержит сервер, соединенный с блоком автоматического регулирования энергопотребления здания (САР), выполненный с возможностью управления параметрами инженерных систем исходя из заданной жильцами необходимой температуры в помещениях здания и исходя из установленной тепловой модели, зависящей от наружной и внутренней температуры воздуха, теплоемкости перекрытий здания, теплового сопротивления перекрытия, а также соединенный с блоком сбора и контроля затраченных ресурсов инженерных систем здания (содержащий блок контроля и технического учета электроносителей (АСТУЭ) и блок контроля и технического учета энергоресурсов), который соединен с установленными на каждом этаже здания блоками обработки и передачи данных от датчиков и счетчиков инженерных систем жилых помещений здания, на сервер, причем система дополнительно содержит блок управления и контроля потребляемой электрической мощности здания, соединенный с регуляторами мощности, установленными на каждом этаже здания, и выполненный с возможностью ограничения потребляемой пользователями мощности при достижении установленной пиковой нагрузки со следующим приоритетом отключения инженерных систем: калориферы приточной вентиляции паркинга, отопление мест общего пользования, центральное кондиционирование, отопление коридоров, санузлов квартир, снижение нагрева воды до 40°, а по мере снижения потребления мощности пользователями здания подключение производится в обратном порядке, при этом в часы пиковых нагрузок блок управления и контроля потребляемой электрической мощности здания дополнительно учитывает свободную мощность нагрева, для определения которой рассчитывается тепловая постоянная времени нагрева, в течение которого в массивных элементах здания аккумулируется тепло.
В каждом жилом помещении здания может быть установлен прибор учета, выполненный с возможностью ручной установки настроек инженерных систем пользователем и их последующего автоматического поддержания системой.
Каждый блок сбора, обработки и передачи данных от датчиков инженерных систем жилых помещений здания на сервер, установленный на каждом этаже здания, может содержать две станции удаленной периферии и станцию программно-логического контроллера, которые выполнены с возможностью сбора и обработки данных в соответствии с алгоритмами предективного управления температурой, которую задает жилец на квартирной панели управления.
Блок управления и контроля потребляемой электрической мощности здания может быть выполнен с возможностью исключения взаимной (одновременной) работы отопления и кондиционирования в здании и автоматического перехода из летнего режима в зимний, и наоборот, в зависимости от показаний уличной температуры.
Система дополнительно может содержать блок контроля и технического учета электроносителей, соединенный с сервером.
Система дополнительно может содержать блок автономного электроснабжения здания, выполненный с возможностью активации энергообеспечения здания при аварийном режиме и обеспечивающий аварийное питание дома от внешнего генератора.
В заявленном изобретении используется блочная архитектура управления, в которой явно выделена распределенная периферия, управляемая блочным контроллером. Информация со всех блоков поступает на центральный контроллер, расположенный в помещении оператора, и в последующем передается на АРМ оператора системы. В свою очередь блочный контроллер занимается обработкой информации и выполнением задач непосредственно внутри блока, в котором он расположен. Обмен данными между центральным и блочным контроллером о состоянии смежных инженерных систем реализуется при помощи промышленного стандарта обмена данными Profinet 10, позволяющим реализовать надежную передачу данных с циклом до 10 мс. Функции диагностики входных аналоговых каналов системы позволяют диагностировать обрыв датчиков температуры для предотвращения некорректных управляющих воздействия. Защищенный доступ для подключения к контроллерам данный системы позволяет избежать несанкционированного изменения кода программы.
