Расчет тепла на отопление по объему и площади помещения для обогрева, как рассчитать расход тепла на отопление здания, нагрузка, количество тепла

Содержание:

Последовательность выполнения расчетов
Тепловые расчеты
Начало работы
Гидравлические расчеты для системы отопления
Определение параметров труб
Видео

Чтобы работа отопительной системы в жилых или производственных помещениях, магазинах и офисах отличалась стабильностью, надежностью и бесшумностью, необходимо грамотно выполнить расчет количества тепла на отопление. Кроме того это поможет сократить энергозатраты и соответствующую статью расходов.

Последовательность выполнения расчетов

Расчет отопления по объему помещения выполняется в следующем порядке:

• Определение утечек тепла строения. Это нужно для определения мощности котла и установленных батарей. Тепловые потери следует рассчитывать для каждой комнаты, имеющей хотя бы одну внешнюю стену. Для проверки расчета нужно выполнить следующее: полученное значение разделить на площадь помещения. В результате должно получиться число, равное 50-150 Вт/м ². Это стандартные значения, к которым следует стремиться при расчетах. Большое отклонение от этих параметров приведет к увеличению стоимости всей отопительной системы.
• Выбор температурного режима. Европейские нормы отопления EN 442 устанавливают следующий режим температур: 75⁰С в котле, 65⁰С в батареях или радиаторах, 20⁰С в помещении. Поэтому во избежание неприятных ситуаций необходимо принимать именно эти параметры.
• Расчет мощности батарей или радиаторов. Здесь за основу берутся данные по потерям тепла в отдельном помещении.
• Гидравлические расчеты. Это необходимо для создания эффективного отопления. Согласно гидравлическим расчетам определяется диаметр труб и параметры циркуляционного насоса.
• Следующим этапом расчета тепла на отопление является выбор типа котла. Он может быть промышленным или бытовым в зависимости от назначения отапливаемого помещения.
• Вычисление объема системы отопления. Это необходимо для определения объема расширительного бака или встроенного водяного бачка.

Тепловые расчеты

При составлении проекта отопительной системы большое значение имеет теплотехнический этап, для осуществления которого потребуются исходные данные, включая вопрос, как рассчитать объем помещения для отопления.

Начало работы

Во-первых, перед тем как посчитать расход тепла на отопление здания следует изучить проектную документацию, где имеются данные обо всех размерах каждого отдельного помещения, размеры окон и дверей.

Во-вторых, необходимо получить сведения о расположении дома относительно сторон света и климате местности.

В-третьих, нужно собрать данные о высоте стен и свойствах материала, который использовался для их изготовления.

В-четвертых, следует изучить параметры материалов пола и потолочного перекрытия.

После обработки всей информации можно начинать расчеты нагрузки отопления по площади. Кроме того, полученная информация пригодится при выполнении гидравлических расчетов. Выполняя расчет тепловой нагрузки на отопление здания, необходимо учитывать важные факторы.

Расчет отопления и нагрузки на отопление дома рассчитывают для того, чтобы узнать, какое количество тепла теряется в процессе эксплуатации дома, и определить основные параметры котла. В частности мощность агрегата отопления определяется по формуле:

Мк = Тп*1,2.

Здесь Мк – это мощность котла, Тп – количество уходящего тепла, а 1,2 – коэффициент запаса, в большинстве случаев – это 20%.

Коэффициент запаса необходим для компенсации непредвиденных потерь тепла, таких как плохая теплоизоляция окон и дверей, снижение температуры или давления в системе газоснабжения.

При выполнении расчета отопления производственного помещения по его объему следует понимать, что тепловые потери распределяются по зданию неравномерно. Удельная тепловая характеристика на отопление – важный параметр, который необходимо заранее учитывать при расчетах.

Средние значения каждого элемента строения следующие:

• На внешние стены приходится около 40% общих тепловых потерь.
• Через оконные проемы теряется до 20% тепла.
• Пол и потолочные перекрытия проводят до 10% тепла.
• Вентиляция и дверные проемы способствуют 20% теплопотерь.

Для определения количества теплопотерь применяется формула:

Тп = УДтп*Пл*К1*К2*К3*К4*К5*К6*К7.

Здесь каждый показатель определяется индивидуально.

УДтп – это удельное значение тепловых потерь, которое в большинстве случаев равно 100 Вт/м².

Пл – это площадь помещения.

К1 – коэффициент, значение которого зависит от вида окон. При установленных традиционных окнах коэффициент равен 1,27. Для двухкамерных стеклопакетов в расчет берется значение 1, для трехкамерных аналогов – 0,85.

К2 – степень теплоизоляции стен. Следует принимать во внимание толщину и коэффициент теплопроводности материалов, из которых изготовлены стены, пол и потолок. Для блочных или панельных домов из бетона используется значение от 1,25 до 1,5. Для строений из бруса или бревен – 1,25. Для пенобетонных блоков берут коэффициент 1. Для кладки в 1,5 кирпича – 1,5, в 2,5 кирпича – 1,1.

К3 – соотношение площадей окон и пола. Это значение считается очень важным при расчете расхода тепла на отопление: чем больше объем окон относительно площади пола, тем больше теплопотери. Если отношение площадей окон и пола составляет 10-20%, то следует использовать для расчетов коэффициент 0,8-1. Для отношения 21-30% берут значение 1,1-1,2. При отношении площадей от 31 до 50% коэффициент равен 1,3-1,5.

К4 – минимальное температурное значение с внешней стороны дома. Всем понятно, что с понижением температуры воздуха снаружи строения теплопотери увеличиваются. Для температуры до -10⁰С следует брать коэффициент 0,7, а при температуре от -10 до -15 градусов используется значение 0,8-0,9. При морозе до -25

0С берется коэффициент 1-1,1. Если снаружи очень холодно, до -35 градусов, то при расчете используют значение 1,2-1,3.

К5 – количество внешних стен строения. Этот фактор оказывает существенное влияние на количество уходящего тепла. Если внешняя стена одна, то коэффициент равен 1, если стены две, то берется значение 1,2. Для трех внешних стен применяют значение 1,22, а для четырех – 1,33.

К6 – количество этажей здания. Этажность здания также имеет значение при расчетах тепловых потерь. Если здание имеет более двух этажей, то расчеты ведутся с учетом коэффициента 0,82. При наличии теплого чердака следует применять коэффициент 0,91, если чердачное помещение не утеплено, то цифру меняют на 1.

К7 – высота помещения. От высоты стен коэффициент зависит следующим образом: для 2,5 метров -1, для 3 метров – 1,05, для 3,5 метров – 1,1, для 4 метров – 1,15, для 4,5 метров – 1,2.

Чтобы понять применение коэффициентов, можно выполнить примерные расчеты для определенного строения с конкретными параметрами:

1. Остекление выполнено тройными стеклопакетами, К1 равен 0,85.
2. Дом из бруса, следовательно, К2 равен 1,25.
3. Площадь оконных проемов и пола находятся в соотношении 30%, то есть К3 = 1,2.
4. Самая низкая температура с внешней стороны дома – около -25 градусов, К4 = 1,1.
5. Дом имеет три внешние стороны, К5 = 1,22.
6. Строение одноэтажное с утепленным чердачным помещением, К6 равен 0,91
7. Высота стен составляет 3 метра, К7 = 1,05.
8. Площадь дома 100 м².

