Отопление жилых зданий: Отопление жилых зданий — Стандарт Климат

Содержание

Отопление жилых помещений и общественных зданий


Главная > Отопление жилых помещений и общественных зданий
Отопление помещений жилых и общественных зданий будет наиболее экономически эффективным при использовании воздушного отопления. Каждое помещение требует индивидуального подхода для реализации системы отопления с минимальными затратами, максимальной экономичностью и оптимальной функциональностью. Наша компания осуществляет проектирование систем, монтаж оборудования, наладку, запуск и обслуживание систем отопления помещений для любых объектов. Мы устанавливаем системы отопления в таких помещениях, как магазины, бары, рестораны, торговые центры, залы, клубы, кафе, кинотеатры, спортивные сооружения (например бассейны), а также в любых жилых помещениях. Во всех помещениях климатическая система прежде всего должна выполнять три главные функции: • вентиляции – это подача свежего воздуха, очищенного от пыли, а так же удаление отработанного воздуха; • отопления – подогрев воздуха до комнатной (заданной) температуры; • кондиционирования – охлаждение воздуха до комфортной (заданной) температуры.
Воздушное отопление помещений
и общественных зданий в сочетании с вентиляцией и кондиционированием – наиболее рациональная и универсальная система. В этом случае на вход газового (жидкотопливного или электрического) воздухонагревателя подаётся смесь свежего (предварительно очищенного) и рециркуляционного воздуха. Там она нагревается, примерно до температуры 40°С, и раздаётся по системе воздуховодов во все помещения. Сразу за воздухонагревателем в воздуховод врезается испарительный блок кондиционера, который в летнее время охлаждает воздух для всего коттеджа. Установив, в воздуховоде увлажнитель воздуха легко создать климат, как с заданной температурой, так и заданной влажностью. Благодаря различным системам управления, печи воздушного отопления имеют возможность автоматически поддерживать заданную температуру в помещении в разные периоды суток (суточная программа) и по дням недели (недельная программа). Такую систему отличает относительно невысокая стоимость и очень малая инерционность. В помещение поступает только очищенный через специальные фильтры воздух. Автоматический контроль температуры и влажности в помещениях осуществляет переход системы с режима отопления в режим кондиционирования не ощутимо для человека. Универсальность такой системы, ее стоимость и надежность стали определяющими факторами в строительных компаниях США и Канады, где 80% домов и квартир оборудованы центральным воздушным отоплением и центральным кондиционированием.
Отопление дома Отопление производственных помещений

Характерные ошибки при проектировании инженерных систем: отопление многоэтажных жилых зданий :: Инженерные системы :: Статьи :: Сибирское Инженерное Бюро

 В настоящее время проекты многоэтажных жилых зданий массовых серий предусматривают, как правило, системы отопления двух типов. Это либо вертикальные однотрубные системы, либо вертикальные двухтрубные с балансировкой и термостатами. И та, и другая система имеют право на жизнь. Плюсы и минусы этих систем давно и хорошо известны.

В однотрубной системе наличие смещенного замыкающего участка обеспечивает «защиту от дурака»: при несанкционированной замене отопительных приборов с сохранением смещенного замыкающего участка минимизируется отрицательное влияние на другие приборы этого же стояка. Проблема в том, что при такой замене отопительных приборов некоторые жильцы одновременно устанавливают шаровые краны на замыкающем участке, чтобы увеличить затекание в отопительный прибор. В этом случае стояк перекрывается целиком, что отрицательным образом отражается на его работе.

Двухтрубная система также не защищена от вмешательства в ее работу при несанкционированном ремонте. В случае, если такое вмешательство нельзя исключить, предпочтительно использовать двухтрубную систему отопления с верхней разводкой («с верхним розливом»).

В настоящее время производители предлагают конвекторы со встроенными термостатами. Если проектом предусмотрено использование именно таких отопительных приборов, то шансы на то, что предусмотренные проектом термостаты не будут установлены, существенно уменьшаются. Эта проблема существенна – достаточно часто термостаты, предусмотренные проектом, фактически не устанавливаются.

Имеют место случаи, когда экономия денежных средств осуществляется за счет отказа от балансировки систем. Некоторые проектировщики считают, что балансировки на отдельной ветке, на гребенке достаточно, и не предусматривают балансировки на стояках. 

Балансировка на стояках необходима, более того, при использовании термостатов на отопительных приборах балансировка стояков должна быть автоматической.

Часто встречаются ошибки, связанные с неправильным подбором балансировочных пар. Проектировщики пользуются рекомендациями фирмы-производителя, подбор балансировочных пар осуществляется по диаметру стояка или на калибр меньше диаметра стояка. Дальнейший подбор балансировочных пар и их наладка зачастую не осуществляется. В результате такого упрощенного подбора оборудования и отсутствия его дальнейшей наладки система отопления не функционирует должным образом.

Проблема несоответствия реализованных на объекте технических решений проекту в настоящее время приобретает особую актуальность в связи с большими объемами капитального ремонта жилых зданий. Здесь могут возникать самые неожиданные ситуации: известны случаи, когда из-за того, что некоторые жильцы наотрез отказывались предоставлять доступ в свою квартиру, в здании часть стояков была реконструирована в связи с переходом на двухтрубную систему отопления, а часть стояков осталась старой с присоединением отопительных приборов по однотрубной схеме. Разумеется, в таких случаях говорить о нормальной регулировке, нормальной работе системы отопления не приходится. В результате таких вынужденных «ошибок» никакой экономии энергии после капитального ремонта не достигается; более того, при определенных условиях расход тепловой энергии может даже возрасти.

В настоящее время наиболее защищенными от ошибок при проектировании, монтаже, а также от несанкционированных переделок жильцами при ремонте зарекомендовали себя горизонтальные поквартирные системы отопления с разводкой трубами, изготовленными из термостойких полимерных материалов, в первую очередь, из сшитого полиэтилена. Такие системы имеют целый ряд преимуществ, о которых не раз упоминалось со страниц нашего журнала (см., например, статью «Опыт проектирования и эксплуатации поквартирных систем отопления высотных жилых зданий», опубликованную в журнале «АВОК», 2005, № 6). Кроме всего прочего, эти системы позволяют при дальнейшей эксплуатации избежать негативных моментов, с которыми приходится сталкиваться при капитальном ремонте. Внутри квартир разводка выполняется из труб, срок службы которых достаточно велик (50 лет и даже более), а присоединения к вертикальным стоякам и сами вертикальные стояки из стальных труб располагаются в доступном независимо от капризов жильцов месте, например, в межквартирном коридоре. Для этого необходимо пробурить отверстия под стояки, сделать штрабы в полу, по которым завести петли в квартиру; другой вариант – пустить петли под потолком коридора. Какое-то решение, позволяющее организовать поквартирное подключение отопления, можно найти всегда. Замена же одной системы с вертикальными стояками, выполненными из стальных труб и расположенными в квартирах, на другую систему с таким же расположением стояков создает предпосылки к тому, что при следующем плановом ремонте опять какая-то часть жильцов не будет пускать ремонтников в свои квартиры, в результате чего снова некоторое количество систем не будет отремонтировано и т. д. При поквартирных системах при нежелании жильцов делать ремонт проблемная квартира просто обходится, интересы жильцов других квартир никак при этом не ущемляются, конфликтные ситуации на этой почве не возникают. Даже с учетом того, что в данный момент разница между стоимостью стальных труб и труб из сшитого полиэтилена вновь несколько выросла, применение последних все равно более выгодно из-за гораздо большего срока службы.