Во избежание выстуживания здания используют нелинейную математическую модель теплового режима здания - систему уравнений, описывающую состояние и изменение во времени параметров, характеризующих тепловой режим помещений в здании. Основу модели составляют уравнения баланса тепловых потоков на поверхностях, в воздухе объема помещения и уравнения баланса потоков воздуха в нем. Локальные системы уравнений для отдельных помещений, объединенные в общую систему уравнений, составляют математическую модель теплового и воздушного режимов здания. Связь между помещениями осуществляется в основном за счет переноса потоков воздуха. В заявленном изобретении использована упрощенная математическая модель помещений при введении в нее ряда характеристик, измеренных в помещениях (наружная и внутренняя температура воздуха, теплоемкость перекрытий здания, тепловое сопротивление перекрытий, а также коэффициент теплопередачи ограждений, теплообмен, мощность внутренних источников тепла, геометрические размеры помещений, характеристики воздухопроницаемости, расхода приточного и вытяжного воздуха и др.). Подстановка измеренных величин в базовую математическую модель помещения позволяет получить частные модели для каждого помещения в упрощенном виде, гарантирующем достаточную точность численного моделирования. На основе вышеуказанных параметров помещений высчитывают тепловую постоянную времени, позволяющую аккумулировать тепло в массивных элементах здания для выделения свободной мощности на часы пиковых нагрузок.
Используя тепловую модель дома (полученную, исходя из расчета теплопотерь здания) и заданную жильцом температуру помещения, при помощи предиктивного алгоритма управления температурой, заявленная система осуществляет автоматическое управление приточно-вытяжной вентиляцией, системой теплых полов либо системой холодоснабжения. Используя большую инерционность перекрытий, тепловую модель дома и расчет потребления воды в часы утреннего и вечернего максимума, происходит перераспределение нагрузок, что позволяет снизить потребляемую мощность в часы пиковых нагрузок.
Автоматизированная система дистанционного управления инженерными системами жилого здания (АСУЗ) состоит из следующих соединенных между собой блоков, данные от которых передаются на единый сервер.
1. Блок автоматического регулирования энергопотребления здания (САР), выполненный с возможностью управления параметрами инженерных систем в помещениях здания и установленной тепловой модели здания. Используя тепловую модель дома, блок формирует наиболее точные режимы работы блока автоматического регулирования энергопоребления здания исходя из наружной температуры.
2. Блок сбора и контроля затраченных ресурсов инженерных систем здания, содержащий блок контроля и технического учета электроносителей (автоматизированная система технического учета электроэнергии - АСТУЭ) (см. фиг. 2) и блок контроля и технического учета энергоресурсов.
Блок АСТУЭ обеспечивает поквартирный сбор данных на сервер показаний приборов учета электро- и водопотребления. Сбор информации с электросчетчиков осуществляется через протокол Modbus, выполненный на основе RS 485. Сбор показаний со счетчиков расхода воды осуществляется через герконовое реле, входящее в его состав. Сбор всей информации осуществляется на единый сервер АСУЗ. Вывод информации АСТУЭ выполняют на отдельном АРМ.
Блок контроля и технического учета собирает актуальную информацию об энергопотреблении отдельных элементов здания для выработки управляющего воздействия на САР энергопотребления.
3. Блок управления и контроля потребляемой электрической мощности здания, соединенный с регуляторами мощности, установленными на каждом этаже здания, и выполненный с возможностью ограничения потребляемой пользователями мощности при достижении установленной пиковой мощности со следующим приоритетом отключения инженерных систем: калориферы приточной вентиляции паркинга, отопление мест общего пользования, центральное кондиционирование, отопление коридоров, санузлов квартир, снижение нагрева воды нагрева воды до 40°, а по мере снижения потребления мощности пользователями здания подключение производится в обратном порядке.
Также дополнительно АСУЗ может содержать блок автономного электроснабжения здания в случае отключения централизованной системы электроснабжения. Данный блок предусматривает аварийное питание дома от внешнего генератора и позволяет реализовать аварийные режимы энергообеспечения здания.
Система производит автоматическое регулирование энергопотребления жилого дома, исходя из заданного значения. Информация о текущем энергопотреблении поступает от актуальной тепловой модели здания в режиме реального времени и из блока АСТУЭ в данную САР и в соответствии с таблицей переключений энергопотребителей формируется включение или отключение объектов регулирования (фиг. 3).
Таблица переключений энергопотребителей формируется исходя из тепловой модели здания, текущей температуры помещений, модели водопотребления, времени суток, времени года и индивидуальных пользовательских настроек, задаваемых локальными пользователями системы.