Подставляя данные в формулу, получаем следующее:

Тп = 100*100*0,85*1,25*1,2*1,1*1,22*0,91*1,05 = 16349,0828.

Следовательно, тепловые потери составят примерно 16,5 кВт. Известное значение теплопотерь позволяет выполнить расчет мощности котла по приведенной формуле:

Мк = 17,5*1,2=21 кВт.

Гидравлические расчеты для системы отопления

Расчеты такого типа помогают правильно подобрать трубы для системы отопления, в частности определить их длину и сечение. Также от этого зависит эффективность работы системы, так как можно легко рассчитать основные параметры насосного оборудования.

Гидравлические расчеты необходимы для определения следующих параметров:

Расход воды в отопительной системе. Для этого применяют формулу:

М = Q/Cp*DPt,

где Q – общая мощность отопительной системы, Ср – удельная теплоемкость воды, которая в большинстве случаев равна 4,19 кДж, DPt – разница между температурами на входе в котел и на выходе из него.

Чтобы определить расход воды на одном из участков трубопровода, можно воспользоваться аналогичным способом. При этом следует выбирать участки с одинаковой скоростью теплоносителя. Затем определяют общую мощность всех приборов отопления и подставляют в формулу. Важно выполнить расчет всех участков между радиаторами. Немаловажна и формула расчета тепловой энергии, которую тоже стоит использовать.

Известная величина расхода теплоносителя в системе позволяет определить его скорость. Для этого используется такая формула:

V = M/P*F.

Здесь М – расход теплоносителя на определенном участке, Р – показатель его плотности, F – площадь поперечного сечения трубы. Для определения последнего параметра применяется формула: 3,14r/2, где буквой r обозначен внутренний диметр трубы.

Потери напора теплоносителя при трении в трубе. Вычислить этот параметр можно по формуле:

DP_ptp = R*L.

Здесь буквой R обозначены удельные потери при трении, L – длина участка трубы.

Кроме этого следует выполнить расчет снижения напора в местах, где теплоноситель встречает препятствие, в частности речь идет о различной запорной арматуре и фитингах. Для расчета также существует определенная формула, в которой необходимо перемножить плотность воды, ее скорость и общую сумму коэффициентов сопротивлений на определенном участке.

Выполнив сложение значений на каждом участке между приборами отопления, важно сравнить полученный результат с контрольными параметрами. Для эффективной работы циркуляционного насоса утеря напора на длинных участках трубопровода не должна быть больше 20 кПа, а скорость перемещения воды должна составлять не более 1,5 метров в секунду. При повышенных значениях теплоноситель будет двигаться очень шумно. Кроме того согласно Санитарным Нормам указанная скорость теплоносителя предотвращает появление воздуха в системе.

Определение параметров труб

Сечение трубы и материал, из которого они изготовлены, также имеют значение при расчете тепла для обогрева помещения. Они зависят от суммарной мощности радиаторов:

• Если мощность не превышает 4,5 кВт, то можно для системы отопления использовать металлопластиковые трубы диаметром 16 мм.
• Аналогичные трубы диаметром 20 мм могут применяться в системах, мощность которых лежит в пределах 5-8 кВт.
• Металлопластик диаметром 32 мм подходит для отопления, мощность радиаторов которого составляет 13-21 кВт.
• Трубы из полипропилена диаметром 25 мм будут безупречно справляться со своими функциями, если мощность батарей составляет от 6 до 11 кВт.

Если минимальное значение мощности равно 16 кВт, а максимальное – 28 кВт, то следует приобретать полипропиленовые трубы, диаметр которых составляет 40 мм.

общие и математические методы, расшифровка формулы

Самостоятельное оборудование дома системой отопления — очень ответственное занятие. Выбирать все комплектующие, включая котёл, без предварительно подготовленных расчётов будет неразумно. В первую очередь необходимо сделать расчёт тепловой энергии на отопление здания. Калькулятор может помочь в этом вопросе. Именно площадь помещения является первым, что нужно узнать перед покупкой оборудования.

Содержание

1. Простые приёмы расчёта
2. Особенности помещения
3. Математический подход
4. Расшифровка значений
5. Количество секций радиатора

Простые приёмы расчёта

Чтобы отопление в доме было эффективным и качественным, а также были созданы комфортные условия проживания, система должна выполнять две важные функции. Они очень похожи между собой и мало чем отличаются:

1. 1. Оптимальная температура воздуха во всём помещении на постоянной основе. Под потолком воздух будет теплее, но разница должна быть незначительная. Согласно общепринятым правилам, оптимальной температурой в помещении считается около +20 градусов Цельсия. Система отопления должна иметь возможность прогреть определённый объём воздуха до необходимой температуры в помещении. Если говорить о юридической стороне вопроса, то все требуемые параметры прописаны в государственных стандартах, а в частности в ГОСТ 30494–96 .
2. 2. Компенсирование теплопотерь через элементы здания. К сожалению, тепловые потери являются серьёзным соперником системы отопления. Хотя их и можно минимизировать с помощью хорошей теплоизоляции, но полностью устранить не получится.

Во втором варианте тепло может уходить из дома по разным причинам и направлениям. К ним можно отнести фундамент, полы, изначально плохо заизолированные стыки строительных конструкций, выход газовых и канализационных труб, окна и стены, вентиляция и дымоход.

Разумеется, чтобы система отопления справлялась со своей основной задачей, она должна иметь запас мощности с учётом теплопотерь. Кроме этого, мощность нужно выбирать с учётом площади помещения и его расположения в здании, а также в соответствии с другими требованиями.

Как правило, рассчитывать эти данные необходимо, начиная с каждой отдельной комнаты, после чего складывать все данные и добавлять 10% запаса для того, чтобы устройство не работало на своих пределах. При этом количество радиаторов в комнате после этого определить несложно, поскольку расчёты имеются по каждой из них.

В непрофессиональных кругах существует обобщённый метод расчёта, где на 1 кв. м помещения нужно 100 Вт тепловой энергии.

Самый примитивный способ подсчёта — использование формулы:

Q = Sх 100, где:

• Q — необходимое количество тепла для здания;
• S — площадь помещения;
• 100 — количество мощность в Вт на 1 кв. м.

Этот способ очень простой, но он не является совершенным. Стоит отметить, что такая формула применима только для комнат, где высота потолков от 2,5 до 3 м. То есть при более высокой комнате нужно формулу рассчитывать в зависимости от объёма помещения, а не от её квадратуры.

Разумеется, что рассчитывать теперь нужно, отталкиваясь от мощности на один кубический метр, а не квадратный. Таким образом, для кирпичного дома будет достаточно 34 кВт на один кубический метр, а для панельного 41 кВт.

Результат можно получить более точный, так как здесь учитываются не только размеры площади помещения, но и в определённой степени тип стен.

