Використання градусо-діб для енергоаудиту приміщень

Кожного дня опалювального сезону до будинку подається тепло. На перший погляд кількість цього тепла пропорційна різниці температур
   Δt = tv – tz ,
де tv — температура приміщень
tz — зовнішня температура.

Але тепло будинку має різну природу. Це основні теплові надходження від опалювального обладнання і додаткові від Сонця, електрообладнання, кухонних плиток, тепла мешканців.
Отже,
   tv = tb + td ,
де tb — базова температура, яка підтримується системою опалення,
td — приріст температури за рахунок додаткових теплових надходжень.

Значення tb у різних країнах відрізняються між собою (табл.1).

• Share

Експериментальні дані, зібрані в Англії, свідчать, що у першому наближенні tb = 15,5°С, а td = 3,5°С. Взагалі кажучи, значення tb не є догмою, оскільки його вибір залежить від теплового режиму самого будинку. Можна також твердити, що додаткові теплові надходження впродовж опалювального сезону більш-менш постійні. Отже, з урахуванням постійної складової td систему опалення слід вимикати при tz = tb. Тобто насправді на протязі доби потреби тепла будинку пропорційні різниці температур
   ΔT = Gd = tb – tz, якщо tb – tz > 0.

Таку різницю температур і називають градусо-добою (ГД). Є денні, тижневі, місячні і річні ГД. Згідно ДБН 2006 «Теплова ізоляція будівель», територія України складається з чотирьох кліматичних зон, що відрізняються значеннями річних ГД. Саме річні ГД містять надзвичайно важливу інформацію, на основі якої можна грубо прогнозувати як тепло­втрати будинку, так і економію від його додаткового утеплення. В такий спосіб можна оцінити час окупності заходів з додаткового утеплення та їх доцільність взагалі. Розберемо вищесказане на прикладі опалення невеликого особняка [www.degree.days.net].
Нехай енергетичні витрати системи опалення будинку у 2005 році становили 175 441 кВт.год, а у 2006 — 164 312 кВт.год. Як оцінити їх з точки зору енергоощадності? Відповідь на це питання отримаємо після аналізу даних табл. 2.

• Share

Отже, 2006 рік був теплішим від 2005 (1929 ГД проти 2075), тому і енерговитрати 2006 року відповідно менші. Але реальні тепловтрати, віднесені до кількості ГД, несподівано виявилися більшими (84,55 проти 85,18). Нормалізуємо ГД відносно усередненого значення за останні 10 років (2027 ГД). Отже, нормалізовані енерговитрати у 2005 році становили 175 441×2027/2075 = 171 383, а у 2006 — 164 312×2027/1929 = 172 660 кВт.год. Тобто відносні енерговитрати будинку зросли — навіть при кращих погодних умовах!
Можливо, погіршилась якість утеплення при замоканні ізоляції, або забруднився теплообмінник котла і зменшилась його ефективність. Вибір нормалізуючого множника залежить від наявних даних про річні ГД (5, 10, 20) років, на основі яких можна зробити усереднення.
Якщо дані про енерговитрати будинку беруться на основі точних показів газового, електричного, чи теплового лічильника, а дані про ГД — з місцевої метеостанції чи з інтернету, наприклад, через www.degree.days.net, то у цьому випадку є можливість отримання аналітичної залежності тепловтрат від ГД на основі існуючих методів лінійного регресивного аналізу. Тут зручність ситуації полягає в тому, що дані про градусо-доби і відповідні їм тепловтрати задаються в програму Excell 2003 у табличній формі. По суті справи, задаємо сукупність точок на координатній площині Q, ГД.