Исходя из приоритетных переключений на данный момент времени, производится управление энергопотреблением жилого дома.
Далее решение поясняется ссылками на фигуры, на которых изображено следующее.
Фиг. 1 - Блок-схема регулирования инженерных систем жилого здания, осуществляемого блоком автоматического регулирования энергопотребления жилого дома (САР);
Фиг. 2 - Блок-схема САР Энергопотребления;
Фиг. 3 - Блок схема системы АСТУЭ;
Фиг. 4 - Блок-схема сбора данных о текущей температуре здания;
Фиг. 5 - Блок-схема системы управления объектами энергопотребления;
Фиг. 6 - САР мощности каскада водонагревающих котлов;
Фиг. 7 - Типовой блок инженерных систем здания, состоящего из трех этажей;
Фиг. 8 - Типовой блок управления инженерными системами здания, состоящего из трех этажей.
Информация о текущем энергопотреблении поступает из системы АСТУЭ (Автоматизированная система технического учета электроэнергии) в данную САР и в соответствии с таблицей переключений энергопотребителей формируется включение или отключение объектов регулирования, что обеспечивает защиту инженерного оборудования от выхода на критические режимы работы (фиг. 1).
Для построения данной системы в каждой из квартир используются счетчики электроэнергии с поддержкой протокола обмена данными Modbus (фиг. 2, 3). Контроллер устанавливается на каждом этаже здания. Через построенную сеть происходит сбор данных на сервер АСТУЭ (автоматизированную систему технологического учета энергоресурсов). После чего данные о текущем энергопотреблении попадают на сервер АСУЗ (Автоматизированная система управления зданием).
В каждой жилой квартире установлен счетчик 1 потребления горячей воды, счетчик 2 потребления холодной воды, система 3 учета холода (содержащая импульсный счетчик и два термосопротивления), счетчик 4 электроэнергии (например, милур-105). В техническом помещении установлен счетчик 5 электроэнергии (например, милур-105), затрачиваемой теплыми полами, фанкойлами, приточно-вытяжной вентиляцией. Счетчики 1, 2, 3 каждой квартиры соединены с контроллером 6 (например ТЭКОН-19 03 М), который соединен с коммуникационным модулем 7. Каждый счетчик 4 электроэнергии квартиры соединен со счетчиком 5 электроэнергии технического помещения. Причем все счетчики 4 электроэнергии квартир соединены между собой. Вход коммуникационного модуля 7, установленного на каждом этаже (в техническом помещении) соединен с этажным счетчиком 5 электроэнергии, а его выход - с единым сервером 8 (фиг. 7).
Система содержит типовые блоки управления, каждый из которых управляет тремя этажами (см. фиг. 8). Система управления каждого этажа содержит франкойлы 9, приточно-вытяжную вентиляцию 10, теплый пол 11 и датчик протечки 12, данные с которых поступают на контроллер 13 (например, ET200SP), соединенный через сетевой коммутатор 15 (Switch) с панелью оператора 14 (например, Weintek HMI panel). При этом сетевые коммутаторы 15 каждого этажа в типовом блоке управления тремя этажами соединены между собой и связаны с блоком автоматического регулирования энергопотребления здания.
При этом блок автоматического регулирования энергопотребления здания соединен с автоматической системой диспетчерского управления и с автоматизированной системой диспетчерского управления ИТП (индивидуального теплового пункта), которая содержит контроллер состояния циркуляционных насосов 16 и контроллер 17 ограничения потребляемой мощности каскадом котлов, систему управления общей вентиляции парковки, содержащей датчиком состояния тепловых завес 18, статуса датчиков СО 19 и температуры парковки 20, систему управления чиллерной установкой, содержащей контроллер 21 состояния системы, систему управления пожарной безопасностью с датчиком 22 состояния системы, холодного водоснабжения (ХВС) с датчиком 23 состояния системы, дренажными насосами, системой управления подготовкой питьевой воды с датчиком 24 состояния системы, соединенные с центральным процессором, и соединенный с панелью оператора посредством сетевого коммутатора.