С другой стороны, максимальная точность определяется совсем по-другому. Связано это с упущением многих нюансов, которые влияют на теплопотери.

Особенности помещения

Вышеуказанные методы применимы только для приблизительного подсчёта. В связи с этим полностью им доверять не стоит. Даже человек, который ничего не понимает в подобных расчётах, может засомневаться в их правдоподобности. К примеру, не могут же быть одинаковые цифры для северных и южных регионов. Также стоит учитывать и количество окон, стен в комнате, которые выходят на улицу. Для комнаты, где одна стена контактирует с воздухом и имеется только одно окно, теплопотери будут выше, чем в угловом помещении с двумя окнами.

Кроме этого, важны и площадь самих окон, материал, из которых они изготовлены, и ещё другие нюансы, влияющие на теплопотери. Одним словом, учитывать при расчёте отопления помещения необходимо множество факторов. Сделать это не так сложно даже начинающему мастеру. Благодаря такому подходу теплопотери будут минимальными.

Математический подход

За основу в этом методе также можно взять соотношение 100 кВт на 1 кв. м помещения. Но сама формула будет усовершенствованной и к ней прибавится много новых дополнительных факторов и коэффициентов.

Выглядит она следующим образом:

Q = (S x 100) x А x Б x В x Г x Д x Е x Ё x Ж x З x И x Й x К.

Расшифровка значений

Кириллические буквы взяты по алфавиту и не имеют никакого отношения к математическим формулам или законам физики. Главное, правильно сделать тепловой расчёт помещения.

Можно более детально разъяснить каждую составляющую формулы:

1. 1. А — количество стен в комнате, которые контактируют с воздухом (внешние стены здания). Разумеется, что наличие внешних стен влечёт за собой тепловые потери. Кроме этого, имеются ещё и угловые комнаты, которые более уязвимы, поскольку имеют «мостики холода». Сквозь углы в помещение попадает больше холода, чем через стены. Подставлять коэффициент по этому фактору необходимо следующим образом: внешних стен нет — умножаем на 0,8, при одной — на 1, при двух — на 1,2, а при трёх — на 1,4.
2. 2. Б — расположение внешних стен относительно сторон света. Даже в условиях сильных северных холодов солнечные лучи имеют значение. Логично, что стены, которые «смотрят на юг», имеют более сильное солнечное влияние, чем стены, смотрящие на север. На последние этот фактор практически не влияет, так же как и на восточную сторону. Таким образом, коэффициент «Б» можно учитывать только тогда, когда стены развёрнуты на север или восток, умножая на 1,1. Если сторона западная или южная, то учитывать влияние солнца не нужно, то есть умножение происходит только на 1.
3. 3. В — влияние зимних ветров на теплопотери. Хотя иногда этот фактор и не имеет значения, так как дом расположен на участке с защитой от ветров, но если это не так, то нужно вносить поправку на холодную «розу ветров». Разумеется, что стена, в которую дует «в лоб» ветер, будет иметь намного больше теплопотерь, чем противоположна ей. В любом регионе существует уже составленная согласно многолетним наблюдениям так называемая роза ветров — график, который показывает направления ветра в зимнее и летнее время. Если есть необходимость в такой поправке, то нужно умножить значение на такой коэффициент: наветренная сторона — на 1,2, подветренная — на 1, а параллельная — на 1,1.
4. 4. Г — учитывание расположения дома в определённых климатических условиях. Большое значение для количества теплопотерь имеет местонахождение здания в определённых климатических условиях. Разумеется, что в зимний период показатели термометра опускаются в минус. Но для каждого региона эти показатели разные. Как правило, эти данные можно уточнить в метеослужбе, но можно сделать расчёты и самостоятельно. При этом необходимо умножать на коэффициент от 0,7 до 1,5 при средней температуре от -10 до -35 градусов.
5. 5. Д — степень утепления внутренних стен. Одним из значений теплопотерь, которое нужно учитывать при расчёте, является степень изолирования конструкций. В большей мере это относится к стенам здания. То есть их уровень термоизоляции напрямую влияет на теплопотери. Таким образом, если стены без утепления, следует умножать на 1,27, среднее качество — 1, а хорошая термоизоляция — на 0,85.
6. 6. Е — поправка на высоту потолков. Во многих зданиях потолки не имеют стандартно принятой нормы высоты в 3 метра. В связи с этим и теплопотери могут быть разные исходя из такого параметра. Его стоит также учитывать. Если высота более трех метров, требуется умножать на 1,1, от 3,6 до 4 — на 1,15, более 4 — на 1,2.
7. 7. Ё — тип пола. Это значение нужно учитывать так же, как и помещение, которое находится под ним. Пол считается одним из основных источников потерь тепла. Поэтому нужно внести некоторые коррективы. Пол без утепления и расположенный под подвальным помещением — следует умножать на 1,4, пол находится над землёй, но имеется утепление — на 1,2, под отапливаемым помещением — на 1.
8. 8. Ж — тип верхнего помещения и потолка. Как известно, тёплый воздух всегда будет подниматься в верхнюю часть помещения, и если потолок имеет свои особенности и увеличенные теплопотери, то это тоже нужно учитывать. Если сверху расположен чердак с утеплением, то умножать нужно на 0,9, а если отапливаемое помещение, то на 0,8.
9. 9. З — особенности окон. Следует учитывать и коэффициент инфильтрации здания в расчёте тепловой нагрузки. Окна являются одним из ключевых факторов при большой потере тепла. Разумеется, что в основном это зависит от качества производства самой оконной конструкции. Ранее устанавливались только деревянные конструкции, которые по степени потерь тепла значительно уступают современным стеклопакетам с несколькими камерами. Хотя и стеклопакеты бывают разные. К примеру, двухкамерные конструкции будут намного теплее однокамерных. Для учёта этого фактора следует подставлять такие значения: Деревянные окна с двойным остеклением — 1,27, однокамерные стеклопакеты — 1, двухкамерные — 0,9.
10. 10. И — общая площадь остекления. Хотя можно установить самые новые окна с 3 камерами и аргоновым покрытием, но полностью избежать потерь тепла не удастся. Для того чтобы определить это значение, необходимо сначала найти общую площадь окон с помощью формулы х = Sок / Sп. После этого, в зависимости от полученного значения, умножать его от 0,8 до 1,2.
11. 11. Й — наличие входной двери. Входная дверь или балкон также имеют большое значение для расчёта тепловой нагрузки на отопление здания. При каждом открытии в комнату поступает определённое количество холодного воздуха. Это нужно учитывать при расчётах теплопотерь. Если имеется одна дверь на улицу или на балкон, то умножать нужно на 1,3, а если две, то на 1,7.

Количество секций радиатора

После того как все данные учтены и выведено значение объёма теплопотерь, для каждой комнаты нужно правильно подсчитать количество секций радиатора для создания комфортной температуры. Для этих целей применяются разные методики. Как оказалось, посчитать расход теплоэнергии, которая уходит из помещения через разные пути, несложно.

