Экологическая климатология и климатические ресурсы (стр. 22 )

Стоимость ограждающих конструкций и инженерных систем (отопления, вентиляции) одного стандартного кирпичного 100-квартирного дома на юге России составляет примерно 60 млн. руб. Исследование теплопотерь зданий при различной температуре отопительного периода, проведенное совместно Москов­ским инженерно-строительным институтом и ГГО, показало, что при уменьше­нии температуры отопительного периода на

2 °С следует увеличивать толщину ограждающих конструкций примерно в 1,2 раза.

Разность средней температуры отопительного периода в Республике Саха и в Краснодарском крае соответствует увеличению толщины ограждающих конст­рукций примерно в 2,2 раза – это соответствует стоимости 5 млн. руб.

В графе 2 таблицы 78 указана стоимость климатических ресурсов для строи­тельства одного дома, в графе 3 — примерная стоимость климатических ресурсов для всего жилищного строительства в расчете на то, что в одном доме проживает в среднем 200 чел. (по 2 чел. в квартире) и с учетом численности населения каждой административно-территориальной единицы.

Таблица 78.

Стоимость строительно-климатических ресурсов

Административно-территориальная единица	Стоимость, млн. руб.
для строительства одного дома	для всего жилищного строи­тельства с учетом численности населения
1	2	3
Белгородская область	58,5	429098
Воронежская область	60,0	750300
Курская область	59,0	396185
Липецкая область	57,0	356250
Тамбовская область	58,5	383760

3.20 Тепловые климатические ресурсы

Тепловые ресурсы атмосферы с учетом ее влажности выражаются в виде климатических характеристик энтальпии (теплосодержания воздуха, кДж/кг).

Значения энтальпии Ji вычисляются по синхронным рядам температуры и влажности воздуха по формуле

Ji = cpti + (L + c’pti) di,

где сp и c’p – удельная теплоемкость соответственно сухого воздуха и водяного пара при постоянном давлении; ti и di – соответственно температура и влагосодержание воздуха в i – й срок наблюдения; L – удельная теплота парообразования (L = 2507 кДж/кг). Массовая доля влаги (отношение массы пара к массе сухого воздуха, в котором он содержится) определяется по формуле

di =	RiE(ti)× 0.622
pi

Здесь E(ti) — давление насыщенного водяного пара при ti, гПа; Ri — относи­тельная влажность в долях единицы; pi — атмосферное давление, гПа.

Для характеристики тепловых ресурсов целесообразно использовать не сред­ние месячные значения энтальпии, которые имеют обеспеченность всего лишь около 50 % , а квантили с обеспеченностью, по крайней мере 90—95 %.

На рис. 10 и 11 представлены соответственно карты распределения

энтальпии 95 % - й обеспеченности за теплый период и энтальпии 8 % - й обеспеченности за холодный период года по территории России. Распределение энтальпии как в холодный, так и в теплый период близко к распределению температуры воздуха.

Рис.10. Энтальпия воздуха (кДж/кг) обеспеченностью 95% за теплый период.

Рис.11. Энтальпия воздуха (кДж/кг) обеспеченностью 8 % за холодный период.

Летом наибольшее количество тепловой энергии атмосферы приходится на южные и юго-западные районы. Некоторое отличие карт распределения энталь­пии от карт распределения температуры в летний период состоит в появлении меридиональной составляющей в южных районах России. Это объясняется вкладом влажности, которая возрастает в направлении к западу, в то время как температура увеличивается к югу. Зимние карты распределения температуры и энтальпии практически не различаются, так как температура и влажность воздуха возрастают в одном и том же направлении.

Тепловые ресурсы во многом определяют развитие экономики России, позво­ляют разрабатывать стратегию тарифной политики в различных секторах эконо­мики. Например, на севере азиатской части России добыча нефти и газа благода­ря крайне малым тепловым ресурсам чрезвычайно затруднена. Поэтому и нефть, и газ, добываемые здесь, должны стоить дороже, чем в южных и юго-западных районах европейской части России, например добываемые в Чеченской Респуб­лике или на Каспии.

3.21 Тепловые климатические ресурсы

Тепловые климатические ресурсы зданий (ТКРЗ) — климатический потенци­ал для обеспечения оптимального и допустимого санитарными нормами теплово­го режима помещений, который поддерживается энергосистемами зданий, т. е. системами отопления, вентиляции и кондиционирования. Их проектирование находится в тесной взаимосвязи с проектированием теплозащиты зданий, т. е. ограждающих конструкций. Следовательно, ТКРЗ складываются из ресурсов для обеспечения энергетики здания — энергоклиматических ресурсов зданий (ЭРЗ) — и ресурсов, обеспечивающих его оптимальную теплозащиту, — тепло­защитных климатических ресурсов зданий (ТРЗ) (см. соответствующие статьи энциклопедии).