Дополнительно блок автоматического регулирования энергопотребления здания соединен с автоматизированной системой диспетчерского управления водно-распределительного устройства, содержащей трансформаторы 25 тока, датчик 26 состояния вводов ВРУ, которые соединены с центральным процессором, который в свою очередь соединен с панелью оператора посредством сетевого коммутатора.
В частном случае реализации система эксплуатируется следующим образом.
Осуществляют сбор данных о состоянии оборудования инженерных систем в квартирах жилого дома, выводят их на рабочее место диспетчера, анализируют полученные данные и осуществляют учет энергоресурсов с последующим удаленным управлением инженерными системами, в результате чего система производит автоматическое регулирование (САР) параметров инженерных систем жилого дома исходя, из заданных значений. Значения комнатных температур, состояния теплых полов, фанкойлов, приточно-вытяжной вентиляции передаются на квартирную панель управления через объединенную расчетную систему сервера напрямую с блочного контроллера. Также эти данные дублируются на АРМ оператора. Для реализации длительного контроля за инженерными системы реализуется функция длительного архивирования тэгов на основе WinCC Professional 7.3, позволяя хранить значения переменных в течение одного года. Для предотвращения потери данных, на сервере используется массив данных RAID 1.
Уровень приоритета системы должен быть достаточным для возможности визуализации, манипулирования и анализа всех данных в системе с пульта оператора, включая коммутируемые линии с использованием модема;
Для коммуникации должны быть предусмотрены следующие протоколы: TCP/IP, Profinet; Modbus.
Пример 1.
Производились расчеты в заявленной системе, внедренной в жилом доме, состоящем из 139 квартир с электроподогревом пола, гостиницы на 26 номеров, офисных помещений, ресторана и технических помещений, а также подземного паркинга, технических помещений.
На каждом этаже установлены 2 чиллера и 19 франкойлов.
Сведения об условиях эксплуатации объекта автоматизации и характеристики окружающей среды:
- условия технического решения определены согласно нормам СНиП 41-01-2003;
- условия работы оборудования в помещениях: температура окружающей среды от +5 до +40°С (предпочтительно от +18°С до +22°С); влажность от 0 до 80%; среда по степени агрессивности - нормальная;
- условия работы оборудования вне помещений: температура окружающей среды от -40 до +60°С; влажность от 0 до 90%; среда по степени агрессивности - нормальная.
Был проведен теплотехнический расчет ограждающих конструкций в соответствии со СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий», ТСН 23-301-2004 «Энергетическая эффективность жилых и общественных зданий», СП 131.13330.2012 «Строительная климатология (актуализированная редакция), СНиП 23-01-99 по методике, изложенной в СП 32-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий».
Определены следующие параметры здания:
int
- расчетная температура внутреннего воздуха в здании T=+21°С;
int
- в техническом подполье T=+5°С;
ext
- расчетная температура наружного воздуха t=-35°С;
ht
- продолжительность отопительного периода Z=230 сут;
ext
- средняя температура наружного воздуха за отопительный период T=-6,0°С;
- зона влажности - сухая (СНиП 23-02-2003 прил. В);
- влажностный режим - нормальный (СНиП 23-02-2003 табл. 1);
- условия эксплуатации ограждающей конструкции - «А».
Допустимая относительная влажность воздуха внутри здания для холодного периода года:
int
ϕ=55%.
int
ext
ht
ГСОП - жилые комнаты = (T-T)×Z=(21-(-6,0))⋅230 = 6210°С⋅сут;
int
ext
ht
- ванные = (T-T)×Z = (25-(-6,0))⋅230 = 7130°С сут;
Теплотехнический расчет стен
1. Стена из керамических блоков в жилой комнате.
Нормируемое значение сопротивления теплопередаче:
req
2
R=0,00035×6210+1,4=3,573 (м⋅°С)/Вт.