Оптимальный вариант — это использование коэффициента площади помещения. Квадратура указана в технической документации к зданию, а требования — к количеству необходимой энергии в нормах СНиП.

Согласно таким требованиям, нужно ориентироваться на следующие показатели:

• средняя полоса России — на 1 квадрат нужно от 60 до 100 Вт;
• если области северные, то этот показатель увеличивается до 150−200 Вт.

Опираясь на эти показатели, можно рассчитать необходимое потребление энергии для каждой комнаты и количество рёбер радиатора для каждой комнаты. Сколько кВт энергии имеет одно такое ребро, указано в технической документации к батарее.

Таким образом, на отопление здания расчёт тепловой нагрузки с калькулятором сделать несложно. Его можно осуществить с помощью общих методов с использованием укрупнённых значений, а также точных математических способов. Главное, правильно подойти к задаче. Только так можно получить действительно хороший результат.

Расчет потребности в тепле | Магистр систем возобновляемой энергии и окружающей среды

Оценка потребности в тепле

На ранних стадиях планирования районной застройки, когда топология района и окончательные характеристики отдельных зданий еще не определены, расчет потребности в тепле может осуществляться упрощенными методами. ^[1] Детальное динамическое моделирование зданий выходит за рамки данного проекта, так как потребовало бы слишком много времени из-за размера изучаемой застройки и большого количества неопределенностей. Предыдущие исследовательские проекты и технико-экономические обоснования по внедрению возобновляемых источников энергии в системы местного и районного масштаба использовали карты ГИС для измерения площадей конкретных зданий, а также национальные ориентиры использования энергии (в кВтч/м 9 ). 0005 2 ), чтобы оценить годовое потребление энергии этими зданиями для отопления помещений и горячего водоснабжения. ^[2]

В этом проекте, используя имеющийся в настоящее время генеральный план участка, количество домов было принято равным 700, и был оценен спрос на 9 нежилых зданий, которые включали развлекательный центр, колледж, библиотеку и торговый центр. Жилая застройка состояла из квартир, сблокированных, отдельно стоящих и рядных домов. Для всех зданий были рассчитаны ориентировочные площади этажей.

Для оценки суточного потребления тепла использовался метод градусо-дней (ГД). Этот метод используется для анализа энергопотребления в зданиях и представляет собой сумму разностей между температурой наружного воздуха и базовой температурой за определенный период времени. Применение метода DD может помочь оценить спрос на энергию и, следовательно, выбросы углерода от отопления и охлаждения помещений для новых зданий или капитального ремонта. Однако одной из основных проблем этого метода является определение базовой температуры, которая относится к энергетическому балансу между зданием и системой отопления и делает грубые предположения о значениях годового внутреннего притока тепла. ^[3]

Для расчета потребности в отоплении помещений использовались градусо-дни отопления 2018 года для района аэропорта Глазго. Базовая температура, используемая для Великобритании, составляет 15,5°C, а это означает, что при этой температуре здания не нуждаются в дополнительном отоплении. ^[4] Это было выгодно, потому что это не только последние данные, но и представление наихудшего сценария, с которым столкнется система отопления из-за экстремальных погодных условий в Шотландии в том году. Что касается потребности в энергии для горячей воды, были сделаны разумные предположения в соответствии с использованием каждого здания в соответствии с рекомендуемыми значениями использования горячей воды Британским дипломированным институтом инженеров по обслуживанию зданий (CIBSE). ^[1]

Поскольку основное внимание в этом проекте уделяется успешной интеграции возобновляемых источников энергии, доступность которых значительно меняется со временем, в районную энергетическую систему, оценка ежедневного спроса была недостаточной. Необходимо было генерировать данные о спросе на энергию с временным разрешением (в данном случае почасовые) в соответствии с общим годовым и ежедневным спросом. ^[5]

• Для жилых зданий сначала использовался инструмент поддержки принятия решений по биомассе Carbon Trust для определения пиковых нагрузок каждого типа дома в конкретный проектный день. Затем пиковую нагрузку каждого здания делили на разницу температур между внутренней и внешней температурами здания, чтобы получить общий коэффициент тепловых потерь (кВт/К), который затем вводили в следующее уравнение для расчета потребности в тепловой энергии, используя Метод ДД: ^[3]

Потребность в тепле (кВтч) = Общий коэффициент тепловых потерь (кВт/к)*DDдней(К.день)*24(ч/день)

• Для нежилых зданий аналогичный подход использовался для создания профилей суточного потребления тепла. Тем не менее, общий коэффициент тепловых потерь каждого здания был рассчитан в соответствии со стандартом BS EN 12381-1 ^[6] , принимая разумные значения коэффициента теплопередачи для элементов каждого здания (принимая во внимание, было ли оно существующим или новым). ). Значения U после 2013 года использовались для новых нежилых зданий, запланированных для застройки Queens Quay. ^[1]

Как объяснялось выше, также требовались почасовые профили спроса для всех зданий. Таким образом, фактические данные измерений для шотландских зданий различного назначения использовались для создания почасовых временных рядов для всех зданий в застройке. ^[7] В конце концов, годовое потребление нежилых зданий было меньше или равно значениям, указанным в эталонных показателях энергии CIBSE TM46. ^[8]

Снижение потребности в тепле

Значительная часть потребления энергии и выбросов CO ₂ в Шотландии приходится на отопление и охлаждение зданий. Цель состоит в том, чтобы сократить и, в конечном счете, полностью устранить выбросы парниковых газов, связанные с производством и использованием тепла, по существу обезуглероживая системы отопления. Эффективность системы отопления здания, конструкция здания и система управления имеют большое значение для достижения оптимального теплового комфорта для жильцов и повышения общей энергоэффективности здания. ^[9]

Одной из целей программы «Энергоэффективная Шотландия» является снижение к 2032 году спроса на жилье на 15 % и спроса на нежилые помещения на 20 %. Это будет достигнуто путем проектирования новых зданий и реконструкции старых с целью сведения к минимуму потерь тепла, выбор строительной ткани и изоляции на максимально подходящем уровне. В свою очередь, это сокращение спроса на энергию уменьшит нагрузку на счета за электроэнергию для домашних хозяйств, что поможет решить проблему нехватки топлива. ^[9]

В этом исследовании стандарт энергоэффективности, используемый для снижения спроса до минимально возможного значения, называется Passivhaus Standard. Помимо высокой энергоэффективности, здания Passivhaus также доступны по цене и обеспечивают оптимальный температурный комфорт. Этим зданиям требуется только до 15 кВтч/м ² в год для отопления и охлаждения, потому что теплопотери сокращаются настолько, что отопление практически не требуется. ^[10] Кроме того, здания Passivehaus могут снизить потребность в отоплении помещений на 75% по сравнению со стандартной практикой для новостроек в Великобритании, что делает их лучшим методом сокращения выбросов парниковых газов от отопления и охлаждения зданий. ^[11]