Как правило, в настоящее время новые жилые здания оборудуются встроенными тепловыми пунктами. Такое техническое решение имеет много преимуществ. Однако следует иметь в виду, что тепловые пункты бывают разного типа. Есть тепловые пункты блочные, есть наборные, и подходы к проектированию зданий с разными типами тепловых пунктов также различаются. Другими словами, 

можно заложить в проект хороший тепловой пункт, но если при этом система отопления здания не запроектирована должным образом, тепловой пункт не будет работать эффективно. Такое же положение имеет место и при капитальном ремонте.

А. Н. Колубков,
  Н. В. Шилкин

Источник: цикл публикаций, рассматривающих наиболее характерные нерациональные, малоэффективные, не соотносящиеся с действующими нормативными документами решения при проектировании инженерных систем жилых и общественных зданий, и размещенных на сайте www.abok.ru


P.S.: Компания «Сибирское инженерное бюро» (г. Новосибирск) входит в число лидеров регионального рынка инженерии и оказывает полный спектр услуг от проектирования и монтажа инженерных систем до сервиса и аудита. Компания берется за объекты всех уровней сложности: от административных и жилых зданий (в том числе индивидуальных жилых домов, коттеджей) до заводов и торгово-выставочных центров. Помимо проектирования, монтажа и сервисного обслуживания, компания занимается поставками современного инженерного оборудования (теплообменники, расходомеры, приборы учета, кондиционеры и пр). География поставок очень обширна: от Новосибирска до регионов Крайнего Севера (Якутия, Ямало-Ненецкий АО и пр.).

Отопление и вентиляция жилых и общественных зданий (Реферат)

Содержание:

1.Исходные данные 2

2.Выбор параметров наружного воздуха 3

3.Расчет параметров внутреннего воздуха 4

4.Определение количества вредностей, поступающих в помещение 5

4.1. Расчет теплопоступлений 5

4.1.1. Теплопоступления от людей 5

4.1.2. Теплопоступления от источников солнечного освещения 5

4.1.3. Теплопоступления за счет солнечной радиации 6

4.2. Расчет влаговыделений в помещении 9

4.3. Расчет выделения углекислого газа от людей 10

4.4. Составление сводной таблицы вредностей 10

5. Расчет воздухообменов 11

5.1. Воздухообмен по нормативной кратности 11

5.2. Воздухообмен по людям 11

5.3. Воздухообмен по углекислому газу. 11

5.4. Воздухообмен по избыткам тепла и влаги 12

5.4.1. Воздухообмен по избыткам тепла и влаги теплый период года 12

5.4.2. Воздухообмен по избыткам тепла и влаги в переходный период года. 15

5.4.3. Воздухообмен по избыткам тепла и влаги в зимний период года. 17

5.5. Расчет воздухообмена по нормативной кратности и составление воздушного баланса для всего здания 19

6.Расчет воздухораспределения. 20

7.Аэродинамический расчет воздуховодов 22

8.Выбор решеток 28

9.Расчет калорифера 29

10.Подбор фильтров 30

11.Подбор вентиляторных установок 31

12.Аккустический расчет 32

13.Список используемой литературы 34

1.Исходные данные

В качестве объекта для проектирования предложено здание ВУЗа в городе Томске, в котором предусмотрена приточно-вытяжная вентиляция с механическим и естественным побуждением.

Время работы с 9 до 19 часов.

В качестве теплоносителя предложена вода с параметрами 130/70 C

Освещение – люминесцентное.

Стены из обыкновенного кирпича толщиной в 2,5 кирпича; R0=1,52 m2K/Вт

Покрытие —  = 0,45 м; R0=1,75 m2K/Вт; D=4,4; =29,7

Остекление – одинарное в деревянных переплетах с внутренним затенением из светлой ткани, R0=0,17 m2K/Вт

Экспликация помещений:

  1. Аудитория на 200 мест

  2. Коридор

  3. Санузел на 4 прибора

  4. Курительная

  5. Фотолаборатория

  6. Моечная при лабораториях

  7. Лаборатория (на 15 мест) с 4 шкафами размером 800x600x1200

  8. Книгохранилище

  9. Аудитория на 50 мест

  10. Гардероб

2.Выбор параметров наружного воздуха

Расчетные параметры наружного воздуха, а также географическая широта и барометрическое давление принимаются по прил. 7[1] в зависимости от положения объекта строительства для теплого и холодного периодов года. Выбор расчетных параметров наружного воздуха производим в соответствии с п.2.14.[1], а именно: для холодного периода – по параметрам Б, для теплого – по параметрам А.

В переходный период параметры принимаем в соответствии с п.2.17[1] при температуре 80С и энтальпии I=22,5 кДж/кг.св.

Все данные сводим в табл. 3.1

Расчетные параметры наружного воздуха

Таблица 3.1

Наименование помещения, город, географическая широта

Период года

Параметр А

Параметр Б

В,

м/с

P ,

КПа

A ,

град

tн,

0C

I,

кДж/кг.св

,

%

d,

г/ кг.св.

tн,

0C

I,

кДж/кг.св.

,

%

d,

г/ кг.св.

Аудитория на 200 чел. Томск, 560 с.ш.

Т

21,7

79

70

11

3

99

11

П

8

22,5

80

5,5

3

99

11

Х

3

99

11

3.Расчет параметров внутреннего воздуха

Для вентиляции используются допустимые значения параметров внутреннего воздуха. Они принимаются в зависимости от назначения помещения и расчетного периода года в соответствии с п.2.1.[1] по данным прил. 1[1].

В теплый период года температура притока tпт = tнт (л), tпт =21,7 С, tрз =tпт +3С=24,7 С

В холодный и переходный периоды : tп = tрз — t, С,

где tрз принимается по прил. 1[1], tрз=20 С.

Так как высота помещения более 4 метров, принимаем t равным 5С.

tпрхп =20-5=15 С.

Температура воздуха, удаляемого из верхней зоны помещения, определяется по формуле:

tуд = tрз +grad t(H-hрз), где:

tрз — температура воздуха в рабочей зоне, С.

grad t – превышение температуры на 1 м высоты выше рабочей зоны, С/м

H — высота помещения, м; H=7,35м

hрз — высота рабочей зоны, м; hрз=2м.

grad t – превышение температуры на 1 м высоты выше рабочей зоны, С/м

H — высота помещения, м; H=7,35м

hрз — высота рабочей зоны, м; hрз=2м.

grad t выбирает из таблицы VII.2 [3] в зависимости от района строительства.

г. Томск:

grad tт = 0,5 С/м

grad tхп = 0,1 С/м

tудт = 24,7+0,5*(7,35-2)=27,38 С

tудхп =20+0,1*(7,35-2)=20,54 С

Результаты сводим в табл. 4.1

Расчетные параметры внутреннего воздуха

Таблица 4.1

Наименование

Период года

Допустимые параметры

tн , С

tуд, С

tрз ,С

рз, %

, м/с

Аудитория на 200 мест

Т

24,7

65

0,5

21,7

27,4

П

20

65

0,2

15

20,5

Х

20

65

0,2

15

20,5

Отопление жилого помещения. основные системы отопления

Сегодня мы подготовили статью на тему: «отопление жилого помещения. основные системы отопления», а Анатолий Беляков подскажет вам нюансы и прокомментирует основные ошибки.

Отопление жилого помещения. Основные системы отопления.

Выбираете подходящую систему отопления для вашего дома? Познакомьтесь с обзором наиболее популярных их разновидностей. Прочитав данную статью, вы узнаете, какие у них есть преимущества и недостатки, отличительные особенности. Это поможет вам разобраться в существующим сегодня на рынке предложении.