1.1 Определение толщины утеплителя
а) Фасадная система «СИАЛ» - при расчете не учитывается
1
1
б) Утеплитель: «РОКВУЛ ФАСАД БАТТС», коэффициент теплопроводности λ=0,042 Вт/(м⋅°С), толщина δ=150 мм,
в) Кладка из керамического камня (ТУ 5741-021-05297720-2008),
1
2
λ=0,22 Вт/(м⋅°С), толщина δ=170 мм,
0
si
1
2
se
con
R=R+R+R+R
в
int
2
где: R=1/α=1/8,7=0,115 (м⋅°С)/Вт,
н
н
2
R=1/α=1/23=0,043 (м⋅°С)/Вт,
1
2
R=0,15/0,042=3,57 (м⋅°С)/Вт,
2
2
R=0,22/0,17=1,29(м⋅°С)/Вт,
o
si
1
2
se
con
2
R=R+R+R+R=0,115+1,29+3,57+0,043=5,018 (м⋅°С)/Вт - сопротивление теплопередаче стен из керамического камня.
Коэффициент однородности конструкций стен равен 0,85
0
con
2
R=5,018×0,85=4,265 (м⋅°С)/Вт
0
req
2
2
Вывод: Приведенное сопротивление ограждения теплопередаче R=4,265 (м⋅°С)/Вт больше нормируемого значения R=3,573 (м⋅°С)/Вт, и таким образом, конструкция ограждения удовлетворяет требованиям СНиП. Толщину утеплителя стен здания принимаем 150 мм.
2. Железобетонная стена в жилой комнате.
Нормируемое значение сопротивления теплопередаче:
req
2
R=0,00035×6210+1,4=3,573 (м⋅°С)/Вт,
2.1 Определение толщины утеплителя
1
1
а) Утеплитель: «РОКВУЛ ФАСАД БАТТС», коэффициент теплопроводности λ=0,042 Вт/(м⋅°С), толщина δ=150 мм,
2
2
2
3
б) Железобетонная стена толщина δ=300 мм, плотность γ=2500 кг/м, коэффициент теплопроводности λ=1,92 Вт/(м⋅°С),
Сопротивление теплопередаче:
0
si
1
2
se
R=R+R+R+R
в
int
2
где: R=1/α=1/8,7=0,115 (м⋅°С)/Вт,
н
н
2
R=1/α=1/23=0,043 (м⋅°С)/Вт,
1
2
R=0,15/0,042=3,57 (м⋅°С)/Вт,
2
2
R=0,3/1,92=0,156 (м⋅°С)/Вт,
0
si
1
2
3
se
2
R=R+R+R+R+R=0,115+3,57+0,156+0,043=3,884 (м⋅°С)/Вт - сопротивление теплопередаче стен из железобетона.
0
req
2
2
Вывод: Приведенное сопротивление ограждения теплопередаче R=3,88 (м⋅°С)/Вт больше нормируемого значения R=3,573 (м⋅°С)/Вт, таким образом, конструкция ограждения удовлетворяет требованиям СНиП. Толщину утеплителя железобетонных стен принимаем 150 мм.
3. Железобетонная стена в офисах.
Нормируемое значение сопротивления теплопередаче:
req
2
R=0,00035×6210+1,4=3,573 (м⋅°С)/Вт,
3.1. Определение толщины утеплителя
1
1
а) Утеплитель: «РОКВУЛ ФАСАД БАТТС», коэффициент теплопроводности λ=0,042 Вт/(м⋅°С), толщина δ=150 мм,
2
2
2
3
б) Железобетонная стена толщина δ=250 мм, плотность γ=2500 кг/м, коэффициент теплопроводности λ=1,92 Вт/(м⋅°С),
Сопротивление теплопередаче:
0
si
1
2
se
R=R+R+R+R
в
int
2
где: R=1/α=1/8,7=0,115 (м⋅°С)/Вт,
н
н
2
R=1/α=1/23=0,043 (м⋅°С)/Вт,
1
2
R=0,15/0,042=3,57 (м⋅°С)/Вт,
2
2
R=0,25/1,92=0,13 (м⋅°С)/Вт,
0
si
1
2
3
se
2
R=R+R+R+R+R=0,115+3,57+0,13+0,043=3,854 (м⋅°С)/Вт - сопротивление теплопередаче стен из железобетона.