Пакет планирования пассивного дома (PHPP) является наиболее распространенным программным обеспечением, используемым для проектирования зданий Passivhaus, однако для этого требуется подробная информация о строительных материалах, что выходит за рамки этого проекта. Поэтому для определения почасовой потребности в зданиях Passivehaus использовались расширенные опции программного обеспечения Home Energy Model (HEM), которые давали потребности в отоплении и горячей воде меньше или равные стандартам Passivhaus. Затем почасовые профили спроса базового сценария были уменьшены для каждого типа жилья, чтобы соответствовать требованиям Passivhaus. Кроме того, профили спроса на нежилые здания были сокращены на 70% на основе недавних исследований по реконструкции зданий в холодном климате. ^[12]

Результаты анализа потребности в тепле

Для сценария QQB годовая потребность в отоплении составила 19,8 ГВтч, тогда как для сценария CHV она составила всего 6,09 ГВтч в 2018 году. Внедрение методов повышения энергоэффективности в строящихся зданиях привело к общему сокращению энергопотребления примерно на 70%, что приведет к значительному сокращению выбросов углекислого газа, связанных с нагревом помещений и водой. Кроме того, следование этим методам также позволило значительно «обезуглерожить» разработку даже до интеграции источников тепла с низким содержанием углерода. Следующие инструменты и руководства использовались для проверки результатов расчетов потребности в тепле, рассчитанных для данного исследования:

• Тепловая карта Шотландии
• CIBSE TM46 ^[8]
• Энергетические характеристики домов с использованием современных методов строительства (Эдинбургский университет Нейпира) ^[13]

Потребность в тепле при разработке с низкими энергетическими характеристиками (сценарий QQB)

Потребность в тепле при застройке с высокими энергетическими характеристиками (сценарий CHV)

Ссылки

1. CIBSE – Сертифицированный институт инженеров по обслуживанию зданий (2015 г. ) Руководство A: Экологический дизайн , sl:sn
2. Методика оценки и картирования потребности в тепле в регионе Ломбардия, Италия – Северная Ирландия, Великобритания – Словения – регион Валлония, Бельгия (Проект программы «Интеллектуальная энергия – Европа» БИОЭНЕРГИС)
3. CIBSE – Сертифицированный институт инженеров по обслуживанию зданий (2006 г.) градусо-дней: теория и применение 1-е изд. Лондон: публикации CIBSE
4. BizEE (2019) Degree Days.net — Пользовательские данные о градусных днях (онлайн)]
5. Орехуниг, К. и Мавроматидис, Г. (2014) «На пути к устойчивому сообществу: анализ энергетической системы деревни в Швейцарии». Энергетика и здания Vol. 84, стр. 277-286.
6. Британский стандарт (2017) Энергетические характеристики зданий. Метод расчета расчетной тепловой нагрузки , s.l.: BSI Standards Limited.
7. ESRU – Группа исследования энергетических систем (2012 г.) Общие профили (онлайн) Доступно по адресу: http://www.esru.strath.ac.uk/Downloads/downloads.htm#Other (по состоянию на 10 ^th , март 2019 г.)
8. CIBSE – Сертифицированный институт инженеров по обслуживанию зданий (2008 г.) TM46: Контрольные показатели энергопотребления
9. Правительство Шотландии (2018) Energy Efficiency [Online]Доступно по адресу: https://www.gov.scot/policies/energy-efficiency/decarbonising-heat/[Доступ осуществлялся в марте 2019 г. ].
10. Passipedia (2019) Что такое пассивный дом? [В сети] Доступно по адресу: https://passipedia.org/basics/what_is_a_passive_house[По состоянию на апрель 2019 г.].
11. Passivhaus Trust (nd) Что такое Passivhaus? [В сети] Доступно по адресу: http://www.passivhaustrust.org.uk/what_is_passivhaus.php [По состоянию на февраль 2019 г.].
12. Ле Гуэн, М., Моска, Л. и др., e. (2017) «Достижение энергетической устойчивости в районах будущего за счет реконструкции зданий и концепции энергетического центра: тематическое исследование в Хемберге, Швейцария». Energy Procedia Том 122, стр. 265-270.
13. Карри, П.Дж. и Брос-Уильямсон, Дж. (2015) Энергетические характеристики домов с использованием современных методов строительства . Эдинбург, Шотландия: Эдинбургский университет Нейпира

Иллюстрация застройки Queen’s Quay от ADF Architects

Факультет машиностроения и аэрокосмической техники
University of Strathclyde
16 Richmond Street
Glasgow G1 1XQ

Проектная группа

Управление энергетической информации США — EIA

CBECS 2012 — Дата выпуска: 18 марта 2016 г.

2012 CBECS

природный газ, мазут и централизованное теплоснабжение используются для десяти конечных целей: отопление помещений, охлаждение, вентиляция, нагрев воды, освещение, приготовление пищи, охлаждение, вычислительная техника (включая серверы), офисное оборудование и другие виды использования.

Хотя детали различаются в зависимости от источника энергии, процесс оценки конечного использования состоит из трех основных этапов:

• Инженерное моделирование по конечному использованию,
• Поперечные регрессии для калибровки инженерных оценок и учета дополнительного энергопотребления, а также
• Согласование оценок конечного использования с общим энергопотреблением здания CBECS.

Инженерные модели конечного использования

Инженерные модели конечного использования составляют основу процедуры оценки конечного использования. Источниками инженерных уравнений были ASHRAE, Общество светотехнической инженерии Северной Америки (IESNA) и другие стандартные инженерные справочники. Актуальные значения параметров взяты из этих справочников и крупномасштабных полевых исследований коммерческих зданий.

Отопление и охлаждение помещений . На ранних стадиях моделей отопления и охлаждения оценивается общая энергия, необходимая или ожидаемая для отопления и охлаждения в здании. В моделях учитываются теплопотери (или прирост) здания в зависимости от средневзвешенной теплопроводности здания и годовых градусо-дней отопления (или охлаждения) на основе тепловых свойств материалов крыши и стен. Кроме того, модели учитывают теплопотери (или приток) через вентиляцию в зависимости от объема наружного воздуха, поступающего в здание каждый день, разницы температур между наружным и внутренним воздухом и теплоемкости воздуха. После оценки общей энергии, необходимой для нагрева и охлаждения, количество каждого конкретного вида топлива, используемого для нагрева и охлаждения, моделируется с использованием информации CBECS об используемом топливе, типе оборудования, средних оценках эффективности оборудования и предполагаемом проценте нагретого или охлаждаемая площадь пола.

Вентиляция. Инженерная модель вентиляции оценивает потребление энергии приточным и возвратным вентилятором. Для оценки общего объема вентиляционного воздуха модель опирается на объемы внешней вентиляции. Модель учитывает различия в статическом давлении в зависимости от типа системы и площади здания. Типичные метеорологические годовые данные помогли разработать оценки переменных коэффициентов энергии объема воздуха по климатическим зонам.

Водяное отопление.  В модели водяного отопления используются показатели активности и размера здания из интервью CBECS для оценки количества горячей воды, необходимой в здании. Температура грунтовых вод и КПД системы водонагревательного оборудования используются для преобразования этой оценки в общую потребляемую энергию. Чтобы учесть различия в потреблении энергии по типу системы, в модели используются индикаторы типа оборудования и того, подается ли вода типами мгновенного нагрева, чтобы определить, используются ли аккумулирование и распределение. Дополнительное потребление энергии оценивается в системах с бустерными водонагревателями, которые работают при высоких температурах.

