Аналіз енергетичних характеристик будівлі навчального корпусу складної конфігурації із розробкою пропозицій по підвищенню енергоефективності

Abstract

Існує багато підходів до оцінювання енергетичної ефективності будівель. В Україні раніше при розробці енергетичного паспорту будівель застосовувалася методика, що ґрунтувалася на стаціонарних розрахунках з використанням градусо-діб опалювального періоду. Потім для завдань енергетичної сертифікації будівель було запроваджено національну методику розрахунку на базі помісячного квазістаціонарного метода. Спрощений погодинний метод розрахунку дозволяє враховувати теплову інерційність огороджень. Останніми роками все більшої актуальності набувають методи динамічного енергетичного моделювання з використання програмних комплексів, адже це дозволяє ще на етапі попереднього проєктування оцінювати енергетичні витрати на різні потреби будівлі до та після впровадження проєктів з підвищення енергоефективності та надає можливість створення 3D-моделі з урахуванням геометричних та теплотехнічних параметрів, завдання різних конфігурацій і типів інженерних системи будівлі. Для побудови енергетичної моделі був обраний учбовий корпус для визначення показників енергоспоживання та виявлення заходів, які мають найбільший вплив на енергетичні характеристики будівлі. Мета роботи – оцінювання енергетичних характеристик навчального корпусу закладу вищої освіти із моделюванням енергоспоживання у спеціалізованому програмному забезпеченні, технічна та економічна оцінка можливостей підвищення рівня енергоефективності. Виконано енергетичне обстеження об’єкту дослідження та техніко-економічний аналіз з використанням інженерних методик розрахунку, експериментальні вимірювання параметрів мікроклімату будівлі із застосуванням лабораторного обладнання. Застосовується моделювання у спеціалізованих програмних продуктах RETScreen, EnergyPlus, DesignBuilder. За допомогою розроблених моделей отримано структуру енергоспоживання навчального корпусу та проведено оцінювання потенціалу енергозбереження; у разі впровадження запропонованих заходів очікується зменшення споживання енергетичних ресурсів та грошових витрат на їх оплату, а також підвищення якості надання освітніх послуг. Дослідження проводилося в рамках роботи над магістерською дисертацією. Розглянуто технічний потенціал зазначеного програмного забезпечення для моделювання енергетичних характеристик будівлі складної конфігурації на прикладі навчального корпусу закладу освіти, проаналізовано методи опрацювання вихідних даних для програм, наведено порівняльний аналіз результатів розрахунків для фактичного стану будівлі, базового рівня та після впровадження комплексу енергозберігаючих заходів. В результаті проведення дослідження визначено потенціал використання різних програмних комплексів для виконання прикладних досліджень магістерської дисертації та розроблено проєкт комплексної термомодернізації будівлі навчального корпусу № 5.

Существует много подходов к оценке энергетической эффективности зданий. В Украине ранее при разработке энергетического паспорта зданий применялась методика, которая основывалась на стационарных расчетах с использованием градусо-суток отопительного периода. Затем для задач энергетической сертификации зданий было введено национальную методику расчета на базе помесячного квазистационарного метода. Упрощенный почасовой метод расчета позволяет учитывать тепловую инерционность ограждений. В последние годы все большую актуальность приобретают методы динамического энергетического моделирования с использованием программных комплексов, ведь это позволяет еще на этапе предварительного проектирования оценивать энергетические затраты на различные нужды здания до и после внедрения проектов по повышению энергоэффективности и предоставляет возможность создания 3D-модели с учетом геометрических и теплотехнических параметров, задачи различных конфигураций и типов инженерных системы здания. Для построения энергетической модели был выбран учебный корпус для определения показателей энергопотребления и выявления мероприятий, которые оказывают наибольшее влияние на энергетические характеристики здания. Цель работы – оценка энергетических характеристик учебного корпуса учреждения высшего образования с моделированием энергопотребления в специализированном программном обеспечении, техническая и экономическая оценка возможностей повышения уровня энергоэффективности. Выполнено энергетическое обследование объекта исследования и технико-экономический анализ с использованием инженерных методик расчета, экспериментальные измерения параметров микроклимата здания с применением лабораторного оборудования. Применяется моделирование в специализированных программных продуктах RETScreen, EnergyPlus, DesignBuilder. С помощью разработанных моделей получено структуру энергопотребления учебного корпуса и проведена оценка потенциала энергосбережения; в случае внедрения предложенных мероприятий ожидается снижение потребления энергетических ресурсов и денежных затрат на их оплату, а также повышение качества предоставления образовательных услуг. Исследование проводилось в рамках работы над магистерской диссертацией. Рассмотрены технический потенциал указанного программного обеспечения для моделирования энергетических характеристик зданий сложной конфигурации на примере учебного корпуса учебного заведения, проанализированы методы обработки исходных данных для программ, приведен сравнительный анализ результатов расчетов для фактического состояния здания, базового уровня и после внедрения комплекса энергосберегающих мероприятий. В результате проведения исследования определены потенциал использования различных программных комплексов для выполнения прикладных исследований магистерской диссертации и разработаны проект комплексной термомодернизации здания учебного корпуса № 5.

There are many approaches to assessing the energy performance of buildings. In Ukraine, previously, when developing the energy passport of buildings, a method based on stationary calculations using degree-days of the heating period was used. Then, for the tasks of energy certification of buildings, a national calculation method based on the monthly quasi-stationary method was introduced. The simplified hourly method of calculation allows to consider thermal inertia of protections. In recent years, the methods of dynamic energy modeling using software packages have become increasingly relevant, because it allows at the preliminary design stage to estimate energy costs for different building needs before and after the implementation of energy efficiency projects and provides the ability to create 3D models based on geometric and thermal parameters, tasks of different configurations and types of engineering systems of the building. To build an energy model, a training building was chosen to determine energy consumption indicators and identify measures that have the greatest impact on the energy performance of the building. Evaluation of energy characteristics of the educational building of a higher education institution with modeling of energy consumption in specialized software, technical and economic evaluation of opportunities to increase energy efficiency. Energy inspection of the object of research and technical and economic analysis with the use of engineering methods of calculation, experimental measurements of the parameters of the microclimate of the building with the use of laboratory equipment were performed. Simulations are used in specialized software products RETScreen, EnergyPlus, DesignBuilder. With the help of the developed models the structure of energy consumption of the educational building is obtained and the assessment of energy saving potential is carried out; in case of implementation of the proposed measures it is expected to reduce the consumption of energy resources and monetary costs for their payment, as well as improve the quality of educational services. The research was conducted as part of a master's thesis. The technical potential of this software for modeling the energy performance of a building of complex configuration on the example of the educational building of the educational institution, analyzed the methods of processing initial data for programs, comparative analysis of calculation results for the actual condition of the building, baseline and after implementing energy saving measures. As a result of the research, the potential of using different software packages to perform applied research of the master's dissertation was determined and a project of complex thermal modernization of the building of the educational building was developed.