Представляет собой замкнутую систему труб и радиаторов, по которой циркулирует нагретая в котле или ином источнике тепла вода. Помимо вышеуказанных элементов может включать в себя:

  • расширительный бак. Нужен для отвода излишков расширяемой при нагреве воды и компенсации гидроударов;
  • циркуляционный насос. Требуется для обеспечения нормальной циркуляции воды. Без него радиаторы в удалённых комнатах могут быть холоднее, чем в ближних;
  • манометр. Используется для контроля за величиной давления в трубах;
  • воздухоотводчик. С его помощью стравливается образовавшийся в системе воздух, который часто является причиной посторонних шумов и ухудшения циркуляции.

В зависимости от способа подключения нагревательных элементов они подразделяются на:

  • однотрубные. Отопительные приборы здесь подключаются последовательно. Для компенсации потерь тепла на отдалённых участках используются радиаторы с большей поверхностью теплоотдачи.
  • двухтрубные. Отопительные приборы подключаются параллельно, что позволяет существенно снизить тепловые потери.

Нет тематического видео для этой статьи.

Видео (кликните для воспроизведения).

Для нагрева воды в зависимости от предпочтений хозяев дома и текущих условий могут использоваться следующие разновидности котлов:

  1. Твердотопливный. Для работы требуется уголь, дрова, пеллеты, торф или древесные брикеты. КПД зависит от конструктивных особенностей и качества используемого топлива. Подойдёт для жилищ, расположенных на удалении от развитой инфраструктуры – не требуется даже наличие электричества. Среди недостатков необходимость обустройства помещения для хранения топлива и постоянного подкладывания в топку его новой порции.
  2. Газовый. Наиболее подходящий вариант для жилищ, подключенных к центральному газопроводу. Этот вид топлива экономичен, а КПД котла очень высок. Его недостатком является сложность установки, требующая обращения в газовую службу.
  3. Электрический. Прост в установке, эффективен, не требует наличия места для топлива, но высокие затраты на электроэнергию нивелируют все его достоинства.

Все котлы подразделяются на одноконтурные и двухконтурные. Первые могут использоваться только для обогрева, вторыми можно обеспечивать дом горячим водоснабжением.

Для расчёта мощности необходимо учесть высоту потолков, наличие и количество больших окон, уровень теплоизоляции помещений. Ориентировочный показатель – 1 кВт мощности котла на 10 м 2 . Он может отличаться в зависимости от вышеуказанных факторов.

Является одним из самых старых способов обогрева жилища. Первые подобные системы стали появляться ещё перед наступлением нашей эры. Для передачи тепла здесь не используется промежуточный теплоноситель. Источник тепла нагревает сам воздух, который затем распространяется по дому через систему вентиляции.

  • отсутствие резких температурных перепадов в помещениях по причине независимости от место расположения радиаторов;
  • нет нужды в монтаже конструкции, предназначенной для циркуляции теплоносителя;
  • экономичность и безопасность;
  • более быстрый и эффективный теплообмен;
  • высокий КПД, достигающий 90%;
  • возможность сэкономить до четверти тепловой энергии при установке программируемых термостатов.
  • при отключении обогревателя помещения довольно быстро охлаждаются, так как воздух обладает маленькой теплопроводностью;
  • полноценная работа требует наличия вентиляторов, обеспечивающих нормальную циркуляцию тёплого воздуха;
  • на полу и потолке температура может значительно отличаться. Разница иногда достигает 15 С°;
  • при отсутствии в вентиляционной системе очистительных фильтров в воздух может попасть пыль;

Идеально, когда воздушное отопление проектируется и устанавливается на этапе возведения здания. В этом случае можно тщательнее продумать конструкцию и избежать лишних переделок.

Во время эксплуатации систему необходимо регулярно чистить. Если этого не делать, может нарушиться нормальная циркуляция и даже исчезнуть тяга, в результате чего дом останется без обогрева.

Самый простой в эксплуатации и надёжный способ обогрева дома. Для его организации могут использоваться следующие приборы:

  • электрокамины. Выполняют чаще роль декоративного элемента. Непригодны для обогрева больших площадей;
  • конвекторы. Легки в установке, могут быть перенесены в другое место при необходимости, но неравномерно прогревают помещение;
  • системы тёплого пола. Наиболее эффективны, но требуют тщательного планирования комнаты с учётом расположения мебели, так как она может повредить кабели;

Основан на способности проводников повышать свою температуру при прохождении через них электрического тока. Они в свою очередь нагревают находящийся рядом воздух, который затем расширяется и поднимается, заполняя помещение. Для получения максимального количества тепловой энергии без нарушения эксплуатационных характеристик изделия используют элементы, содержащие в себе:

  • токопроводящую нить большого сопротивления;
  • тефлоновую изоляцию, изготовленную из термостойкого ПВХ-пластита.

В случае с тёплым полом важно, чтобы в ходе эксплуатации выделение тепла от проводящих жил и его отвод в нагреваемую поверхность были сбалансированы. Пол должен иметь однородную структуру, способную обеспечить равномерные нагрузки любого типа.

Несомненным преимуществом такой системы помимо удобства является возможность максимально точной настройки уровня температуры в комнате. Это достигается благодаря электронной системе контроля, содержащей панель управления и термодатчик. Последний постоянно следит за температурой и по достижении заданного уровня отключает нагревательный элемент.

Недостаток электрического отопления – высокие затраты на электроэнергию, потянуть которые сможет далеко не каждый хозяин. Сейчас оно используется преимущественно как резервное в случаях поломок или отключения основной системы.

Нет тематического видео для этой статьи.
Видео (кликните для воспроизведения).

Появилось на рынке относительно недавно, но уже успело обрести популярность благодаря высокой эффективности и низким затратам на электроэнергию. Представляет собой разновидность тёплых полов, устанавливаемых на стяжку. В качестве нагревательного элемента используется графит или карбон. При проходе через них электрического тока излучаются инфракрасные волны, которые нагревают расположенные в помещении объекты, а те в свою очередь – воздух.

Степень обогрева легко регулируется благодаря следующему свойству рабочего элемента – его частицы отталкиваются друг от друга при перегреве, повышается сопротивление, снижая тем самым температуру. При включении инфракрасные полы потребляют мощность чуть более 100 Ватт на 1 погонный метр, после разогрева – 87 Ватт.

Инфракрасные системы отопления имеют следующие преимущества:

  • не боятся влаги, что позволяет использовать их даже под открытым небом;
  • могут устанавливаться в любых типах помещений, в том числе на животноводческих фермах, различных складах, в гаражах и подсобках;
  • нагревают комнату за считанные минуты, причём тепло держится ещё продолжительное время после выключения;
  • не издают неприятного запаха и шумов при работе;
  • безопасны для домашних животных и людей. Инфракрасное тепло по природе близко к солнечному, а значит максимально комфортно и безвредно.

Не лишена эта отопительная система и недостатков. Среди них:

  • точечное воздействие инфракрасных лучей. Если неправильно спроектировать и уложить пол, в одной комнате могут появиться зоны, где слишком тепло или наоборот, слишком холодно;
  • лучи прогревают предметы, а не воздух. Если в помещении присутствует пластмасса, она может начать немного пахнуть;
  • довольно дорогостоящее оборудование;
  • чтобы отопление было эффективным, требуется установка отражающих экранов.

КПД системы при соблюдении всех требований может достигать 95%.

Используют в своей работе энергию тепла из окружающей среды. Принцип действия основан на физических законах: при переходе газа в жидкое состояние тепло выделяется, а когда жидкость испаряется – наоборот, поглощается. Фреон закипает при 3 С°, при этом переходит в газообразное состояние, а температура начинает увеличиваться.

Конструкция данной системы включает три контура:

  1. Внешний. Укладывается в грунт или водоём. По нему циркулирует фреон, нагреваясь от окружающей среды примерно до +8 С°.
  2. Контур теплового насоса. Сюда жидкость попадает из внешнего контура. Она закипает, преобразуется в газ и уходит в компрессор, где под воздействием поршня сжимается в среднем до 26 атм. Из-за этого температура растёт до +80 С°.
  3. Внутренний. Представляет собой систему отопления дома. Сюда из компрессора поступает газ и нагревает теплоноситель, циркулирующий по внутренним помещениям. При этом допускаются потери тепла, не превышающие 15 С°, что несущественно.