Освещение. Модель освещения оценивает потребление электроэнергии от внутреннего и внешнего освещения для всех типов зданий. Модель рассчитывает энергопотребление как коэффициент средней мощности лампы на единицу площади и среднегодовые часы работы. Часть внутреннего освещения зависит от информации от CBECS о процентной доле площади, освещенной каждым типом ламп, и часах работы здания. Модель предполагает среднюю эффективность системы ламп (люмен на ватт) для каждого типа ламп и рекомендуемые средние уровни освещенности по типам зданий.

Кулинария. Модель приготовления пищи оценивает потребление энергии для приготовления пищи на природном газе и электричестве. Коммерческие кухни могут быть самыми разнообразными по своему устройству, но CBECS собирает ограниченную информацию о типах и количестве кухонного оборудования, используемого в коммерческих зданиях. Несмотря на то, что существует несколько исследований коммерческого потребления энергии для приготовления пищи, Калифорнийское исследование коммерческого конечного использования 2005 года (CEuS), спонсируемое Калифорнийской энергетической комиссией ( Калифорнийское коммерческое исследование конечного использования . ЦИК-400-2006-005. Sacramento, CA: CEC, 2006) дает оценку условной интенсивности. Настоящая модель сочетает в себе интенсивность CEuS вместе с информацией CBECS о площади пола и показателями CBECS использования топлива для приготовления пищи. Количество мазута и централизованного теплоснабжения, используемого для приготовления пищи, оценивалось с использованием показателей интенсивности конечного использования CBECS 2003 года.

Холодильное оборудование.  Модель охлаждения рассчитывает потребление электроэнергии для коммерческого охлаждения. CBECS собирает информацию о количестве, но не о размере холодильников, используемых в коммерческих зданиях. Модель включает информацию CBECS о количестве холодильников и типе здания, но для оценки потребления холода в основном опирается на оценки интенсивности конечного использования CEuS по типу здания.

Офисное оборудование и вычислительная техника. Модель офисного оборудования оценивает потребление электроэнергии офисным оборудованием для всех типов зданий. Модель разделяет потребление электроэнергии офисным оборудованием на две составляющие: компьютерное оборудование и другие офисные электрические нагрузки. К компьютерному оборудованию относятся ПК, ноутбуки, мониторы, серверы и центры обработки данных. К некомпьютерному оборудованию относятся копировальные аппараты, принтеры, факсимильные аппараты, кассовые аппараты и видеодисплеи.

Другое.  Модель различных видов использования электроэнергии основана на инженерных оценках. Поскольку многие типы оборудования используют электричество, CBECS прямо не спрашивает, используется ли электричество для неуказанных «других» видов использования электричества. Таким образом, инженерная модель оценивает «другое» потребление электроэнергии путем применения интенсивности CEuS для прочего, технологического оборудования, двигателей и воздушных компрессоров к площади пола CBECS. Затем эти оценки были скорректированы с учетом количества месяцев эксплуатации здания в году. Поскольку центральное тепло в основном используется для отопления, нагрева воды, охлаждения и приготовления пищи, которые были специально смоделированы, а также с учетом относительно небольшого числа случаев и отсутствия информации, районная модель не рассчитывает «прочие» виды потребления. Для мазута и природного газа модель использования других видов энергии основана на регрессионных оценках.

Поперечные регрессии Модели поперечной регрессии использовались для калибровки инженерных оценок. Регрессионные модели поперечного сечения соответствовали потреблению на квадратный фут в качестве зависимой переменной, а независимые переменные были определены на соответствующей шкале. Помимо инженерных оценок, независимые переменные могут включать фиктивные переменные для наличия энергоемкого оборудования или процессов, таких как топливо, используемое для производства или производства электроэнергии. Были определены дополнительные фиктивные переменные, указывающие на то, что какое-то другое топливо использовалось в качестве вторичного источника тепла в здании.

Окончательное согласование
Для зданий с известным потреблением определенного топлива было рассчитано соотношение между этим потреблением и суммой смоделированных оценок конечного потребления этого топлива, и этот коэффициент согласования был применен к смоделированным оценкам конечного использования, чтобы гарантировать, что эти оценки суммируются. к общему заявленному потреблению.

Для зданий, где общее потребление электроэнергии или природного газа было неизвестно, необходимо было условно определить это потребление. Смоделированные виды конечного использования использовались в качестве основы для этого вменения. Поскольку для этих зданий нельзя было рассчитать коэффициент согласования, здания с известным потреблением были сгруппированы в соответствии с основной строительной деятельностью. Медианный коэффициент согласования для каждой группы деятельности был рассчитан и применен к зданиям с неизвестным потреблением в этой группе, чтобы получить окончательную расчетную оценку потребления. Аналогичный процесс использовался для мазута и централизованного теплоснабжения, за исключением того, что группы были сформированы с использованием других переменных, чтобы учесть меньший размер выборки зданий, использующих эти виды топлива.

2003 CBECS

В таблицах конечного потребления энергии за 2003 г. (подробные таблицы E1-E11 и E1A-E11A) представлены оценки количества электроэнергии, природного газа, мазута и централизованного теплоснабжения, использованного для десяти видов конечного использования: отопление, охлаждение, вентиляция, нагрев воды, освещение, приготовление пищи, охлаждение, персональные компьютеры, офисное оборудование (включая серверы) и другие виды использования.

Хотя детали различаются в зависимости от источника энергии (таблица 1), процесс оценки конечного использования состоит из четырех основных этапов:

• Регрессия месячного потребления в градусо-днях для определения эталонных температур для инженерных моделей,
• Инженерное моделирование по конечному использованию,
• Поперечные регрессии для калибровки инженерных оценок и учета дополнительного энергопотребления, а также
• Согласование оценок конечного использования с общим энергопотреблением здания CBECS.

Таблица 1. Сводка шагов по оценке конечного потребления по источникам энергии, CBECS, 2003 г.

Шаги	Электричество	Природный газ	Мазут	Централизованное теплоснабжение
Ежемесячные регрессии	Выполнено с использованием данных 1500 зданий	Выполнено с использованием данных 1000 зданий	Данные за месяц недоступны, результаты использования природного газа
Инженерные модели	Предназначен для всех видов конечного использования	Предназначен для всех видов конечного использования, кроме вторичного отопления, приготовления пищи и «других» применений		Указано для всех соответствующих конечных применений
Поперечные регрессии	Не выполнено	Выполнено		Не выполнено
Согласование и пропорция	Ежемесячные результаты регрессии используются для корректировки отопления и охлаждения, а затем распределяются пропорционально	Пропорционально соответствует общему энергопотреблению здания

Ежемесячные регрессии

Ежемесячные данные о потреблении и данные о градусо-днях были доступны примерно для 1500 зданий для электричества и 1000 зданий для природного газа3 в выборке 203. Эти данные позволяют проанализировать зависимость потребления от температуры. Условия градусо-дня были рассчитаны для периодов, определяемых фактическими датами снятия показаний счетчика каждый месяц для каждого случая. Результаты анализа определяют соответствующие базы градусо-дней для моделирования использования энергии для отопления и охлаждения. Медианные оценочные эталонные температуры служат входными данными для инженерных моделей во всех случаях.