В таблице 79 представлен вклад каждой из этих составляющих в ТКРЗ. В райо­нах с более суровыми зимами преобладающий вклад дают энергоклиматические ресур­сы зданий, так как их потенциал определяется за весь год и летом здесь склады­ваются достаточно благоприятные условия. Теплозащитные ресурсы зданий в этих областях определяются по климатическим параметрам зимнего периода.

Таблица 79.

Составляющие тепловых климатических ресурсов зданий

Административно-территориальная единица	Энергоклиматичес­кие ресурсы зданий	Теплозащитные климатические ресурсы зданий	Тепловые кли­матические ресурсы зданий (среднее), у. е.
	%	у. е.	%	у. е.
Белгородская область	47,6	13,3	52,4	14,6	14,0
Воронежская область	48,1	13,3	51,9	14,3	13,8
Курская область	48,6	13,3	51,4	14,1	13,7
Липецкая область	50,4	13,3	49,6	13,1	13,2
Тамбовская область	47,1	11,7	52,9	13,1	12,4

На боль­шей части территории России вклад обеих составляющих примерно одинаков, а в южных областях, напротив, заметно увеличивается вклад ТРЗ, так как в летнее время здесь необходимо увеличение мощности систем вентиляции и кондиционирования, а в холодный период, на который в основном ориентирован расчет ТРЗ, температура воздуха достаточно высока, чтобы не вызывать допол­нительных затрат для повышенной теплозащиты стен.

В большинстве районов европейской части России значения ТКРЗ состав­ляют 10—15 у. е. Наиболее благоприятные условия как для отдельных состав­ляющих теплового режима зданий, так и для ТКРЗ складываются в западной части этой территории, где сравнительно мягкие зимы сочетаются с комфортными летними условиями.

3.22 Теплозащитные климатические ресурсы зданий

Теплозащитные климатические ресурсы зданий (ТРЗ) — климатический потенциал, который обеспечивает рациональный выбор параметров ограждающих конструкций, удовлетворяющих требованиям долговечности здания и создания комфортных условий внутри помещения при данных климатических условиях.

Строительные нормы и правила предъявляют к ограждающим конструкци­ям зданий и сооружений требования строительной механики и теплотехники. В строительной теплотехнике рассматриваются вопросы теплозащитных свойств ограждающих конструкций в целях создания заданного температурно-влажностного режима помещений. Ограждающие конструкции должны обладать опреде­ленными теплозащитными свойствами, воздухо - и паропроницаемостью и удов­летворять требованиям расчета по предельным состояниям.

При разности температуры воздуха внутри и снаружи здания происходит теплопередача через наружные ограждающие конструкции. При расчете и проектировании последних, как правило, рассматривают не теплопередачу, а обратную величину — сопротивление теплопередаче. При этом должно соблю­даться условие: фактическое сопротивление должно быть не ниже требуемого.

Количество тепла Q, теряемого ограждением здания в час, определяется по формуле

Q = a F (tв –tн), (1)

где a - коэффициент теплопередачи ограждения, МДж/(м2 × ч × оС); F – площадь поверхности ограждения, м2; tв – температура воздуха в здании, оС; tн – расчетная температура наружного воздуха, оС.

К теплопотерям, рассчитываемым по данным формулам, согласно СНиП „Строительная теплотехника", вводится ряд поправок на поступление солнечной радиации, воздействие ветра и др.

Сопротивление теплопередаче ограждения Rо (м2 × ч × °С/МДж) есть величина, обратная коэффициенту теплопередачи, т. е. Rо = 1/a.

Величина Rо определяется по формуле

Ro = Rв + åR + Rн, (2)

где Rв и Rн - сопротивление соответственно тепловосприятию внутренней и теплопередаче наружной поверхностей ограждения; åR – сумма термических сопротивлений всех слоев ограждения, включая воздушные прослойки.

Требуемое сопротивление теплопередаче Rотр определяется по формуле

Rотр =	n(tв –tн)	× b
D tнa

(3)

где tв — расчетная температура внутреннего воздуха, принимаемая по ГОСТ 12.1.005—76 и нормам проектирования соответствующих зданий и соору­жений (обычно ее принимают равной 18 или 20 °С), °С; tн — расчетная зимняя температура воздуха (температура наиболее холодной пятидневки, суток или абсолютный минимум в зависимости от назначения зданий с учетом его тепловой инерции), °С; п, b, D tн - нормативные параметры зданий, принимаемые по таблице СНиП «Строительная теплотехника»: п — коэффициент, зависящий от положения наружной поверхности ограждающий конструкции (наружные стены— п = 1, чердачные перекрытия — п = 0,9 и т. д.); b - коэффициент, зависящий от качества и массы теплоизоляции; D tн - нормативный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхно­сти ограждающей конструкции.