Остывающий газ вновь переходит в жидкое состояние и возвращается через второй контур во внешний.

Преимуществами теплового насоса считаются:

  • отсутствие вредных выбросов и хлоруглеродов, несущих опасность для озонового слоя планеты;
  • низкие затраты электроэнергии при высокой теплоотдаче. Потреблённые 1 кВт электричества дают 3-4 кВт энергии тепла;
  • возможность использовать систему как для обогрева зимой, так и для охлаждения летом;
  • доступность в районах практически с любой инфраструктурой. Если дом не подключён к газопроводу, а с дровами и углём возиться не хочется, тепловой насос – идеальное решение.

Недостатками являются высокая цена оборудования и сложность монтажа.

Данное решение – неиссякаемый источник бесплатной энергии, не выделяющий вредных веществ, а значит экологически чистый. Эти коллекторы называют ещё гелиосистемами. Они накапливают в себе энергию солнца, которая используется затем для нагрева воды. Таким образом вы можете обеспечить себя горячей водой и теплом на долгие десятилетия.

Если говорить в общих чертах, устройство солнечного коллектора представляет собой чёрные пластины из металла, которые помещены в стеклянный или пластиковый корпус. Чаще всего его монтируют на крыше здания. Под пластинами расположены трубы, по которым циркулирует теплоноситель – антифриз, вода или масло. Чем больше энергии ему передаётся, тем эффективность выше.

В периоды, когда из-за снижения солнечной активности КПД установки снижается, автоматически запускаются специально предусмотренные для этого электрические нагреватели. Здесь кроется главный недостаток этой системы отопления – зависимость работы от погодных условий.

Приведённая выше схема работы упрощена. Конечно, гелиосистемы устроены сложнее. В зависимости от конструктивных особенностей различают следующие их виды:

Качественные изделия от добросовестных производителей служат 15-30 лет. Продукция азиатских компаний дешевле, но менее надёжна. Товары европейского происхождения, в особенности от немецких разработчиков, зачастую служат дольше указанного срока.

Как видите, любой вид отопительной системы имеет свои преимущества и недостатки. Одни более дороги в установке, но экономичны в плане эксплуатации. Другие просты и эффективны, но требуют больших затрат на электроэнергию. Установка мощного дорогостоящего оборудования не имеет смысла в доме, посещаемом лишь периодически. Если у вас присутствует подключение к газопроводной магистрали, нет необходимости покупать электрический котёл или устанавливать солнечный коллектор.

Чтобы выбрать подходящую именно вам систему, учтите индивидуальные особенности вашего жилища, наличие подходящей инфраструктуры, продолжительность проживания. В этом случае она будет максимально соответствовать вашим требованиям и возможностям.

Для того чтобы в холодный зимний период обеспечить в жилом помещении необходимые условия для проживания, нужна система, которая помогала бы поддерживать нужный температурный режим. Система отопления является наиболее удачным инженерным решением данной проблемы. Отопительная система поможет поддерживать в доме комфортные условия на протяжении всего холодного периода, но следует знать, какие бывают системы отопления в современности.

Системы отопления могут различаться в зависимости от разных критериев. Существуют такие основные виды систем отопления, как: воздушное отопление, электрическое отопление, водяное отопление, водяные теплые полы, и другие. Несомненно, важным вопросом является выбор вида системы отопления для своего жилища. Классификация систем отопления включает множество видов. Рассмотрим основные из них, а также проведем сравнение видов топлива для отопления.

Среди всей классификации систем отопления наибольшей популярностью пользуется водяное отопление. Технические преимущества такого отопления были выявлены в результате многолетней практики.

Несомненно, на вопрос, какие виды отопления бывают, именно водяное отопление первым приходит на ум. Водяное отопление обладает такими преимуществами, как:

  • Не очень большая температура поверхности различных приборов и труб;
  • Обеспечивает одинаковую температуру во всех помещениях;
  • Экономится топливо;
  • Повышены эксплуатационные сроки;
  • Бесшумная работа;
  • Простота в обслуживании и ремонте.

Главным компонентом системы водяного отопления является котел. Такое устройство необходимо для того чтобы нагревать воду. Вода является в таком виде отопления теплоносителем. Она циркулирует по трубам замкнутого типа, а потом тепло передается в различные отопительные компоненты, а от них уже обогревается все помещение.

Наиболее простым вариантом является циркуляция естественного типа. Такая циркуляция достигается благодаря тому, что в контуре наблюдается разное давление. Однако такая циркуляция может быть и принудительного характера. Для подобной циркуляции водяные варианты отопления должны быть оснащены одним или несколькими насосами.

После того, как теплоноситель проходит по всему контуру отопления, он полностью охлаждается и возвращается назад в котел. Здесь он снова нагревается и, таким образом, снова позволяет отопительным приборам выделять тепло.

Водяной тип отопления может различаться по таким критериям, как:

  • метод циркуляции воды;
  • расположение магистралей разводящего типа;
  • конструкционные особенности стояков и схема, по которой соединяются все приборы обогрева.

Наибольшую популярность обретает система отопления, где циркуляция воды происходит посредством насоса. Отопление с циркуляцией воды естественного плана в последнее время применяется крайне редко.

В насосной отопительной системе нагрев теплоносителя может иметь место и благодаря водогрейной котельной, или термо воды, которая поступает из ТЭЦ. В отопительной системе вода может нагреваться даже посредством пара.

Прямоточное соединение используют тогда, когда допустима в системе подача воды с очень высокой температурой. Такая система будет стоить не так дорого, расход металла будет несколько меньше.

Минусом прямоточного присоединения считается зависимость теплового режима от «обезличенной» температуры теплоносителя в подающем тепловоде наружного типа.

Такие виды отопления различных помещений считаются одними из самых старых. Впервые подобную систему применяли еще до нашей эры. На сегодняшний день такая отопительная система получила широкое распространение – как в общественных помещениях, так и производственных.

Популярностью для обогрева зданий также пользуется нагретый воздух. При рециркуляции такой воздух может подаваться в помещение, где происходит процесс смешивания с внутренним воздухом и, таким образом, воздух охлаждается до температуры помещения и снова нагревается.

Воздушное отопление может быть местного характера, в случае если в здании нет центральной приточной вентиляции, или же если поступающее количество воздуха меньше, чем необходимо.

В системах воздушного отопления нагревание воздуха происходит за счет калориферов. Первичный отопитель для таких компонентов является горячий пар или вода. Для того чтобы прогреть воздух в помещении, можно использовать и другие приборы для отопления или любые источники тепла.

При вопросе, какое бывает отопление, местное отопление часто приравнивается только к производственным помещениям. Приборы местного отопления используются для таких помещений, которые используются лишь в определенные периоды, в помещениях вспомогательного характера, в помещениях, которые сообщаются с наружными воздушными потоками.

Главными приборами системы местного отопления являются вентилятор и нагревательный прибор. Для воздушного отопления могут применяться такие устройства и приборы, как: воздушно-отопительные устройства, тепловые вентиляторы или тепловые пушки. Такие приборы работают на принципе воздушной рециркуляции.

Центральное воздушное отопление делается в помещениях любого плана, если здание располагает центральной системой вентиляции. Такие типы систем отопления можно организовать по трем различным схемам: с прямоточной рециркуляцией, с частичной или полной рециркуляцией. Полная рециркуляция воздуха может использоваться, в основном, в нерабочие часы для дежурных видов отопления, или для того чтобы обогреть помещение перед началом рабочего дня.