Инженерные модели конечного использования

Инженерные модели конечного использования составляют основу процедуры оценки конечного использования. Источниками инженерных уравнений были ASHRAE, Общество светотехнической инженерии Северной Америки (IESNA) и другие стандартные инженерные справочники. Значения параметров взяты из этих справочников и из крупномасштабных полевых исследований коммерческих зданий.

Отопление и охлаждение помещений. Модели отопления и охлаждения оценивают потребление энергии системами отопления (первичными и вторичными) и системами охлаждения для всех источников энергии. В моделях учитываются теплопотери (или прирост) здания в зависимости от средневзвешенной теплопроводности здания и градусо-дней нагрева (или охлаждения). Модель учитывает теплопотери (или приток) через вентиляцию в зависимости от объема наружного воздуха, поступающего в здание каждый день, разницы температур между наружным и внутренним воздухом и теплоемкости воздуха. Начиная с информации CBECS о типе оборудования и оценочной доле отапливаемой или охлаждаемой площади, модель опирается на средние оценки эффективности оборудования и на расчеты кондуктивных и вентиляционных потерь (или выигрышей).

Вентиляция. Инженерная модель вентиляции оценивает потребление энергии приточным и возвратным вентилятором. Для оценки общего объема вентиляционного воздуха модель опирается на объемы внешней вентиляции. Модель учитывает различия в статическом давлении в зависимости от типа системы и площади здания. Типичные метеорологические годовые данные помогли разработать оценки переменных коэффициентов энергии объема воздуха по климатическим зонам.

Водяное отопление. Модель нагрева воды использует эффективность системы для преобразования нагрузки по нагреву воды в общую потребляемую энергию, где нагрузка представляет собой количество энергии, необходимое для нагрева заданного количества воды до заданной температуры. Дополнительная энергия используется в системах, распределяющих горячую воду по всему зданию, или в системах с накопительными баками. Чтобы учесть различия в потреблении энергии по типу системы, в модели используются индикаторы типа оборудования и того, подается ли вода типами мгновенного нагрева, чтобы определить, используются ли аккумулирование и распределение.

Освещение. Модель освещения оценивает потребление электроэнергии от внутреннего и внешнего освещения для всех типов зданий. Модель рассчитывает энергопотребление как коэффициент средней мощности лампы на единицу площади и среднегодовые часы работы. Часть внутреннего освещения зависит от информации от CBECS о процентной доле площади, освещенной каждым типом ламп, и часах работы здания. Модель предполагает среднюю эффективность системы ламп (люмен на ватт) для каждого типа ламп и рекомендуемые средние уровни освещенности по типам зданий.

Офисное оборудование. Модель офиса оценивает потребление электроэнергии оргтехникой для всех типов зданий. Модель делит потребление электроэнергии оргтехникой на четыре составляющие. Одно подразделение разделяет использование офисного электричества на компьютерное оборудование и другие офисные электрические нагрузки. К компьютерному оборудованию относятся ПК, мониторы и принтеры. К некомпьютерному оборудованию относятся копировальные аппараты, факсы, кассовые аппараты и серверы. Другое подразделение отделяет офисное электричество, используемое во время работы здания, от электричества, используемого в нерабочее время здания.

Кулинария . Модель оценивает потребление энергии для приготовления пищи для централизованного теплоснабжения и электричества. Коммерческие кухни могут быть самыми разнообразными по своему устройству, но CBECS собирает ограниченную информацию о типах и количестве кухонного оборудования, используемого в коммерческих зданиях. Несмотря на то, что существует несколько исследований коммерческого потребления энергии для приготовления пищи, Калифорнийское исследование коммерческого конечного использования 2005 года (CEuS), спонсируемое Калифорнийской энергетической комиссией ( Калифорнийское коммерческое исследование конечного использования . ЦИК-400-2006-005. Sacramento, CA: CEC, 2006) дает оценку условной интенсивности. Настоящая модель сочетает в себе интенсивность CEuS вместе с информацией CBECS о площади пола и показателями CBECS использования топлива для приготовления пищи. Регрессионные модели поперечного сечения используются для оценки приготовления пищи на мазуте и природном газе.

Охлаждение . Модель охлаждения рассчитывает потребление электроэнергии для коммерческого охлаждения. CBECS собирает информацию о количестве, но не о размере холодильников, используемых в коммерческих зданиях. Модель включает информацию CBECS о количестве холодильников и типе здания, но для оценки потребления холода опирается преимущественно на оценки интенсивности конечного использования CEuS по типу здания.

Другое. Модели электроснабжения и централизованного теплоснабжения основаны на инженерных оценках. Поскольку многие типы оборудования используют электричество, CBECS прямо не спрашивает, используется ли электричество для неуказанных «других» видов использования электричества. Таким образом, инженерная модель оценивает «другое» потребление электроэнергии путем применения интенсивности CEuS для прочего, технологического оборудования, двигателей и воздушных компрессоров к площади пола CBECS. Затем эти оценки были скорректированы с учетом количества месяцев эксплуатации здания в году. Поскольку центральное тепло в основном используется для отопления, нагрева воды, охлаждения и приготовления пищи, которые были специально смоделированы, а также с учетом относительно небольшого числа случаев и отсутствия информации, районная модель не рассчитывает «прочие» виды потребления. Для мазута и природного газа модель использования других видов энергии основана на регрессионных оценках.

Регрессии поперечного сечения

Модели регрессии поперечного сечения использовались для калибровки инженерных оценок природного газа и мазута. Регрессионные модели поперечного сечения для природного газа были согласованы с потреблением на квадратный фут в качестве зависимой переменной, а независимые переменные были определены в соответствующем масштабе. Помимо инженерных оценок, независимые переменные включали фиктивные переменные для наличия прачечной, чистящих средств или центральной установки, а также для указания на использование природного газа для производства или производства электроэнергии. Были определены дополнительные фиктивные переменные, чтобы указать, используется ли природный газ или какое-либо другое топливо в качестве вторичного источника тепла в здании.

Регрессионные модели поперечного сечения мазута соответствовали потреблению CBECS на квадратный фут в качестве зависимой переменной. Независимые переменные, определенные в соответствующей шкале, включали инженерные оценки и фиктивные переменные для наличия центрального завода или использования мазута для производства или производства электроэнергии. Были определены дополнительные фиктивные переменные, чтобы указать, используется ли мазут или какой-либо другой источник энергии в качестве вторичного источника тепла в здании.