0
req
2
2
Вывод: Приведенное сопротивление ограждения теплопередаче R=3,85 (м⋅°С)/Вт больше нормируемого значения R=3,573 (м⋅°С)/Вт, таким образом, конструкция ограждения удовлетворяет требованиям СНиП. Толщину утеплителя железобетонных стен принимаем 150 мм.
4. Теплотехнический расчет покрытия жилой секции
Нормируемое значение сопротивления теплопередаче:
req
2
R=0,0005×6210+2,2=4,845 (м⋅°С)/Вт,
Покрытие представляет собой железобетонную плиту, утепленную экструзионным пенополистиролом, керамзитобетон для создания необходимого уклона и цементно-песчаная выравнивающая стяжка. При теплотехническом расчете термическое сопротивление рулонных материалов, ввиду их малости, не учитывается.
4.1 Определение толщины утеплителя:
Теплотехнические показатели конструкции покрытия:
3
1
а) Утеплитель: эсктрузионный пенополистирол γ=35 кг/м (ТУ 2244-057-17925162-2006) толщиной 250 мм, коэффициент теплопроводности λ=0,030 Вт/(м⋅°С)
2
2
2
3
б) Железобетон (ГОСТ 26633) толщина δ=300 мм, плотность γ=2500 кг/м, коэффициент теплопроводности λ=1,92 Вт/(м⋅°С);
3
3
в) Керамзитобетон γ=1000 кг/м, толщиной 40…300 мм, коэффициент теплопроводности λ=0,27 Вт/(м⋅°С)
3
4
г) Стяжка из бетона В15, γ=1800 кг/м, толщина 50 мм, коэффициент теплопроводности λ=0,58 Вт/(м⋅°С)
Сопротивление покрытия теплопередаче:
0
si
1
2
3
4
se
R=R+R+R+R+R+R
si
int
2
где: R=1/α=1/8,7=0,115 (м⋅°С)/Вт,
se
e
2
R=1/α=1/23=0,043 (м⋅°С)/Вт,
1
2
R=0,25/0,030=8,33 (м⋅°С)/Вт
2
2
R=0,3/1,92=0,15 (м⋅°С)/Вт
3
2
R=0,04/0,27=0,148 (м⋅°С)/Вт
4
2
R=0,05/0,58=0,08 (м⋅°С)/Вт
0
si
1
2
3
4
se
2
R=R+R+R+R+R+R=0,115+8,3+0,15+0,148+0,08+0,043=8,836 (м⋅°С)/Вт
0
req
2
2
Вывод: Приведенное сопротивление ограждения теплопередаче R=8,836 (м⋅°С)/Вт больше нормируемого значения R=4,845 (м⋅°С)/Вт, таким образом конструкция покрытия удовлетворяет требованиям СНиПа. Принимаем толщину утеплителя 250 мм.
Теплотехнический расчет покрытия трехэтажной части здания
Нормируемое значение сопротивления теплопередаче:
req
2
R=0,0005×6210+2,2=4,845 (м⋅°С)/Вт,
Покрытие представляет собой железобетонную плиту, утепленную экструзионным пенополистиролом, керамзитобетон для создания необходимого уклона, цементно-песчаная выравнивающая стяжка, песчаный слой, тротуарная плитка. При теплотехническом расчете термическое сопротивление рулонных материалов, ввиду их малости, не учитывается.
