1

Экспресс-метод проведения энергетических обследований на базе программы имитационного

моделирования

Дмитриев Г.М., к.т.н., ИЭ НАН Беларуси, руководитель центра Волов Г.Я., к.т.н. , ОДО «Энерговент», директор Сенновский Д.В., ООО «Технологический институт «ВЕМО», заместитель генерального директора

2

Подход к энергетическому обследованиюПредставим, что нам надо провести энергетическое обследование (энергоаудит) некого жилого дома. Цель:1) получение обобщенной оценки энергетической

эффективности здания;2) проверка эксплуатационной безопасности (оценка

тепловлажностного состояния наружных ограждающих конструкций в процессе эксплуатации);

3) разработка технически и экономически обоснованных решений, связанных с повышением его энергоэффективности.

Для этой цели служит нам предлагаемая методика с применением программы имитационного (математического) моделирования. В этой программе мы создаем универсальную модель дома или дом-шаблон, что больше нравится. Как описать наш абстрактный дом, чтобы его можно было наполнять информацией в каждом отдельном случае? Такой подход позволяет сделать энергоаудит: достоверным, прозрачным, повторяемым и проводимым за достаточно непродолжительное время (3-5 дней на один дом).

В шаблоне здания представлены все

основные физические зависимости, которые

характеризуют реальный дом. Нам остается только настроить его, т.е. ввести

исходные данные.

3

Калькулятор для работы с шаблоном

В программе имитационного моделирования МОДЭН, либо ЭнергоАудит (ИЭ НАН Беларуси) составляется специальная подпрограмма для работы с шаблоном (калькулятор), которая позволяет проводить энергоаудиты специалистам, имеющим обычную профессиональную квалификацию.

Окно программы МОДЭН

Программа имитационного моделирования Калькулятор

Покажем лишь одно окно программы имитационного моделирования

Пользователь ведет работы только в калькуляторе!

4

Этап 1.Ввод исходных данных

Какие параметры (характеристики) или исходные данные жилого дома на надо вводить? В нашем случае это стандартные объемно-планировочные и теплотехнические характеристики здания, показатели счетчиков энергии за базовый год (напр., 2012 год), градусо-сутки отопительного периода и т.д.

Пользователь ведет работы только в калькуляторе!

Окно Excel

Этап 1. Заполнение стандартных форм вводных данныхФорма заполняется в программе Excel, либо непосредственно в базу данных в калькуляторе.

5

Этап 1. Ввод исходных данныхПолный состав исходных данных, импортируемых из Excel в калькулятор

6

Этап 1. Ввод исходных данных

А вот так представляются исходные данные в калькуляторе.

7

Этап 2. Проверка модели на адекватность

Если мы ввели исходные данные – то это еще не значит, что шаблон дома настроен правильно. Следующим шагом является проверка построенной нами модели дома на АДЕКВАТНОСТЬ, т.е. соответствие модели фактическим условиям и параметрам эксплуатации.Этап 2. Проверка модели на адекватность

Для этого устанавливаем на калькуляторе период расчета (2012) с 1 января по 31 декабря базового года и начинаем счет.

Сравним показания приборов учета на объекте с результатами модельного расчета. Невязка (отклонение результатов модельного расчета от результатов измерения фактического потребления) должна быть невелика. На сегодня она не нормируется, но может быть принята на уровне приборной погрешности, например, 4% для теплосчетчика. Если добились требуемой близости модельных и натурных результатов, то мы можем работать с моделью, как с натурой.

