Дипломная работа на тему: Анализ состояния энергетической эффективности административного здания

Введение

Актуальность рассмотрения вопросов, поиска новых способов решения проблемы повышения показателей теплозащиты и энергетической эффективности строительных объектов различного назначения обусловлена особенностями тепло- и энергопотребления.

При проектировании системы теплозащиты здания следует учитывать фактические объемы общего и удельного потребления тепловой энергии на душу населения, поскольку тепловой энергобаланс в городских условиях значительно отличается ввиду более сильной интенсивности тепловых потоков.

Острота проблемы анализа тепловых потерь и повышения показателей энергетической эффективности сооружений, зданий, необходимых для системообразования современной городской инфраструктуры, объясняется различной протяженностью тепловых сетей; тепловыми потерями, обусловленными изношенностью теплопроводов; гидравлическими режимами; условиями эксплуатации. Поэтому актуальными задачами строительства и обслуживания зданий в городских условиях являются разработка программы рационализации структуры и перспективного развития теплового хозяйства, разработка и внедрение энергосберегающих мероприятий.

Целью работы является разработка условий выполнения требований по обеспечению энергетической эффективности административного здания НГДУ "Сургутнефть"

Основными задачами исследования являются:

- теоретическое осмысление аспектов оценки и проектирования энергетической эффективности зданий и сооружений городской инфраструктуры;

- определение основных теоретико-методологических основ параметров энергоэффективности;

- анализ особенностей проектирования городских энергоэффективных зданий и сооружений;

- провести литературный обзор фундаментальных теорий, методов оценки и проектирования энергетической эффективности зданий и сооружений городской инфраструктуры;

- проанализировать состояние энергетической эффективности административного здания НГДУ "Сургутнефть";

- охарактеризовать технико-физические данные административного здания НГДУ "Сургутнефть";

- перечислить строительные теплофизические параметры энергосберегающих конструкций и инженерных систем административного здания НГДУ "Сургутнефть";

- провести расчет показателей энергетической эффективности административного здания НГДУ "Сургутнефть";

- спроектировать экспериментально-методический раздел улучшения показателей энергетической эффективности административного здания НГДУ "Сургутнефть";

- перечислить проблемы и трудности внедрения комбинированной системы энергоэффективности административного здания НГДУ "Сургутнефть";

- на основе негативных сторон и сложностей энергетической эффективности здания определить направления и способы улучшения показателей тепловой защиты административного здания НГДУ "Сургутнефть".

Объектной стороной исследования является тепловая защита и энергетическая эффективность как самостоятельная отдельная категория строительно-физического анализа состояния жизненного цикла административного здания НГДУ "Сургутнефть".

Предметом исследования является состояние тепловых характеристик, состояние правил учета, анализа, мониторинга объема потребления, расходования тепловых и энергетических ресурсов, получаемых извне и переработки, дополнительной рекуперации тепловой энергии.

Научная новизна и обоснованность выдвинутых способов улучшения показателей энергетической эффективности, а также конструктивно-технологических неординарных инженерных решениях проблем устойчивости системы теплозащиты современных строящихся зданий позволяет утверждать концептуально новый подход к управлению всеми механизмами энергообеспечения и полномасштабного функционирования на всем протяжении жизненного цикла без задействования дополнительных тепловых, энергетических и финансовых ресурсов.

В качестве научно-обоснованного метода регулирования параметров теплозащиты и состояния энергетической эффективности выдвигается аналитический способ, основанный на автономизации управления тепловых потоков внутри здания за счет архитектурно-строительного размещения всех коммуникативных узлов в непосредственной близости к обслуживаемому здания.

Следует выдвинуть утверждение как научную гипотезу о том, что энергетическая эффективность здания напрямую зависит от параметров общего теплофизического контура и локального размещения объектов передачи тепловой энергии. Можно также утверждать в качестве научной гипотезы, что для постоянного учета, контроля и мониторинга в режиме он-лайн административного здания НГДУ "Сургутнефть" необходимы дополнительные компьютеризированные программные модули для распределенной системы управления (DistributionControlSystem) на базе программируемых контроллеров серии РХ фирмы "SiemensBuildingTechnologies" с управляющего терминала в виде программного конфигурационного комплекса ArchiPhisik, позволяющие отслеживать изменение тепловых контуров, внешней и внутренней температуры, колебаний и динамики удельных теплофизических характеристик расхода тепловых и энергоресурсов.