Однако отопление по такой схеме может иметь место, если оно не противоречит никаким правилам противопожарной безопасности или основным требованиям гигиены. Для такой отопительной схемы должна быть использована система приточной вентиляции, но воздух будет забираться не с улицы, а с тех помещений, которые отапливаются. В центральной воздушной отопительной системе применяются такие конструктивные виды приборов отопления, как: радиаторы, вентилятор, фильтры, воздуховоды и другие приборы.

Холодный воздух может поступать в большом количестве с улицы, если в доме слишком часто открываются входные двери. Если не предпринять ничего для того чтобы ограничить количество холодного воздуха, который проникает в помещение, или не обогревать его, то он может негативно сказаться на температурном режиме, который должен соответствовать норме. Чтобы предотвратить данную проблему, можно в открытом дверном проеме создать воздушный занавес.

Во входах зданий жилого или офисного плана можно установить низкорослый воздушно-тепловой занавес.

Ограничить количество поступающего холодного воздуха снаружи здания имеет место благодаря конструктивным изменением входа в помещение.

Все большей популярностью в последнее время пользуются воздушно-тепловые занавесы компактного типа. Самыми эффективными занавесами считаются занавесы «щиберующего» вида. Такие занавесы создают струйную воздушную преграду, которая защитит открытый дверной проем от проникновения холодных воздушных потоков. Как показывает сравнение видов отопления, такой занавес позволяет сократить потери тепла почти в два раза.

Нагрев помещения имеет место благодаря распределению воздуха, проходящего через приборную панель без того, чтобы нагревалась ее лицевая сторона. Это полностью обезопасит от различных ожогов и предотвратит любое возгорание.

Посредством электрических конвекторов можно обогреть любой тип помещения, даже если у вас имеется всего один источник энергии, такой как электричество.

Такие виды систем отопления зданий не требуют больших затрат для установки или ремонта, к тому же, могут обеспечить максимальный комфорт. Электрический конвектор можно просто поставить в определенное место и подключить его к питанию сети. Делая выбор системы отопления, можно обратить внимание на данный тип – довольно эффективный.

Холодный воздух, который находится в нижней части здания, проходит через нагревательный компонент конвектора. Затем его объем увеличивается и он уходит вверх через выходные решетки. Обогревательный эффект имеет место и благодаря дополнительному излучению тепла с передней стороны панели электрического конвектора.

Уровень комфорта и экономичность такой обогревательной системы достигается благодаря тому, что в электрических конвекторах применяется электронная система, которая помогает поддерживать определенную температуру. Нужно всего-навсего установить необходимый температурный показатель и датчик, который установлен в нижней области панели начнет через заданный период времени определять температуру воздуха, который проникает в помещение. Датчик подаст сигнал на термостат, который в свою очередь подключит или наоборот выключит обогревательный элемент. Посредством такой системы для поддержания определенной температуры, которая даст возможность соединить электрические конвекторы в разных помещениях, для того чтобы обогреть целое здание.

Конечно же, вопрос какая система отопления лучше является нецелесообразным, так как та или иная система является эффективной в определенных условиях. Сравнение систем отопления следует производить, учитывая все их плюсы и минусы, ориентируясь на условия установки и собственные возможности.

Рассмотрев, какие системы отопления существуют, можно сделать для себя определенные выводы. Но в целом, лучшим вариантом станет посоветоваться с профессионалами.

Краткий обзор современных систем отопления жилых домов и общественных зданий

Правильный выбор, грамотное проектирование и качественный монтаж системы отопления – залог тепла и уюта в доме в течение всего отопительного сезона. Обогрев должен быть качественным, надежным, безопасным, экономичным. Чтобы правильно подобрать систему отопления, необходимо ознакомиться с их видами, особенностями монтажа и работы нагревательных приборов. Важно также учитывать доступность и стоимость топлива.

Системой отопления называют комплекс элементов, используемых для обогрева помещения: источник тепла, трубопроводы, нагревательные приборы. Тепло передается с помощью теплоносителя – жидкой или газообразной среды: воды, воздуха, пара, продуктов сгорания топлива, антифриза.

Системы отопления зданий необходимо подбирать так, чтобы добиться максимально качественного обогрева с сохранением комфортной для человека влажности воздуха. В зависимости от вида теплоносителя различают такие системы:

  • воздушные;
  • водяные;
  • паровые;
  • электрические;
  • комбинированные (смешанные).

Нагревательные приборы системы отопления бывают:

  • конвективные;
  • лучистые;
  • комбинированные (конвективно-лучистые).

В качестве источника тепла могут использоваться:

  • уголь;
  • дрова;
  • газ;
  • электричество;
  • брикеты – торфяные или дровяные;
  • энергия солнца или других альтернативных источников.

Воздух нагревается непосредственно от источника тепла без использования промежуточного жидкого или газообразного теплоносителя. Системы применяют для обогрева частных домов небольшой площади (до 100 м.кв.). Установка отопления этого типа возможна как при возведении здания, так и при реконструкции уже существующего. В качестве источника тепла служит котел, ТЭН или газовая горелка. Особенность системы заключается в том, что она является не только отопительной, но и вентиляционной, поскольку нагревается внутренний воздух в помещении и свежий, поступающий снаружи. Воздушные потоки поступают через специальную заборную решетку, фильтруются, нагреваются в теплообменнике, после чего проходят через воздуховоды и распределяются в помещении.

Регулировка температуры и степени вентиляции осуществляется с помощью термостатов. Современные термостаты позволяют заранее задавать программу изменений температуры в зависимости от времени суток. Системы функционируют и в режиме кондиционирования. В этом случае воздушные потоки направляются через охладители. Если нет необходимости в обогреве или охлаждении помещения, система работает как вентиляционная.

Установка воздушного отопления обходится относительно дорого, но его преимущество в том, что нет необходимости прогревать промежуточный теплоноситель и радиаторы, за счет чего экономия топлива составляет не менее 15%.

Система не замерзает, быстро реагирует на изменения температурного режима и прогревает помещения. Благодаря фильтрам воздух в помещения поступает уже очищенным, что снижает количество болезнетворных бактерий и способствует созданию оптимальных условий для поддержания здоровья проживающих в доме людей.

Недостаток воздушного отопления – пересушивание воздуха, выжигание кислорода. Проблема легко решается, если установить специальный увлажнитель. Система может быть усовершенствована с целью экономии и создания более комфортного микроклимата. Так, рекуператор подогревает поступающий воздух, за счет выводимого наружу. Это позволяет сократить энергозатраты на его подогрев.

Возможна дополнительная очистка и дезинфекция воздуха. Для этого, помимо механического фильтра, входящего в комплектацию, устанавливают электростатические фильтры тонкой очистки и ультрафиолетовые лампы.

Это замкнутая система отопления, в качестве теплоносителя в ней используется вода или антифриз. Вода подается по трубам от источника тепла к радиаторам отопления. В централизованных системах температура регулируется на тепловом пункте, а в индивидуальных – автоматически (с помощью термостатов) или вручную (кранами).

В зависимости от типа присоединения нагревательных приборов системы делят на:

  • однотрубные,
  • двухтрубные,
  • бифилярные (двухтопочные).

По способу разводки различают:

  • верхнюю;
  • нижнюю;
  • вертикальную;
  • горизонтальную системы отопления.

В однотрубных системах подключение отопительных приборов последовательное. Чтобы компенсировать потерю тепла, которая происходит при последовательном прохождении воды из одного радиатора в другой, применяют отопительные приборы с различной поверхностью теплоотдачи. Например, могут быть использованы чугунные батареи с большим количеством секций. В двухтрубных применяют схему параллельного подключения, что позволяет устанавливать одинаковые радиаторы.