Этап 2. Проверка модели на адекватность

Этап 2. Проверка модели на адекватность

По результатам «адекватного» расчета за базовый год сформируем, например, энергетический паспорт здания на текущий момент

Параметр Размерность ЗначениеИмя Адрес здания 1Разработчик проекта "ВЕМО"Адрес и телефон разработчика Шифр проекта 1. Расчетная температура внутреннего воздуха °С 202. Расчетная температура наружного воздуха °С -283. Расчетная температура теплого чердака °С 4. Расчетная температура техподполья °С 5. Продолжительность отопительного периода 2026. Средняя температура наружного воздуха за отопительный период °С -1,6000017. Градусо-сутки отопительного периода °C*сутки 4363,28. Назначение здания 9. Размещение в застройке 10.Тип 11. Конструктивное решение

12. Общая площадь наружных ограждающих конструкций здания, в том числе: м^2 2267212.1. Общая площадь стен м^2 1640512.2. Общая площадь окон и балконных дверей м^2 244912.3. Общая площадь витражей м^2 012.4. Общая площадь фонарей м^2 012.5. Общая площадь входных дверей и ворот м^2 1612.6. Общая площадь покрытий (совмещенных) м^2 012.7. Общая площадь чердачных перекрытий (холодного чердака) м^2 012.8. Общая площадь чердачных перекрытий теплых чердаков м^2 190112.9. Общая площадь перекрытий над техподпольями м^2 0

12.10. Общая площадь перекрытий над неотапливаемыми подвалами или подпольями м^2 190112.11. Общая площадь перекрытий над проездами и под эркерами м^2 012.12. Общая площадь пола по грунту м^2 013. Площадь квартир м^2 21004,914. Полезная площадь (общественных зданий) м^2 18232,915. Площадь жилых помещений м^2 18232,916. Расчетная площадь (общественных зданий) м^2 17. Отапливаемый объем м^3 11227118. Коэффициент остекленности фасада 0,14928319. Показатель компактности здания 20. Приведенное сопротивление теплопередачи наружных ограждений: 0,9086520.1. Стен м^2*°С/Вт 0,8120.2. Окон и балконных дверей м^2*°С/Вт 0,539935

Этап 2. Проверка модели на адекватность

В энергопаспорте здания приведены все основные нормируемые (теплотехнические) показатели жилого дома, а также оценка класса энергоэффективности, исходя из действующих нормативов.

20.3. Витражей м^2*°С/Вт20.4. Фонарей м^2*°С/Вт20.5. Входных двере и ворот м^2*°С/Вт 0,520.6. Покрытий (совмещенных) м^2*°С/Вт 1,520.7. Чердачных перекрытий (холодных чердаков) м^2*°С/Вт 020.8. Перекрытий теплых чердаков (включая покрытие) м^2*°С/Вт 1,520.9. Перекрытий над техподпольями м^2*°С/Вт 120.10. Перекрытий над неотапливаемыми подвалами или подпольями м^2*°С/Вт20.11. Перекрытий над проездами и под эркерами м^2*°С/Вт20.12. Полы по грунту м^2*°С/Вт 021. Приведенный коэффициент теплопередачи здания Вт/ (м^2*°С) 1,10053322.1 Кратность воздухообмена здания за отопительный период 0,048722.2 Кратность воздухообмена здания при испытании (при 50 Па)

23. Условный коэффициент теплопередачи здания, учитывающий теплопотери за счет инфильтрации и вентиляции Вт/ (м^2*°С)24. Общий коэффициент теплопередачи здания Вт/ (м^2*°С)

25. Общие теплопотери через ограждающую оболочку здания за отопительный период МДж 1716742926. Удельные бытовые тепловыделения в здании Вт 027. Бытовые теплопоступления в здании за отопительный период МДж 535676,8

28. Теплопоступления в здание от солнечной радиации за отопительный период МДж 496263,2

29. Потребность тепловой энергии на отопление здания за отопительный период МДж 16135489

30. Расчетный коэффициент энергетической эффективности системы централизованного теплоснабжения здания от источника теплоты

31. Расчетный коэффициент энергетической эффективности поквартирных и автономных систем теплоснабжения здания от источника теплоты32. Коэффициент эффективности авторегулирования33. Коэффициент учета встречного теплового потока34. Коэффициент учета дополнительного теплопотребления