Достоверность результатов научно-исследовательской и аналитической работы с учетом строительно-проектных данных апробирована на двухсекционном одиннадцатиэтажном административном здании НГДУ "Сургутнефть".

В качестве методов исследования применялся поэтапный теоретико-фундаментальный литературный анализ общепринятых теорий энергетической эффективности не только в России, но и зарубежом, а также аналитический, сравнительно-статистический, математический, логический и строительно-физический аспект изучения для выполнения поставленных целей и задач работы.

Следует отметить, что количество научных трудов и публикаций, посвященных решению проблем энергетической эффективности для строительства современных комфортабельных энергосберегающих конструкций различного назначения, в том числе административных зданий, постоянно увеличивается по причине остроты и насущности данных вопросов. В качестве источников литературы были использованы и проанализированы статистические и сводные показатели энергетического паспорта, а также теплового баланса административного здания НГДУ "Сургутнефть" за последние два года. Кроме того, на основе имеющихся расчетных показателях тепловой защищенности и изменениях энергетической эффективности в связи с прямой зависимостью внутренней температуры и отапливаемого объема здания приведены прогнозные данные на текущий 2020 год относительно изменения параметров энергетической эффективности, теплоотдачи, воздухопроницаемости и коэффициентов удельного расхода тепловой энергии.

На основе изученного учебного, методического материала, изложенного в трудах известных архитекторов, специалистов в области строительной теплофизики, энергетической эффективности зданий различного профиля и назначения таких, как Алоян Р.М., Федосов С.В., Опарина Л.А., Матросов Ю.А., Кузина О.В., Голубцов Н.В. и многих других авторов.

Непосредственным руководящим документом для расчетных показателей тепловой защиты и энергетической эффективности административного здания НГДУ "Сургутнефть" послужил свод, перечень мероприятий, утвержденных руководством НГДУ "Сургутнефть" для обеспечения комплекса мер, направленных на улучшение показателей энергосбережения, параметров снижения объемов теплопотребления, их оптимизации и наладки автономной работы в условиях отсутствия обслуживания и малой обеспеченности ресурсами.

Оглавление

- Введение 5

- Теоретические аспекты оценки и проектирования энергетической эффективности зданий и сооружений городской инфраструктуры

- Теоретико-методологическая характеристика параметров энергоэффективности

- Особенности проектирования городских энергоэффективных зданий и сооружений

- Литературный обзор фундаментальных теорий, методов оценки и проектирования энергетической эффективности зданий и сооружений городской инфраструктуры

- Анализ состояния энергетической эффективности административного здания НГДУ Сургутнефть

- Технико-физическая характеристика административного здания НГДУ Сургутнефть

- Строительные теплофизические параметры энергосберегающих конструкций и инженерных систем административного здания НГДУ Сургутнефть

- Расчет показателей энергетической эффективности административного здания НГДУ Сургутнефть

- Экспериментально-методологический проект улучшения показателей энергетической эффективности административного здания НГДУ Сургутнефть

- Описание проблем внедрения комбинированной системы энергоэффективности административного здания НГДУ Сургутнефть

- Направления и способы улучшения показателей энергетической эффективности административного здания НГДУ Сургутнефть

- Заключение 88

- Список литературы 93

- Приложения

Заключение

Формулируя основные заключительные выводы проведенного исследования энергетической эффективности административного здания НГДУ "Сургутнефть", следует отметить, что поставленные цели и задачи выполнены в соответствии с установленными методами и правилами.

Исследование условий выполнения требований по обеспечению энергетической эффективности административного здания НГДУ "Сургутнефть" проведено на основе строительно-физического анализа состояния жизненного цикла административного здания НГДУ "Сургутнефть", начиная с момента проектирования, введения в эксплуатацию и до настоящего момента.

Выдвинутая научная гипотеза о том, что энергетическая эффективность здания напрямую зависит от параметров общего теплофизического контура и локального размещения объектов передачи тепловой энергии и подтвердилась с помощью использованных методов и алгоритмов исследования теплофизических свойств и характеристик, принятых для административных зданий.