4.2 Определение толщины утеплителя:
Теплотехнические показатели конструкции покрытия:
3
1
а) Утеплитель: эсктрузионный пенополистирол γ=35 кг/м (ТУ 2244-057-17925162-2006) толщиной 200 мм, коэффициент теплопроводности λ=0,030 Вт/(м⋅°С)
2
2
2
3
б) Железобетон (ГОСТ 26633) толщина δ=300 мм, плотность γ=2500 кг/м, коэффициент теплопроводности λ=1,92 Вт/(м⋅°С);
3
3
в) Керамзитобетон γ=1000 кг/м, толщиной 40…300 мм, коэффициент теплопроводности λ=0,27 Вт/(м⋅°С)
3
4
г) Стяжка из бетона В7.5, γ=1500 кг/м, толщина 50 мм, коэффициент теплопроводности λ=0,45 Вт/(м⋅°С)
3
3
д) Цементно-песчаный слой, толщиной 50 мм, коэффициент теплопроводности λ=0,47 Вт/(м⋅°С), γ=600 кг/м
3
3
е) Тротуарная плитка, толщиной 60 мм, коэффициент теплопроводности λ=0,8 Вт/(м⋅°С), γ=1800 кг/м
Сопротивление покрытия теплопередаче:
0
si
1
2
3
4
5
6
se
R=R+R+R+R+R+R+R+R
si
int
2
где: R=1/α=1/8,7=0,115 (м⋅°С)/Вт,
se
е
2
R=1/α=1/23=0,043 (м⋅°С)/Вт,
1
2
R=0,20/0,030=6,66 (м⋅°С)/Вт
2
2
R=0,3/1,92=0,15 (м⋅°С)/Вт
3
2
R=0,04/0,27=0,148 (м⋅°С)/Вт
4
2
R=0,05/0,45=0,11 (м⋅°С)/Вт
5
2
R=0,05/0,47=0,10 (м⋅°С)/Вт
6
2
R=0,06/0,8=0,075 (м⋅°С)/Вт
6
si
1
2
3
4
5
6
se
2
R=R+R+R+R+R+R+R+R=0,115+8,3+0,15+0,148+0,08+0,043=7,40 (м⋅°C)/Вт.
0
req
2
2
Вывод: Приведенное сопротивление ограждения теплопередаче R=7,40 (м⋅°С)/Вт больше нормируемого значения R=4,845 (м⋅°С)/Вт, таким образом конструкция покрытия удовлетворяет требованиям СНиПа. Принимаем толщину утеплителя 250 мм.
5. Теплотехнический расчет перекрытия нависающих эркеров
Нормируемое значение сопротивления теплопередаче:
req
2
R=0,0005×6210+2,2=5,305 (м⋅°С)/Вт,
Перекрытие представляет собой железобетонную плиту, утепленную снизу минераловатными плитами. По плите перекрытия выполняется конструкция пола: звукоизоляция «Шумопласт 20», цементно-песчаная стяжка и ламинат по подложке.
5.1 Определение толщины утеплителя:
Теплотехнические показатели конструкции покрытия:
1
1
1
3
а) Стяжка из цементно-песчаного раствора, армированная, плотностью γ=1800 кг/м, коэффициент теплопроводности λ=0, 58 Вт/(м⋅°С), толщина δ=54 мм.
2
2
2
3
б) Звукоизоляционный слой: плита «Шумопласт 20» плотностью γ=120 кг/м, коэффициент теплопроводности λ=0,065 Вт/(м⋅°С), толщина δ=20 мм.
3
3
3
3
в) Железобетон (ГОСТ 26633) толщина δ=210 мм, плотность γ=2500 кг/м, коэффициент теплопроводности λ=1,92 Вт/(м⋅°С);
4
4
в) Утеплитель: плита минераловатная «РОКВУЛ ФАСАД БАТТС», коэффициент теплопроводности λ=0,042 Вт/(м⋅°С), толщина δ=200 мм.
Сопротивление покрытия теплопередаче:
0
si
1
2
3
4
se
R=R+R+R+R+R+R
si
int
2
где: R=1/α=1/8,7=0,115 (м⋅°С)/Вт,
se
e
2
R=1/α=1/23=0,043 (м⋅°С)/Вт,
1
2
R=0,054/0,58=0,09 (м⋅°С)/Вт,
2
2
R=0,02/0,065=0,3 (м⋅°С)/Вт
3
2
R=0,21/1,92=0,1 (м⋅°С)/Вт,
4
2
R=0,2/0,042=4,76 (м⋅°С)/Вт,
0
si
1
2
3
4
se
2
R=R+R+R+R+R+R=0,115+0,043+0,09+0,3+0,1+4,76=5,41 (м⋅°С)/Вт.