Гидравлический режим может быть постоянным и изменяемым. В бифилярных системах отопительные приборы соединены последовательно, как в однотрубных, но условия теплопередачи радиаторов такие же, как в двухтрубных. В качестве отопительных приборов используются конвекторы, стальные или чугунные радиаторы.

Водяной обогрев широко распространен благодаря доступности теплоносителя. Еще одно преимущество – возможность обустроить систему отопления своими руками, что немаловажно для наших соотечественников, привыкших полагаться только на собственные силы. Впрочем, если бюджет позволяет не экономить, проектирование и монтаж отопления лучше доверить специалистам.

Это избавит от многих проблем в будущем – протечек, прорывов и т.п. Недостатки – замерзание системы при отключении, длительное время прогрева помещений. Особые требования предъявляют к теплоносителю. Вода в системах должна быть без посторонних примесей, с минимальным содержанием солей.

Для разогрева теплоносителя может использоваться котел любого типа: на твердом, жидком топливе, газе или электричестве. Чаще всего используют газовые котлы, что предполагает подключение к магистрали. Если такой возможности нет, то обычно устанавливают твердотопливные котлы. Они более экономичны, чем конструкции, работающие на электричестве или жидком топливе.

Обратите внимание! Специалисты рекомендуют подбирать котел из расчета мощности 1 кВт на 10 м.кв. Эти показатели – ориентировочные. Если высота потолков более 3 м, в доме большие окна, есть дополнительные потребители или помещения недостаточно хорошо теплоизолированы, все эти нюансы обязательно нужно учесть в расчетах.

В соответствии со СНиП 2.04.05-91 «Отопление, вентиляция и кондиционирование», использование паровых систем запрещено в жилых и общественных зданиях. Причина – небезопасность этого вида обогрева помещений. Отопительные приборы разогреваются почти до 100°C, что может стать причиной ожогов.

Монтаж сложный, требует навыков и специальных знаний, при эксплуатации возникают сложности с регулированием теплоотдачи, при заполнении системы паром возможен шум. На сегодня паровое отопление используют ограничено: в производственных и нежилых помещениях, в пешеходных переходах, тепловых пунктах. Его преимущества – относительная дешевизна, низкая инерционность, компактность отопительных элементов, высокая теплоотдача, отсутствие теплопотерь. Все это обусловило популярность парового обогрева до середины ХХ века, позже его вытеснило водяное. Однако на предприятиях, где пар используют для производственных нужд, он все еще широко применяется и для обогрева помещений.

Это надежный и наиболее простой в эксплуатации вид отопления. Если площадь дома не более 100 м, электричество – неплохой вариант, однако обогрев большей площади экономически не выгоден.

Электрическое отопление может использоваться как дополнительное на случай отключения или ремонта основной системы. Также это хорошее решение для загородных домов, в которых владельцы проживают лишь периодически. Как дополнительные источники тепла применяются электрические тепловентиляторы, инфракрасные и масляные обогреватели.

В качестве отопительных приборов используются конвекторы, электрокамины, электрокотлы, силовые кабели теплого пола. Каждый тип имеет свои ограничения. Так, конвекторы неравномерно прогревают помещения. Электрокамины больше пригодны в качестве декоративного элемента, а работа электрокотлов требует значительных энергозатрат. Теплый пол монтируют с заблаговременным учетом плана расстановки мебели, потому что при ее перемещении возможно повреждение силового кабеля.

Отдельно следует упомянуть об инновационных системах отопления, приобретающих все большую популярность. Наиболее распространены:

  • инфракрасные полы;
  • тепловые насосы;
  • солнечные коллекторы.

Эти системы обогрева лишь недавно появились на рынке, но уже стали довольно популярными благодаря эффективности и большей экономичности, чем привычное электрическое отопление. Теплые полы работают от электросети, их устанавливают в стяжку или плиточный клей. Нагревательные элементы (карбон, графит) излучают волны инфракрасного спектра, которые проходят через напольное покрытие, разогревают тела людей и предметы, от них в свою очередь нагревается воздух.

Саморегулирующиеся карбоновые маты и пленку можно монтировать под ножками мебели, не боясь повреждений. «Умные» полы регулируют температуру благодаря особому свойству нагревательных элементов: при перегреве расстояние между частицами увеличивается, растет сопротивление – и температура снижается. Энергозатраты относительно невелики. При включении инфракрасных полов потребляемая мощность составляет порядка 116 Ватт на метр погонный, после прогрева снижается до 87 Ватт. Контроль за температурой обеспечивается за счет термогуляторов, что снижает затраты энергии на 15-30%.

Это устройства для переноса тепловой энергии от источника к теплоносителю. Сама по себе идея теплонасосной системы не нова, ее предложил лорд Кельвин еще в 1852 г.

Принцип работы: геотермальный тепловой насос забирает тепло из окружающей среды и передает ее в систему отопления. Системы также могут работать и для охлаждения зданий.

Различают насосы с открытым и закрытым циклом. В первом случае установки забирают воду из подземного потока, передают в систему обогрева, отбирают тепловую энергию и возвращают к месту забора. Во втором – по специальным трубам в водоеме прокачивается теплоноситель, который передает/забирает тепло у воды. Насос может использовать тепловую энергию воды, земли, воздуха.

Преимущество систем – можно устанавливать в домах, не подключенных к газоснабжению. Тепловые насосы сложны и дороги в установке, зато позволяют экономить на энергозатратах при эксплуатации.

Солнечные установки представляют собой системы для сбора тепловой энергии Солнца и передачи ее теплоносителю

В качестве теплоносителя может быть использованы вода, масло или антифриз. В конструкции предусмотрены дополнительные электрические нагреватели, которые включаются, если КПД солнечной установки снижается. Существует два основных типа коллекторов – плоские и вакуумные. В плоских установлен абсорбер с прозрачным покрытием и теплоизоляцией. В вакуумных это покрытие многослойное, в герметично закрытых коллекторах создается вакуум. Это позволяет нагревать теплоноситель до 250-300 градусов, в то время как плоские установки способны нагреть его лишь до 200 градусов. К преимуществам установок следует отнести простоту монтажа, небольшую массу, потенциально высокую эффективность.

Впрочем, есть одно «но»: эффективность работы солнечного коллектора слишком сильно зависит от разности температур.

Наши соотечественники по-прежнему чаще всего отдают предпочтение водяному отоплению. Обычно сомнения возникают лишь в том, какой конкретно источник тепла выбрать, как лучше осуществить подключение котла к системе отопления и т.п. И все же готовых рецептов, подходящих абсолютно всем, не существует. Необходимо тщательно взвесить плюсы и минусы, учесть особенности здания, для которого подбирается система. Если есть сомнения, следует проконсультироваться со специалистом.

Опишите свой вопрос максимально подробно и наш эксперт ответит на него

Блиииин …… так обидно . Если бы знала раньше что такая система отопления есть из гипсокартона то конечно бы ее купили. А мы наслушались россказней и красивой рекламы про инфракрасное полотно CARBONTEC и купили на две комнаты этого “распрекрасного инфракрасного полотна”.
На видео все так красиво показано что можно под любое покрытие делать и даже под шпаклевку. Только одного не сказали бл…дь . – через неделю место установки все пошло волной. То которое было зашпаклевано – стала отлетать краска со шпаклевкой. А там где были обои появились пузыри !! Хрень полнейшая . Никому не рекомендую взять и нарваться на геморрой с повторным ремонтом и испорченными нервами.

Автор статьи: Анатолий Беляков

Добрый день. Меня зовут Анатолий. Я уже более 7 лет работаю прорабом в крупной строительной компании. Считая себя профессионалом, хочу научить всех посетителей сайта решать разнообразные вопросы. Все данные для сайта собраны и тщательно переработаны для того чтобы донести в удобном виде всю требуемую информацию. Однако чтобы применить все, описанное на сайте желательно проконсультироваться с профессионалами.