Поскольку в качестве научно-обоснованного метода регулирования параметров теплозащиты и состояния энергетической эффективности использован расчетно-аналитический способ, основанный на автономизации управления тепловых потоков внутри здания за счет архитектурно-строительного размещения всех коммуникативных узлов в непосредственной близости к обслуживаемому здания, то востребованность и актуальность решения применения для постоянного учета, контроля и мониторинга тепловых потоков в режиме он-лайн административного здания НГДУ "Сургутнефть" дополнительных компьютеризированных программных модулей для распределенной системы управления в виде программного конфигурационного комплекса ArchiPhisik очевидна и обоснована.

Данное инженерно-технологическое решение позволит в реальном режиме отслеживать изменение тепловых контуров, внешней и внутренней температуры, колебаний и динамики удельных теплофизических характеристик расхода всех тепловых и энергоресурсов одиннадцатиэтажного административного здания НГДУ "Сургутнефть".

В первом разделе рассмотрены теоретические аспекты оценки и проектирования энергетической эффективности зданий и сооружений городской инфраструктуры.

Как теоретико-методологический термин, энергетическая эффективность здания должна строиться на отслеживании всех происходящих изменений и обеспечении необходимых условий для протекания стабильного жизненного цикла с учетом основных положений кибернетики, архитектурно-инженерного проектирования и строительной теплофизики.

Энергоэффективность как категория, характеризующая основные проблемы и строительные недочеты возведенного здания, в современной научной доктрине трактуется на уровне динамических показателей жизнеспособности и устойчивости к различным внешним и внутренним факторам, влияющим на состояние строительного здания. Согласно строительно-нормативной документации энергетическая эффективность зданий как свойство объекта и его инженерных систем направлена на обеспечение заданного уровня расхода тепловой энергии для поддержания оптимальных параметров микроклимата помещений. Кроме того, к понятию "энергетическая эффективность здания" применено классификационное дифференцированное отнесение здания к тому или иному классу. Данная мера распределения парамеров энергетической эффективности позволяет применять соответствующие методики теплоконтроля и учета всей энергии, получаемой извне и вырабатываемой самим зданием.

Основным оценочным фактором состояния энергетического баланса здания является этап жизненного цикла и уровень энергосбережения. Основными архитектурно-строительными способами видоизменения общего облика и перераспределения тепловых потоков и энергоресурсов являются комплексная энергетическая санации в виде капитального ремонта с реализацией энергетически обязательных мероприятий, а также модернизация, реконструкция, реновация и точечная перестройка в городских условиях строительства. Для решения проблем тепло- и энергопотребления зданий городской инфраструктуры должен разрабатываться комплекс локальных и зонально-территориальных энергосберегающих мероприятий по осуществлению методологии энергетически эффективной реконструкции городской застройки в условиях острого дефицита подходящей территории.

Во втором разделе проведен анализ состояния энергетической эффективности административного здания НГДУ "Сургутнефть". По конструктивной схеме анализируемое здание имеет монолитное каркасное выполнение.

Здание запроектировано прямоугольным одиннадцатиэтажным с высотой типового этажа 3,6м и цокольным этажом высотой 3,3м. Максимальные габаритные размеры объекта в осях составляют 40,7х19,2м, высота здания от планировочной отметки до верха парапета составляет ~46,65 м. Согласно энергетической паспортизации класс энергетической эффективности производственного-административного здания НГДУ "Сургутнефть"установлен "А" - очень высокий.

На всех этапах проектирования и последующего строительства для здания выполнены все строительно-нормативные требования энергетической эффективности. В частности, наружные стены производственно административного здания выполнены из полнотелого глиняного кирпича и утеплены минераловатными плитами типа "ТехноНиколь". Перекрытия и оконные проемы также смонтированы с теплоизоляционными материалами и произведено эффективное утепление ограждающих конструкций стен и покрытий смежной, внутренней и внешней геометрической конфигурации.