35. Расчетный удельный расход тепловой энергии на отопление зданиякДж/(м2*°С*сут) 176,0583

36. Нормируемый удельный расход тепловой энергии на отопление зданиякДж/(м2*°С*сут) 70

37. Класс энергетической эффективности E38. Соответствует ли проект здания нормативному требованию39. Дорабатывать ли проект здания40. Рекомендуем41. Паспорт заполнен:41.1. Организация41.2. Адрес и телефон41.3. Ответственный исполнительНомер в базе УдНормРасхо_Классы 1Номер в базе УдНормРасхо_Нормы 0

Отклонение удельного расходакДж/(м2*°С*сут) 200

11

Этап 3. Трансформация моделиНа следующем этапе мы начнем трансформировать модель здания для получения оценок обоснованности мероприятий по повышению энергоэффективности. Что значит трансформировать? Это значит внедрить в модель здания такие технические решения, которые приводят к повышению энергоэффективности. Каждое отдельное техническое решение (мероприятие) мы называем ТРАНСФОРМАЦИЕЙ.

Этап 3. Трансформация модели

Большинство типовых технических решений имеется в базе оборудования.

12

Этап 3. Трансформация моделиПользователь должен указать последовательность трансформаций (годы внедрения технических решений) и некоторые их технические и экономические параметры, если они отличаются от заложенных в базе оборудования.

13

Этап 3. Трансформация моделиЗадаем новый период счета (выбирается по усмотрению аудитора), например, на срок внедрения всех трансформаций, допустим 10 лет. Запускаем программу на счет. Параметр Размерность Значение ЗначениеИмя ДО ПОСЛЕАдрес здания 1 1Разработчик проекта "ВЕМО"Адрес и телефон разработчика Шифр проекта 1. Расчетная температура внутреннего воздуха °С 20 202. Расчетная температура наружного воздуха °С -28 -283. Расчетная температура теплого чердака °С 4. Расчетная температура техподполья °С 5. Продолжительность отопительного периода 202 2026. Средняя температура наружного воздуха за отопительный период °С -1,600001 -1,67. Градусо-сутки отопительного периода °C*сутки 4363,2 4363,28. Назначение здания 9. Размещение в застройке 10.Тип 11. Конструктивное решение 12. Общая площадь наружных ограждающих конструкций здания, в том числе: м^2 22672 2267212.1. Общая площадь стен м^2 16405 1640512.2. Общая площадь окон и балконных дверей м^2 2449 244912.3. Общая площадь витражей м^2 0 012.4. Общая площадь фонарей м^2 0 012.5. Общая площадь входных дверей и ворот м^2 16 1612.6. Общая площадь покрытий (совмещенных) м^2 0 012.7. Общая площадь чердачных перекрытий (холодного чердака) м^2 0 012.8. Общая площадь чердачных перекрытий теплых чердаков м^2 1901 190112.9. Общая площадь перекрытий над техподпольями м^2 0 0

12.10. Общая площадь перекрытий над неотапливаемыми подвалами или подпольями м^2 1901 190112.11. Общая площадь перекрытий над проездами и под эркерами м^2 0 012.12. Общая площадь пола по грунту м^2 0 013. Площадь квартир м^2 21004,9 21004,914. Полезная площадь (общественных зданий) м^2 18232,9 18232,915. Площадь жилых помещений м^2 18232,9 18232,916. Расчетная площадь (общественных зданий) м^2 17. Отапливаемый объем м^3 112271 11227118. Коэффициент остекленности фасада 0,149283 0,14928319. Показатель компактности здания 20. Приведенное сопротивление теплопередачи наружных ограждений: 0,90865 2,00449820.1. Стен м^2*°С/Вт 0,81 3,1320.2. Окон и балконных дверей м^2*°С/Вт 0,539935 0,539935