✔ Обо мне ✉ Обратная связь Оцените статью: Оценка 3.8 проголосовавших: 11

Отопление отключили во всех жилых и административных зданиях Москвы

https://realty.ria.ru/20200512/1571305114.html

Отопление отключили во всех жилых и административных зданиях Москвы

Отопление отключили во всех жилых и административных зданиях Москвы — Недвижимость РИА Новости, 12.05.2020

Отопление отключили во всех жилых и административных зданиях Москвы

В Москве во всех жилых домах и административных зданиях отключено отопление, системы теплоснабжения переведены на летний режим работы, сообщил журналистам… Недвижимость РИА Новости, 12.05.2020

2020-05-12T10:09

2020-05-12T10:09

2020-05-12T10:20

москва

петр бирюков

жкх

москва сегодня: мегаполис для жизни

теплоснабжение

городское хозяйство москвы

комплекс городского хозяйства москвы

отопление

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn21.img.ria.ru/images/155939/79/1559397989_0:315:3079:2047_1920x0_80_0_0_22c3b3f1fe56a18c68fe800b174fa270.jpg

МОСКВА, 12 мая — РИА Новости. В Москве во всех жилых домах и административных зданиях отключено отопление, системы теплоснабжения переведены на летний режим работы, сообщил журналистам заместитель мэра Москвы по вопросам ЖКХ и благоустройства Петр Бирюков.По его словам, вначале прошли отключения на промышленных и административных объектах, затем в жилых зданиях, школах, детских дошкольных и лечебных учреждениях. Бирюков подчеркнул, что все работы прошли в плановом режиме в строгом соответствии с утвержденным графиком. По его словам, теперь специалисты комплекса городского хозяйства приступят к подготовке инженерных коммуникаций к осенне-зимнему сезону.»Будут тщательно проверены все системы генерации и подачи тепла в городе, в том числе 13 столичных ТЭЦ, около 140 районных и квартальных тепловых станций. В общей сложности в столице протестируют порядка 16 тысяч километров тепловых магистралей, отдельные участки при необходимости отремонтируют», — сообщил Бирюков.По его словам, завершить подготовительные работы на теплосетях планируется до 1 сентября.»К 1 сентября готовность к пуску тепла будет обеспечена на всех социальных объектах, в том числе в школах, детских садах, больницах. До 15 сентября планируется подготовить к подаче отопления жилые дома и другие объекты», — заключил заместитель мэра.

https://realty.ria.ru/20200505/1570969129.html

https://realty.ria.ru/20200508/1571161938.html

москва

Недвижимость РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2020

Недвижимость РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://realty.ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

Недвижимость РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

https://cdnn21.img.ria.ru/images/155939/79/1559397989_350:0:3079:2047_1920x0_80_0_0_79cacdf66059ada53db9ba4a1b8d62dd.jpg

Недвижимость РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Недвижимость РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

москва, петр бирюков, жкх, теплоснабжение, городское хозяйство москвы, комплекс городского хозяйства москвы, отопление, отопительный сезон 2020-2021 в россии

Отопление включили более чем в половине жилых домов Москвы

https://realty.ria.ru/20121008/398618758.html

Отопление включили более чем в половине жилых домов Москвы

Отопление включили более чем в половине жилых домов Москвы — Недвижимость РИА Новости, 29.02.2020

Отопление включили более чем в половине жилых домов Москвы

Отопление включили в 55% жилых домов Москвы, а также в 80% зданий социальной сферы, сообщает в понедельник пресс-служба столичного департамента топливно-энергетического хозяйства.

2012-10-08T09:40

2012-10-08T09:40

2020-02-29T11:23

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn21.img.ria.ru/images/sharing/article/398618758.jpg?3971688481582964615

москва

россия

Недвижимость РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2012

Недвижимость РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://realty.ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

Недвижимость РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Недвижимость РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Недвижимость РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

новости — недвижимость, москва, жкх, жилье, россия

09:40 08.10.2012 (обновлено: 11:23 29.02.2020)

Отопление включили в 55% жилых домов Москвы, а также в 80% зданий социальной сферы, сообщает в понедельник пресс-служба столичного департамента топливно-энергетического хозяйства.

Факторы, влияющие на отопление помещений, контролируемых жильцами, в жилых зданиях

https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2013.11.001Получить права и содержание -работа на обогрев.

27 факторов, которые могут влиять на режим отопления жилого помещения в жилых зданиях.

Очень немногие из 27 факторов использовались для моделирования отопления помещений в моделировании.

Для будущих исследований необходимо лучшее понимание поведения пассажиров.

Abstract

Поведение жильцов оказывает большое влияние на энергопотребление зданий, и, следовательно, лучшее понимание может помочь во многих приложениях, связанных со зданием, таких как управление объектами, моделирование производительности здания и руководство обитателями.

Поскольку отопление жилого помещения оказывает значительное влияние на потребление энергии жилыми зданиями в зимнее время, было проведено исследование причин такого поведения, результаты которого представлены в данной статье.Анализ показал, что в предыдущих поведенческих исследованиях были оценены 27 драйверов, и в настоящее время ни один из них не может быть с уверенностью идентифицирован как не имеющий никакого влияния.

После определения этих ключевых факторов было пересмотрено моделирование поведения жильцов при обогреве помещений в традиционном моделировании характеристик здания, и результат показывает, что большинство этих факторов обычно игнорируется при моделировании работы обогрева помещений при моделировании характеристик здания.

Сделан вывод о том, что для лучшего понимания и количественной оценки воздействия этих факторов на энергопотребление зданий необходимы будущие поведенческие исследования движущих сил, обсуждаемых в этом документе.

Ключевые слова

Поведение жильцов

Драйверы отопления помещений

Энергопотребление

Жилые дома

Моделирование строительства

Рекомендуемые статьиСсылки на статьи (0)

Полный текст 3 Elsevier B.V.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Итак, что такое электрификация зданий?

Здания были впервые электрифицированы почти 150 лет назад.Итак, почему «электрификация зданий» сейчас является одним из самых популярных модных словечек в энергетической отрасли?

Большинство зданий работают на нескольких видах топлива. Они используют электричество для питания ламп, холодильников и электронных устройств. И они потребляют ископаемые виды топлива, такие как природный газ или пропан, для питания печей, котлов и водонагревателей.

Эта постоянная зависимость от ископаемого топлива делает здания одним из крупнейших источников загрязнения, вызывающего потепление планеты. В Соединенных Штатах на здания приходится примерно 40 процентов энергопотребления и выбросов парниковых газов в стране, и почти половина всех домов использует природный газ в качестве основного топлива для отопления.

Термины «электрификация зданий», «выгодная электрификация» и «декарбонизация зданий» описывают переход к использованию электричества вместо ископаемого топлива для отопления и приготовления пищи. Цель такого перехода: полностью электрические здания, работающие от солнца, ветра и других источников электроэнергии с нулевым выбросом углерода.

Какие технологии используются при электрификации зданий?

Тепловые насосы — это большая проблема. Электрификация зданий сегодня является привлекательной альтернативой, потому что у приборов и оборудования, работающих на ископаемом топливе, уже есть жизнеспособные электрические заменители.Нужно просто сделать — и заплатить — переход.

Тепловые насосы представляют собой технологию широко распространенной электрификации зданий. В отличие от обычных печей или котлов, которые сжигают топливо для производства тепла, тепловые насосы используют электричество, чтобы направлять тепло туда, где оно необходимо, или отводить его оттуда, где его нет, как в холодильнике. А поскольку тепловые насосы могут либо отводить тепло из помещения во время сезона охлаждения, либо улавливать тепло из земли или воздуха снаружи и отводить его в помещение зимой, они предлагают преимущество «два в одном»: отопление и кондиционирование воздуха с помощью одного и того же оборудования. .