Инженерно-коммуникационные системы одиннадцатиэтажного административного здания НГДУ "Сургутнефть", включая узлы электроснабжения, водоснабжения, отопления, вентиляции, кондиционирования имеют приборы учета для считывания информации и передачи в автоматизированном режиме для обработки на управляющей операционный терминал, оборудованный программируемыми датчиками температура и контроллерами подачи и расхода тепловой и электрической энергии. В ходе расчетно-аналитического исследования состояния параметров энергетической эффективности административного здания НГДУ "Сургутнефть" выявлены функциональные и взаимосвязанные данные между отапливаемым объемом здания, внешней и внутренней температурой помещений, воздухопроницаемостью, удельным расходом тепловой энергии, и, в, конечном итоге, формирующие общий тепловой контур здания, нуждающийся в постоянном контроле, учета и мониторинге динамики всех теплофизических инженерно-конструктивных изменений.

Взаимообратными величинами являются воздухопроницаемость, расход тепловой энергии в общем и удельном объеме, процентное соотношение параметров теплоотдачи. Поэтому при планировании объемов потребления тепловой и электрической энергии на будущие периоды необходимо учитывать корреляционные зависимости переменных элементов энергетической эффективности по всему производственного-административному зданию НГДУ "Сургутнефть".

В ходе экспериментально-методологического проекта улучшения показателей энергетической эффективности административного здания НГДУ "Сургутнефть", описанного в третьем заключительном проектном разделе, определены итоги прогнозных расчетных показателей на текущий 2020 год, направленных на обеспечение теплозащиты и энергетической эффективности.

При проектировании здания производственного-административного

в проекте по тепловой защите здания приняты следующие решения:

- применяется эффективное утепление ограждающих конструкций (стен и покрытий);

- предусматривается применение эффективных по тепловой защите оконных блоков в деревянных переплетах с двухкамерными стеклопакетами с теплосберегающим покрытием;

- запроектирована приточно-вытяжная система центрального кондиционирования воздуха с рекуператорами тепла роторного типа, со встроенной системой автоматики и диспетчеризации;

- для автоматизации инженерных систем зданий запроектирована современная распределенная система управления на базе программируемых контроллеров с управляющего терминала;

- предусмотрена эффективная изоляция трубопроводов отопления и горячего водоснабжения, все отопительные приборы снабжены терморегуляторами;

- запроектированы приборы учета тепловой энергии, электрической энергии и учет потребления холодной и горячей воды.

Принятые в проекте архитектурно-строительные, инженерно-технические решения по тепловой защите здания соответствуют нормативно-строительным и теплофизическим требованиям энергетической эффективности, принятых для административных зданий, и позволяют успешно справляться задачей сбалансированного использования энергетических ресурсов при неснижаемом объеме энергообеспечения.

Список литературы

1. Конституция Российской Федерации. Принята всенародным голосованием 12 декабря1993 года.

2. Градостроительный кодекс Российской Федерации: ФЗ №190 от 29.12.2004 // Российская газета, 2004. - 30 дек. (№ 290).

3. Федеральный закон от 23 ноября 2009 года № 261-ФЗ "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации".

4. Федеральный закон от 27 июля 2010 года № 190-ФЗ "О теплоснабжении".

5. Федеральный закон от 7 декабря 2011 года № 416-ФЗ "О водоснабжении и водоотведении".

6. Федеральный закон от 3 декабря 2011 года № 382-ФЗ "О государственной информационной системе топливно-энергетического комплекса".

7. Федеральный закон Российской Федерации от 23.11.2009 №261-ФЗ "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации"

8. ГОСТ Р 51387-1999 Энергосбережение. Нормативно-методическое обеспечение. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2000. - 20 с.

9. ГОСТ Р 51388-99 Энергосбережение. Информирование потребителей об энергоэффективности изделий бытового и коммунального назначения. -М.: ИПК Издательство стандартов, 2000. - 19 с.

10. ГОСТ Р 51541-1999 Энергосбережение. Энергетическая эффективность. Состав показателей. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2000. - 12 с.

11. ГОСТ Р 52104-2003. Ресурсосбережение. Термины и определения. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2003. - 12 с.

12. ГОСТ Р ИСО 14040:2010. Экологический менеджмент. Оценка жизненного цикла. Принципы и структура. М.: Стандартинформ, 2014 - 17 с.