0
req
2
2
Вывод: Приведенное сопротивление ограждения теплопередаче R=5,41 (м⋅°С)/Вт больше нормируемого значения R=5,305 (м⋅°С)/Вт, таким образом конструкция покрытия удовлетворяет требованиям СНиПа. Принимаем толщину утеплителя 200 мм.
6. Теплотехнический расчет перекрытия над техподпольем
req
2
Нормируемое значение сопротивления теплопередаче: R=1,34 (м⋅°С)/Вт
Перекрытие представляет собой железобетонную плиту, утепленную плитами из пенополистирола. При теплотехническом расчете термическое сопротивление отделочных и подкладочных материалов, ввиду их малости, не учитывается.
6.1 Определение толщины утеплителя:
Теплотехнические показатели конструкции покрытия:
1
1
1
3
а) Стяжка из цементно-песчаного раствора - плотностью γ=1200 кг/м, коэффициент теплопроводности λ=0,47 Вт/(м⋅°С), толщина δ=40 мм.
б) Теплозвукоизолирующий слой из Пенополистирола ПСБ-С-25
2
3
ГОСТ 15588-86 - плотностью γ=25 кг/м, коэффициент
2
2
теплопроводности λ=0,037 Вт/(м⋅°С), толщина δ=40 мм.
3
3
3
3
в) Железобетонная плита перекрытия плотностью γ=1800 кг/м, коэффициент теплопроводности λ=1,92 Вт/(м⋅°С), толщина δ=200 мм.
Сопротивление теплопередаче:
0
si
1
2
se
R=R+R+R+R
в
int
2
где: R=1/α=1/8,7=0,115 (м⋅°С)/Вт,
н
н
2
R=1/α=1/23=0,043 (м⋅°С)/Вт,
1
2
R=0,04/0,47=0,085 (м⋅°С)/Вт,
2
2
R=0,04/0,037=1,081 (м⋅°С)/Вт,
3
2
R=0,20/1,92=0,104 (м⋅°С)/Вт,
0
si
1
2
3
se
2
R=R+R+R+R+R=0,115+0,085+1,081+0,104+0,043=1,428 (м⋅°С)/Вт
0
req
2
2
Вывод: Приведенное сопротивление ограждения теплопередаче R=1,428 (м⋅°С)/Вт больше нормируемого значения R=1,37 (м⋅°С)/Вт, таким образом, конструкция ограждения удовлетворяет требованиям СНиП. Толщину теплозвукоизолирующего слоя принимаем 40 мм.
7. Теплотехнический расчет окон
8. Теплотехнический расчет входных дверей
0
req
Определяется согласно п. 5.7 СНиП 23-02 2003 по формуле R=0,6×R
Где n=1 (по табл. 6 СНиП 23-02-2003);
ext
t=-35°С
int
t=+21°C
n
t=4,5 (по табл. СНиП 23-02-2003)
int
2
α=8,7 Вт/(м °С)
req
2
R=1,43 (м °С)/Вт
0
2
R=0,6×1,43=0,81 (м °С)/Вт.
0
2
Принимаем наружные дверные блоки с показателем приведенного сопротивления теплопередаче R=0,9 (м °С)/Вт
Степень снижения расхода энергии за отопительный период равна минус 4,785%. Следовательно, здание относится к классу «Нормальный)) по энергетической эффективности.
Таким образом, снижение мощности при использовании заявленного изобретения дополнительно достигнуто за счет следующих параметров:
1. применено энергоэффективное оборудование (потребители систем отопления, вентиляции, холодоснабжения здания);
2. сокращение потерь тепла за счет увеличенного слоя изоляции;
3. предусмотрена взаимная блокировка потребителей: бойлеры-отопление; отопление-кондиционирование. Т.е. исключена одновременная работа данных систем. В любой момент времени может быть включено только отопление либо бойлеры + кондиционирование. Также исключена одновременная работа одного бойлера и кондиционирования в пределах одного этажа таким образом, что в наиболее нагруженном режиме возможна одновременная работа 2 бойлеров и кондиционирования на одной секции и работа 1 бойлера и кондиционирования на другой (учтено в расчете электрических нагрузок).