Окончательная сверка

Для электроэнергии сверка с общим потреблением проходила в два этапа. Во-первых, ежемесячные результаты модели использовались для получения приблизительных оценок годового использования тепла и охлаждения. Для каждого случая с месячными регрессионными оценками было рассчитано отношение этой оценки нагрева или охлаждения к соответствующей предварительной инженерной оценке. Затем медианные отношения были пересмотрены по размеру здания, активности и возрасту, а также по климатической зоне. Поскольку результаты показали определенную вариацию по климатическим зонам, для корректировки инженерных расчетов по первичному электрическому нагреву и электрическому охлаждению для всех случаев использовались медианные отношения. Во-вторых, скорректированные инженерные оценки были пропорциональны оценке CBECS общего потребления электроэнергии в здании.

Для природного газа и мазута скорректированные инженерные расчеты были пропорциональны общему потреблению здания. Для централизованного теплоснабжения инженерные оценки были пропорциональны общему потреблению здания.

1999 CBECS

Оценки конечного потребления за 1999 год отсутствуют. природного газа и электроэнергии, используемых специально для девяти конечных целей: отопление помещений, охлаждение, вентиляция, подогрев воды, освещение, приготовление пищи, охлаждение, офисное оборудование и другие.

Оценки конечного использования были рассчитаны с использованием двух основных источников данных: (1) данных обследования, собранных CBECS, и (2) моделирования энергопотребления здания, предоставленного системой Facility Energy Decision Screening (FEDS). CBECS предоставил данные о характеристиках зданий и общем потреблении энергии (т. е. для всех видов конечного использования) для национальной выборки коммерческих зданий. используя данные, собранные CBECS, инженерные модули FEDS использовались для получения оценок потребления энергии по конечному использованию. Затем инженерные оценки FEDS были статистически скорректированы для соответствия общему энергопотреблению CBECS.

В этом разделе кратко описывается методология оценки нагрузки FEDS, процедура статистической корректировки и оставшиеся шаги, необходимые для получения окончательных оценок конечного использования.

Проверка решения об энергопотреблении объекта Инженерные оценки

Данные о потреблении энергии, предоставляемые поставщиками энергии, охватывают все виды конечного использования в коммерческих зданиях. Общее потребление энергии может быть разбито на конечное потребление несколькими подходами: инженерным моделированием, статистическим моделированием или гибридным подходом, известным как инженерно-статистический подход (SAE). Оценки конечного использования CBECS были разработаны с использованием подхода SAE, при этом система FEDS предоставила первоначальные инженерные оценки.

Программное обеспечение FEDS было разработано для США. Федеральная программа управления энергопотреблением Министерства энергетики и США. Лаборатория армейских строительных инженерных исследований в качестве инструмента для проверки групп зданий на федеральных объектах (например, армейских базах) на предмет модернизации с целью повышения энергоэффективности. Инженерные модули, которые оценивают энергетическую нагрузку, подлежащую оптимизации модернизации, являются одними из серии хорошо известных моделей энергетического моделирования зданий, включающих DOE-2 и ASEAM. FEDS использует высокоуровневую информацию об установке (количество, возраст, размер и типы зданий и энергетических систем), внутреннюю базу данных типовых конфигураций энергетических систем и данные о производительности, а также сложные модели энергетического моделирования и оптимизации для оценки чистого текущего стоимость потенциальных энергомодернизаций на федеральных установках.

Инженерные модели FEDS предназначены для получения оценок для пяти видов конечного использования: отопление помещений, охлаждение, вентиляция, освещение и нагрев воды. Два других конечных использования, приготовление пищи и охлаждение, также рассчитываются внутри модели, хотя они не являются частью обычных выходных данных FEDS. Эти семь видов конечного использования плюс «другое» конечное использование представляют собой учет FEDS для общего конечного использования здания. В модели FEDS не были представлены оценки энергопотребления офисного оборудования.

Оценки для первых пяти конечных пользователей основаны на детальном инженерном моделировании зданий. Оценки для последних двух основаны на параметрах, разработанных в рамках Региональной программы мониторинга конечного использования (REMP), ранее известной как исследование Программы оценки конечного использования и потребителей (ELCAP). REMP был крупным проектом по мониторингу конечного использования, спонсируемым Управлением энергетики Бонневилля. Поскольку он был разработан для использования на объектах, необходимо ввести только общее описание здания, чтобы энергетические нагрузки здания можно было оценить в интерактивном режиме, опираясь на обширный ряд внутренних значений по умолчанию. Некоторые из этих значений по умолчанию были основаны на данных предыдущего CBECS, но многие были основаны на исследовании REMP. Для использования с CBECS интерфейс FEDS был изменен с интерактивного на пакетный, при этом данные опроса CBECS предоставляли как можно больше значений.

Помимо значений, относящихся к характеристикам здания, для инженерных расчетов также требовались почасовые профили погоды. Для каждого календарного месяца рассчитывались и вводились в модель средние значения температуры, влажности и облачности в каждый час суток.

Статистически скорректированные инженерные оценки

Оценки FEDS были основаны только на характеристиках здания и погоде. На этапе статистически скорректированного проектирования (SAE) инженерные оценки были изменены, чтобы соответствовать наблюдаемым данным о потреблении CBECS. Основная идея метода SAE проста. Пусть euibfu — потребление конечного использования на квадратный фут, оцененное по модели FEDS для здания b , топлива f и конечного использования u , и пусть eui _bf — общее потребление энергии (от опрос поставщиков энергии CBECS) за квадратный фут для здания b и топлива f . Затем набор коэффициентов afu можно оценить статистически, т. е. с помощью множественной регрессии, так что:

Коэффициенты корректируют инженерные оценки FEDS в сторону повышения или понижения, чтобы они соответствовали отчетному потреблению энергии. eûi _bf называются оценками SAE. Если каждое оценочное значение a _fu равно единице, eui совпадают с рассчитанными в инженерной модели. Значение, отличное от единицы, может отражать множество факторов. Модель FEDS предполагала значения для ряда инженерных переменных на основе типичного или среднего здания. Если характеристики в пределах выборочных зданий в среднем отличаются от предполагаемых значений, то фактические eui будут отличаться от технических eui .

Основное уравнение SAE, приведенное выше, предполагает, что инженерные оценки имеют постоянную погрешность. Однако предположение о постоянном смещении может быть неуместным. Смещение может варьироваться по ряду параметров. Тип здания, возраст здания, плотность населения и наличие энергоемкой деятельности в здании были некоторыми из переменных, исследованных для изучения моделей предвзятости. Для учета этих элементов было разработано нелинейное уравнение SAE. Нелинейная структура обеспечила большую гибкость в том, как переменные, такие как возраст здания и плотность занятости, могли взаимодействовать с инженерными оценками конечного потребления. Уравнения SAE оценивались отдельно для электроэнергии, природного газа, мазута и централизованного теплоснабжения.

Окончательные оценки конечного использования

Поскольку процедура SAE калибровала инженерные оценки по отчетным данным для совокупностей зданий, оценки SAE для отдельных зданий все еще могут отличаться от значений в мастер-файле CBECS. Для окончательных оценок конечного использования значение в мастер-файле CBECS (независимо от того, было ли оно сообщено или рассчитано) было пропорционально оценкам SAE.