13. О техническом регулировании: ФЗ РФ от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ: принят Государственной Думой Федеральным Собранием Российской Федерации 15 декабря 2002 г.// Российская газета, 2002. - 31 дек. (№ 245).

14. О требованиях энергетической эффективности здания, строений, сооружений. Приказ Минрегион развития № 262 от 28 мая 2010 г. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.garant.ru/products/ipo/prime/doc/12076199/ (Дата обращения 22.08.20).

15. Об утверждении государственной программы "Энергосбережение и повышение энергетической эффективности на период до 2030 года": Распоряжение Правительства РФ от 13 ноября 2009 года № 1715-р

16. СП 50.13330.2012 (Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003 Тепловая защита здания)

17. ТСН 23-323-2001 Энергетическая эффективность жилых и общественных здания. Нормативы по теплозащите здания. Ханты-Мансийский автономный округ;

18. СП 131.13330.2012(Актуализированная редакция СНиП 23-01-99* Строительная климатология);

19. СП 44.13330.2011 (Актуализированная редакция СНиП 2.09.04-87);

20. СП 23-101-2004 Проектирование тепловой защиты здания

21. СТО 00044807-001-2006 Теплозащитные свойства ограждающих конструкций здания

22. СНиП 31-04-2003 Складские здания

23. СНиП 31-03-2001 Производственные здания

24. СП 118.13330.2012 (Актуализированная редакция СНиП 31-05-2003 Общественные здания административного назначения).

25. Методика расчета значений целевых показателей в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности, в том числе в сопоставимых условиях (утв. Приказом Министерства регионального развития Российской Федерации от 07.01.2010 г. № 273).

26. Методические указания по проведению энергоресурсоаудита в жилищно-коммунальном хозяйстве (утв. приказом Госстроя России от 18.04.2001 г. № 81).

27. Нормы теплотехнического проектирования ограждающих конструкций и оценки энергоэффективности здания. Стандарт общественной организации РНТО строителей. СТО 17532043-001-2005. - М.: ГУП ЦПП, 2006. - 20 с.

28. Свод правил СП 56.13330.2011: Производственные здания. Актуализированная редакция СНиП 31-03-2001 / М.: Минрегион РФ. - Введ.20.05.2011. Росстандарт, 2011. - 22 с.

29. Свод правил. Тепловая защита здания. СП 50.13330.2012. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003. / Госстрой РФ. - Введ.01.01.2012 - М.: Минрегион России. 2012. - 100 с.

30. Свод правил: Проектирование тепловой защиты здания: СП 23-101-04 / Госстрой РФ. - Введ. 01.06.2004. - М., 2004. - 79 с.

31. Строительные нормы и правила: Общественные здания административного назначения СНиП 31-05-2003 / М.: Госстрой РФ. - Введ. 01.09.2003. М.: ФГУП ЦПП, 2004. - 22 с.

32. Строительные нормы и правила: Пожарная безопасность здания и сооружений СНиП 21-01-97 / М.: Госстрой РФ. - Введ. 01.01.1998. - М.: ФГУП ЦПП, 2000. - 35 с.

33. Строительные нормы и правила: Тепловая защита здания: СНиП 23-02-2003 / Госстрой РФ. - Введ. 01.10.2003. - М.: ФГУП ЦПП, 2004. - 26 с.

34. Алоян Р.М., Федосов С.В., Опарина Л.А. Энергоэффективные здания - состояние, проблемы и пути решения - Иваново: ПресСто, 2016. - 276 с.

35. Алоян Р.М. Формирование системотехнических принципов энергоэффективности здания / Р.М. Алоян, Л.А. Опарина, Н.И. Варамашвили // Вестник МГСУ. - 2012. - № 8. - С. 147-153.

36. Алоян Р.М. Функциональное моделирование как организационный инструмент проектирования, строительства и эксплуатации энергоэффективных здания / Р.М. Алоян, А.Б. Петрухин, Л.А. Опарина, М.В. Ставрова // Жилищное строительство. - 2012. - № 2. - С. 2-5.

37. Баранов С.П. Анализ затрат энергоресурсов при производстве строительно-монтажных работ / С.П. Баранов, Г.В. Земляков, А.А. Лозовский.- Мн.: БНТУ, 2004. - 465 с.