20.3. Витражей м^2*°С/Вт 20.4. Фонарей м^2*°С/Вт 20.5. Входных двере и ворот м^2*°С/Вт 0,5 0,520.6. Покрытий (совмещенных) м^2*°С/Вт 1,5 4,6720.7. Чердачных перекрытий (холодных чердаков) м^2*°С/Вт 0 020.8. Перекрытий теплых чердаков (включая покрытие) м^2*°С/Вт 1,5 4,6720.9. Перекрытий над техподпольями м^2*°С/Вт 1 120.10. Перекрытий над неотапливаемыми подвалами или подпольями м^2*°С/Вт 20.11. Перекрытий над проездами и под эркерами м^2*°С/Вт 20.12. Полы по грунту м^2*°С/Вт 0 021. Приведенный коэффициент теплопередачи здания Вт/ (м^2*°С) 1,100533 0,49887722.1 Кратность воздухообмена здания за отопительный период 0,0487 0,048722.2 Кратность воздухообмена здания при испытании (при 50 Па) 23. Условный коэффициент теплопередачи здания, учитывающий теплопотери за счет инфильтрации и вентиляции Вт/ (м^2*°С) 24. Общий коэффициент теплопередачи здания Вт/ (м^2*°С) 25. Общие теплопотери через ограждающую оболочку здания за отопительный период МДж 17167429 592445226. Удельные бытовые тепловыделения в здании Вт 0 027. Бытовые теплопоступления в здании за отопительный период МДж 535676,77 691383,8

28. Теплопоступления в здание от солнечной радиации за отопительный период МДж 496263,2 496263,2

29. Потребность тепловой энергии на отопление здания за отопительный периодМДж 16135489 473680530. Расчетный коэффициент энергетической эффективности системы централизованного теплоснабжения здания от источника теплоты 31. Расчетный коэффициент энергетической эффективности поквартирных и автономных систем теплоснабжения здания от источника теплоты 32. Коэффициент эффективности авторегулирования 33. Коэффициент учета встречного теплового потока 34. Коэффициент учета дополнительного теплопотребления

35. Расчетный удельный расход тепловой энергии на отопление зданиякДж/(м2*°С*сут) 176,05825 51,68444

36. Нормируемый удельный расход тепловой энергии на отопление зданиякДж/(м2*°С*сут) 70 70

37. Класс энергетической эффективности E B38. Соответствует ли проект здания нормативному требованию 39. Дорабатывать ли проект здания 40. Рекомендуем 41. Паспорт заполнен: 41.1. Организация 41.2. Адрес и телефон 41.3. Ответственный исполнитель Номер в базе УдНормРасхо_Классы 1 1Номер в базе УдНормРасхо_Нормы 0 1

Отклонение удельного расходакДж/(м2*°С*сут) 200 -11

На выходе имеем энергопаспорт здания ДО и ПОСЛЕ трансформаций.

14

ОТЧЕТ. Сводный по результатам трансформаций

Параметр

Размерность

Значение

СистемаОтопление и вентиляция

Горячее водоснабжение

Места общего пользования_электрика

Год 1 2013 2013 2013Годовой расход энергии 1 МВт*ч 3748,9339 1865,5291 149,7609Год 2 2014 2014 2014Годовой расход энергии 2 МВт*ч 3268,7147 1865,5291 149,7609Год 3 2015 2015 2015Годовой расход энергии 3 МВт*ч 1099,6101 1865,5291 149,7609Год 4 2016 2016 2016Годовой расход энергии 4 МВт*ч 1107,2351 1871,0127 57,3068Год 5 2017 2017 2017Годовой расход энергии 5 МВт*ч 1100,4424 1492,4233 44,7986Год 6 2018 2018 2018Годовой расход энергии 6 МВт*ч 1100,4424 1492,4233 44,7986Год 7 2019 2019 2019Годовой расход энергии 7 МВт*ч 1100,4424 1492,4233 44,7986

Можем отследить в динамике по годам изменение энергопотребления по мере внедрения трансформаций.