• Share

На мал. 1 зображена координатна площина з 12 точками, кожна з яких містить дані про ГД і відповідні їм енерговитрати впродовж 12 тижнів. Це так звана діаграма розсіювання. Слід підкреслити, що зручніше задавати тижневі, а не місячні дані, оскільки рік має рівно 52 тижні, тиждень має сім днів, а місяці можуть мати різні кількості днів і тижнів. Отже, на основі введеної у персональний комп`ютер діаграми розсіювання, програма Excell 2003 автоматично вибирає залежність Q = f (ГД), яка є найкращим наближенням. Для даного прикладу вона виражена формулою Q = 3,507 ГД. Це рівняння прямої, яка мінімально віддалена від заданої сукупності точок.
Ці операції не вимагають знань спеціальних розділів математики і здійснюються автоматично, після набору кількох команд.

Застосування ГД у практичній площині для ілюстрації вищесказаного

Розглянемо реальний приклад, коли власники 10-поверхового офісного будинку у Львові площею 5700 м2 звернулися до авторів статті щодо зменшення річних виплат Львівському «Теплокомуненерго» за опалення, які у 2010–2011 роках будуть становити не менше 1 млн. грн. Характеристики будинку: Будинок зведений у 70-х роках минулого сторіччя. Площа вікон (1800 м2) переважає площу стін (1500 м2) з керамзитобетону. Будинок має неутеплений підвал з неутепленими трубами системи опалення і знову ж таки неутеплений технічний поверх. Отже, потенціал енергозбереження колосальний. На першому етапі треба було зробити енергоаудит будинку, що вимагало розрахунку існуючих тепловтрат і видачі рекомендацій щодо використання альтернативних джерел енергії. Але виникло питання адекватності результатів розрахунків і реальних тепловтрат будинку. Саме тут у пригоді стали ГД і дані про енерговитрати будинку під час кількох опалювальних сезонів. Зазначимо, що особливістю даного будинку є велика кількість офісної техніки, яка споживає у середньому 17 000–22 000 кВт.год електроенергії. Зрозуміло, що 99% її перетворюється у тепло. Тому за базову була вибрана температура 15,5°С. Додаткові теплові надходження 3,5°С забезпечує офісна техніка. У табл. 3 подані зведені дані про енерговитрати будинку (тепло і електрика) за останні три опалювальні сезони (листопад, грудень, січень, лютий, березень). Share Таблица 3 (продолжение) Share Share Результати порівняння виявилися цілком задовільними для опалювальних сезонів 2008–2009 і 2009–2010 років (розбіжність між розрахунковими і реальними даними складає відповідно 1% і 4%). Для опалювального сезону 2007–2008 років мав місце помилковий відлік даних замовником. Тому розбіжність складає 15%. В табл. 3 курсивом з підкреслюванням виділені ГД і теплові надходження з міської тепломережі за грудень 2007 і січень 2008 років. Як видно з таблиці, у грудні 2007 року 542 ГД відповідали 123 Гкал, а у січні 2008 року 530 ГД відповідали 191 Гкал. Тобто при менших морозах у січні споживання енергії тепломережі збільшилося більше як у півтора рази. Не виключено, що у січні 2008 року лічильник тепла був на повірці, і комунальні служби просто дописали 70 зайвих Гкал. На мал. 2, 3 і 4 приведені графіки залежностей Q = f (ГД) для всіх трьох опалювальних сезонів. Наступними кроками виконання проекту енергозбереження офісного будинку є утеплення приміщень будинку і відмова від їх опалення у неробочий час, встановлення теплових помп і сонячних колекторів. Але якщо будинок опалюється лише у робочий час, то саме поняття ГД втратить сенс. Share Зрозуміло, що подальші розрахунки в режимі часткового теплового навантаження вимагають досить точної методики вимірювання зовнішніх температур в інтервалах 15–30 хвилин. Враховуючи можливості сучасної мікропроцесорної техніки, створення таких пристроїв з цифровим відліком і записом інформації у пам`ять не є проблемою. У даний час такий пристрій створений і випробовується. Пристрій обладнаний портом для зчитування масивів інформації у персональний комп`ютер. На додаток слід зазначити, що вищеописана методика використання ГД надається для якісних, але грубих розрахунків. Точні прогнози можуть бути отримані при використанні пакетів спеціальних програм.

Юрій Дудикевич, Андрій Федоренко
E-mail: jurijdudykevich@ukr.net

• Share