38. Барон В.Г. Рекуператор тепла вентиляционного воздуха - эффективное энергосбережение или неоправданное расточительство // Новости теплоснабжения, 2017. - №1(72) - С. 4-6.

39. Беккер Й. Менеджмент процессов [пер. с нем.] / Й. Беккер, Л. Вилкова, В. Таратухин, М. Кугелер, М. Роземанн; под ред. Й. Беккера. - М.: Эксмо, 2007. - 384 с.

40. Блази В. Справочник проектировщика. Строительная физика. М.: Техносфера, 2004. - 480 с.

41. Голубцов Н.В. Энергетическая эффективность здания и сооружений в аспекте управления их жизненным циклом / Н.В. Голубцов, Л.Г. Ефремов, Р.Г. Исмятуллин // Вестник Чувашского университета. - 2013. - № 11. - С. 247-255.

42. Ильягуев Р. Энергоэффективность: нормативно-правовой аспект [Электронный ресурс] / Р. Ильягуев // Режим доступа: ttp://esсо.со.uа/journal/esco/2013_8/art41.html (Дата обращения 15.08.2020).

43. Кобелева С.А. Жилищное строительство, природа, общество, экономика: направления эффективного взаимодействия / С.А. Кобелева // Строительство и реконструкция. - 2013. - № 2 (46). - С. 89-93.

44. Кобелева С.А. Разработка методики определения полной энергоемкости здания С.А. Кобелева // Строительство и реконструкция. - 2012. -№ 1 (39). - С. 74-78.

45. Кузина О.В. Разработка организационно-экономического механизма снижения энергоемкости строительного сектора экономики: дис. …канд. экон. наук: 08.00.05 / Кузина Ольга Викторовна. - М.: 2011. - 137 с.

46. Матросов Ю.А. Повышение энергоэффективности жилых здания / Ю.А. Матросов // Бюллетень ЦЭНЭФ, 2019 - № 35. - С.23-24.

47. Матросов Ю.А. Энергосбережение в зданиях. Проблема и пути ее решения: монография / Ю.А. Матросов. - Казань: Изд-во НИИ строительной физики РААСН, 2016. - 495 с.

48. Опарина Л.А. Классификация показателей энергетической эффективности здания (Коллективная монография) "Архитектура и строительство. Часть II Многотомной коллективной монографии "Проблемы и пути развития Российской провинции"" / Л.А. Опарина. - Пенза: РИО ФГОУ ВПО "Пензенская ГСХА", 2016. - С.85-93.

49. Опарина Л.А. Развитие технологий моделирования жизненного цикла здания // Жилищное строительство, 2016 - № 12. - С. 45-46.

50. Опарина Л.А. Результаты расчета энергоемкости жизненного цикла здания // Жилищное строительство. - 2013. - № 11. - С. 50-52.

51. Опарина Л.А. Системный подход к организации жизненного цикла энергоэффективных зданий // Жилищное строительство. - 2014. № 8. - С. 12-15.

52. Опарина Л.А. Создание реляционной базы данных энергоемкости строительных материалов / Л.А. Опарина, Н.В. Заянчуковская, И.Н. Лыкова // Строительство и реконструкция. - 2013. - № 6(50). - С. 78-81.

53. Опарина Л.А. Создание реляционной базы данных энергоемкости строительных материалов / Н.В. Заянчуковская, И.Н. Лыкова // Строительство и реконструкция. - 2013. - № 6(50). -С. 78-81.

54. Опарина Л.А. Технико-экономическое обоснование утепления стен здания// Информационная среда вуза (XVI Международная научно - практическая конференция): Сборник статей. - Иваново: Иван. гос. архит.-строит. ун-т., 2015. - С. 364-370.

55. Табунщиков Ю.А. Математическое моделирование и оптимизация тепловой эффективности здания (2-е издание, исправленное и дополненное): электронная книга / Ю.А. Табунщиков, М.М. Бродач. - М.: АВОК-ПРЕСС, 2012. - 204 с.

56. Фокин В.М. Основы энергосбережения и энергоаудита / В.М. Фокин. - Издание второе доп., испр. - М.: "Издательство Машиностроение-1", 2017. -256 с.