Оценка энергетической системы зданияКритерий оценки:

НЕРАЦИОНАЛЬНЫЕ ПОТЕРИ ЭНЕРГИИ зданием – та часть поступающей в здание энергии, снижение которой экономически и технически целесообразно.

Пусть здание потребляет в первый год Q1 энергии (например, тепловой).Имеется технически и экономически обоснованное мероприятие, внедрение которого позволит во второй год

сократить потребление энергии до величины Q2 (при сопоставимых условиях) .Если других технических решений нет, то (Q1-Q2) ни что иное, как нерациональные потери энергии (выявленные).

Коэффициент энергетической эффективности здания будет равен

Eeff=1-(Q1-Q2)/Q1

Если Eeff=1 – абсолютно энергоэффективное здание (эталон), в настоящее время нет технических решений (обоснованных технически и экономически), которые можно внедрить для снижения его энергопотребления.

Пример: Q1=200 МВт*ч/год, Q2=120 МВт*ч/год, тогдаEeff=1-(Q1-Q2)/Q1=1-(200-120)/200=0,6

Определение этого критерия для обследуемого здания является обобщенной задачей энергоаудита.

Оценка энергетической системы здания

Коэффициент эффективности 1 0,2935 0,8 0,2991Коэффициент эффективности 2 0,4216 0,8 0,2991Коэффициент эффективности 3 1 0,8 0,2991Коэффициент эффективности 4 1 0,8 0,9164Коэффициент эффективности 5 1 1 1Коэффициент эффективности 6 1 1 1Коэффициент эффективности 7 1 1 1

По результатам счета определяется коэффициент энергетической эффективности здания - Eeff. На 5-ый год счета, когда внедрены все технические решения по трансформациям, коэффициент эффективности здания принимает значение 1. По тепловой энергии Eeff становится равным 1 уже на 3-й год. Нас интересует значение Eeff на первый год, именно это значение становится истинным показателем энергоэффективности здания на текущий момент.

Год счета

Оценка энергетической системы здания

Коэффициент энергетической эффективности здания – Eeff не является величиной постоянной. Если, например, на стадии проектирования он был равен 1, т.е. не было экономически технических решений, которые могли повысить энергоэффективность нашего здания, но после строительства, в последующие «годы жизни», такие решения появились, то в результате очередного энергоаудита может оказаться, что коэффициент энергоэффективности здания упал до, например, 0,5. В этом случае владелец здания может принять решение о внедрении технических решений, определенных при проведении трансформаций модели.

Срок окупаемостиЭкономическая обоснованность технических решений определяется по

критерию чистого дисконтированного дохода (NPV).Из графика доходов видим год начала получения чистой прибыли (NPV

из отрицательной становится положительной величиной)

Тепловлажностный расчет ограждающих конструкций

Во время счета можно проследить за температурно-влажностным состоянием в толще ограждающих стеновых конструкций (теория НИИСФ

РФ).

Адаптация метода

Адаптация предлагаемого метода с использованием калькулятора проводилась Технологическим Институтом «ВЕМО» (г. Москва) – проведено обследование более 100 различных жилых домов.

21

Заключение

• 1.Разработан экспресс-метод проведения энергетических обследований жилых домов на основе энергетического калькулятора, созданного в программе имитационного моделирования .

• 2. Предлагаемый метод позволяет обобщенно оценить энергетическую эффективность здания с помощью предлагаемого коэффициента энергетической эффективности, а также тепловлажностное состояние ограждающих конструкций в процессе эксплуатации.

• 3. Экспресс-метод прошел адаптацию на более чем 100 жилых домах г.Москвы.

• 4. Целесообразно начать применение разработанного метода уже стадии проектирования и проводить анализ проектируемых (реконструируемых) домов, с тем, чтобы на последующих стадиях можно было оценить принятые проектные решения.