Стремление к энергосбережению заставляет рассчитывать экономически це­лесообразное сопротивление теплоизоляционного слоя Rутэк. В этом случае Rутэк добавляется в формулу (2). Рассчитывается Rутэк по формуле

Rутэк = Ö	nут (tв – tоп)zоп m ct lt
lут cут Eнп

, (4)

где nут = 0,85 ; tоп и zоп – соответственно средняя температура воздуха (оС) и продолжительность (ч) отопительного периода; m – коэффициент, учитывающий дополнительно потери тепла на инфильтрацию наружного воздуха и принимаемый равным 1,05; ct и lt - соответственно стоимость тепловой энергии (руб./МДж) и коэффициент, учитывающий ее изменение на перспективу (определяются по таблицам СНиП «Строительная теплотехника»); lут - расчетный коэффициент теплопроводности теплоизоляционного слоя; cут – стоимость материала теплоизоляционного слоя; Eнп = 0,08.

Воздухопроницаемость — фильтрация воздуха через ограждающие конст­рукции, возникающая в результате разности давления воздуха снаружи и в помещении. Для нормальной эксплуатации здания должно соблюдаться условие: фактическое сопротивление воздухопроницанию ограждающей конструкции должно быть не ниже требуемого.

Сопротивление воздухопроницанию определяется по формуле

Rитр =	D p
Gн

, (5)

где GH — нормативная воздухопроницаемость ограждающих конструкций, при­нимаемая для наружных стен и покрытия жилых и общественных зданий рав­ной 0,5 кг/(м2 × ч); D p — разность давления воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждающей конструкции:

D p = 0,55 Н (gн - gв ) + 0,03 gн V 2

(Н — высота здания; gн и gв — объемные веса соответственно наружного и внут­реннего воздуха (кг/м3), определяемые по формуле

g =	353
272 + t

t — температура наружного (температура наиболее холодной пятидневки) или внутреннего воздуха, °С; V — максимальное из средних значений скорости ветра по румбам за январь, повторяемость которых составляет 16 % и более, м/с).

После завершения расчетов толщины стен зданий, исходя из условий холод­ной половины года в районах со средней температурой в июле 21 °С и выше, проводятся дополнительные расчеты для летних условий. Проверяется соответ­ствие амплитуды колебаний температуры внутренней поверхности ограждаю­щих конструкций требуемой амплитуде. На территории России средняя темпе­ратура в июле 21 °С и выше отмечается лишь южнее широты Ростовской и Аст­раханской областей.

Специализированные климатические показатели ТРЗ (ограждающих конст­рукций) и диапазон их изменения приведены в таблице 80.

Таблица 80.

Диапазон изменения специализированных показателей теплозащитных климатических ресурсов зданий

Показатель	Единица измерения	Минимум	Максимум
Холодный период года
Температура воздуха наиболее холодных суток обеспеченностью 92 %	°С	-63	-10
Температура воздуха наиболее холодных суток обеспеченностью 98 %	«	-62	-7
Температура воздуха наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 92 %	«	-61	-5
Температура воздуха наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 98 %	«	-59	-1
Абсолютная минимальная температура воздуха	«	-68	-16
Средняя сумма градусодней отопительного периода	°С × дни	1015	11852
Средняя продолжительность отопительного периода	дни	89	360
Средняя температура воздуха отопительного периода	°С	-25,1	6,6
Средняя суточная амплитуда температуры воздуха наиболее холодного месяца	«	3,7	17,0
Скорость ветра 80 % - и обеспеченности	м/с	0,5	13,1
Теплый период года
Температура воздуха наиболее жарких суток обеспеченностью 99 %	°С	19	35
Температура воздуха наиболее жарких суток обеспеченностью 98 %	«	17	34
Температура воздуха наиболее жарких суток обеспеченностью 96 %	«	16	33
Температура воздуха наиболее жарких суток обеспеченностью 95 %	«	13	30
Абсолютная максимальная температура воздуха	«	30	44
Средняя суточная амплитуда температуры воздуха наиболее жаркого месяца	«	5,1	16,7
Минимальное из значений скорости ветра по румбам за июль, повторяемость которого	м/с	0	6
составляет 16 % и более
Средняя сумма суммарной солнечной радиации	МДж/м2	375	694

В европейской части России наибольшие значения ТРЗ отмечаются на юге. В более северных районах распределение ТРЗ характеризуется повышением значений с запада на восток, что согласуется с распределением зимних значений температуры воздуха.