В полностью электрифицированном доме или офисе печи и котлы, которые сегодня работают на природном газе, пропане или мазуте, можно заменить тепловыми насосами, работающими от земли или воздуха. Газовые водонагреватели можно заменить водонагревателями с тепловым насосом. А на кухне газовые духовки и конфорки можно заменить электрическими плитами и индукционными варочными панелями.

Тепловые насосы намного эффективнее оборудования, которое они заменяют. Воздушные тепловые насосы или водонагреватели с тепловым насосом в три-пять раз более энергоэффективны, чем их аналоги, работающие на природном газе.И исследователи используют искусственный интеллект, чтобы сделать тепловые насосы еще более эффективными.

Подходит для умеренного климата. Но работают ли тепловые насосы в холодную погоду?

Да, и технологии продолжают совершенствоваться.

Сохраняется заблуждение, что тепловые насосы выходят из строя в сильные морозы. Не так. Недавний отчет Института Скалистых гор (RMI) показал, что тепловые насосы для холодного климата могут обогревать дома, даже когда температура наружного воздуха падает до -12 градусов по Фаренгейту.

Мэн настолько уверен в эффективности тепловых насосов для холодного климата, что к 2025 году штат поставил цель установить 100 000 тепловых насосов.

«Это правда, что старые модели, а также модели, предназначенные для климата Южной или Средней Атлантики, не так хорошо работают при очень низких температурах, которые у нас здесь. Но те, которые мы продвигаем, отлично работают при таких температурах», — сказал GTM Майкл Стоддард из Efficiency Maine.

Есть ли другие преимущества электрификации зданий?

Да, включая общественное здравоохранение и безопасность. Растущее количество исследований документирует опасность, которую представляет загрязнение воздуха внутри помещений в домах с газовыми плитами.

RMI и несколько групп по защите интересов окружающей среды и общественных интересов недавно опубликовали отчет, в котором рассматриваются два десятилетия исследований связи между сжиганием газа в помещении для приготовления пищи и негативным воздействием на здоровье человека. Исследователи обнаружили, что приготовление пищи на газу может привести к уровням диоксида азота и окиси углерода, которые нарушают нормы загрязнения окружающей среды, и что дети в домах, где готовят на газу, имеют 42-процентный повышенный риск развития астмы.

Как только сети ресторанов, профессиональные повара и домашние повара начинают готовить на электрических плитах или индукционных плитах, они, как правило, предпочитают мощность, контроль и безопасность приготовления полностью на электричестве.

Дороже ли содержать здания на 100% электроэнергии?

Это зависит. Полная электрификация обычно является более дешевым вариантом в новых зданиях. Строители избегают затрат на установку линий и счетчиков природного газа, а повышение энергоэффективности может сдерживать рост счетов за электроэнергию. В другом отчете RMI говорится, что новые дома, оснащенные электрическими тепловыми насосами, плотной оболочкой здания и солнечными панелями на крыше, экономичны даже в регионах с холодным климатом, таких как Дулут, штат Миннесота.

Для существующих зданий немного сложнее.

Исследования показали, что во многих случаях владельцы зданий могут сократить общее потребление энергии, снизить свои счета за электроэнергию и сократить выбросы при замене масляных и пропановых печей, котлов и водонагревателей электрическими тепловыми насосами. Но потребители могут заплатить более высокую первоначальную стоимость за установку тепловых насосов с воздушным источником или водонагревателей с тепловым насосом вместо газовых моделей.

В большей части страны скидки или другие стимулы еще не доступны для более эффективного электрического оборудования.Владельцам старых зданий, возможно, придется платить за модернизацию электрических панелей и вкладывать средства в повышение энергоэффективности, чтобы обеспечить полную электрификацию.

Сможет ли сеть справиться с повсеместным переходом на полностью электрические здания?

Вроде бы да, но будут некоторые сложности; Сетевые операторы должны быть готовы к новому сезонному пику. Потребуются постоянные инвестиции в утепление домов, установку гибких, реагирующих на сеть водонагревателей с тепловым насосом, развертывание долговременных накопителей энергии и другие меры для снижения пикового спроса на электроэнергию во время продолжительных холодных погодных явлений.

Электрификация всей экономики (включая транспорт) может увеличить потребление электроэнергии в США до 38 процентов к 2050 году, по данным Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии. Однако общее потребление «конечной энергии» снизится на 21 процент, поскольку технологии конечного использования электроэнергии намного эффективнее, чем эквивалентное оборудование, работающее на ископаемом топливе.

В недавней статье исследовательской организации по энергетике Pecan Street из Остина было обнаружено, что если бы каждый дом на одну семью в Техасе был переведен с природного газа на электрическое отопление, домохозяйства сэкономили бы до 452 долларов в год на счетах за коммунальные услуги, но энергосистема перейдет на зимний пик.«Сетка может развиваться, чтобы справиться с этим. Это не полное переосмысление того, как должна работать сеть», — сказал GTM соавтор Джошуа Роудс.

Что нарушит статус-кво?

В конечном итоге все сведется к сочетанию политического давления и потребительского спроса.

Как и во многих аспектах энергетического перехода Америки, Калифорния взяла на себя ведущую роль в политике. Уже около 30 городов и округов США, в основном в Калифорнии, последовали примеру Беркли и приняли постановления, которые либо поощряют, либо предписывают использование полностью электрических зданий в новом строительстве.

Калифорнийская комиссия по коммунальным предприятиям занята написанием правил для программы стоимостью 200 миллионов долларов, которая обеспечит стимулы для низкоуглеродных технологий отопления помещений и воды в новых и существующих зданиях. А комиссия недавно пересмотрела устаревшие правила, в соответствии с которыми электрические обогреватели и водонагреватели не имеют права на миллиардные скидки в рамках калифорнийских программ повышения энергоэффективности, финансируемых налогоплательщиками.

Калифорнийские регулирующие органы недавно одобрили еще 45 миллионов долларов на стимулирование водонагревателей тепловых насосов до 2025 года.Регулирующие органы штата Нью-Йорк пошли еще дальше, одобрив почти полмиллиарда долларов на финансирование тепловых насосов в том же году.

Осведомленность потребителей остается проблемой. Недавний опрос показал, что большинство калифорнийцев не знакомы с тепловыми насосами и индукционными варочными панелями, несмотря на то, что 70 % предпочитают ветряную и солнечную энергию природному газу для питания электроприборов в своих домах. Но в юрисдикциях с благоприятными тарифами на электроэнергию и льготами, такими как регион, обслуживаемый муниципальной коммунальной службой Сакраменто, полностью электрические дома уже становятся стандартом для нового строительства.

Guidehouse Insights (ранее Navigant Research) ожидает, что глобальный доход от полностью электрических домашних технологий вырастет в пять раз до 12,9 млрд долларов к 2029 году, даже несмотря на отставание потребителей.

Кто-нибудь выступает против перехода на полностью электрические здания?

Компании природного газа, естественно.

Исследование, проведенное Американской газовой ассоциацией, пришло к выводу, что «политическая электрификация жилых домов», то есть запрет на использование отопительного оборудования, работающего на ископаемом топливе, будет «обременительной для потребителей и экономики» и приведет к пиковому спросу на электроэнергию.Сторонники чистой энергии поставили под сомнение предположения о стоимости и выбросах, сделанные в исследовании.

Южно-Калифорнийская газовая компания, одна из крупнейших в стране компаний по добыче природного газа, мобилизовала усилия, чтобы помешать электрификации зданий в штате. SoCalGas подверглась критике за финансирование группы по защите интересов газа «Калифорнийцы за сбалансированные энергетические решения», которая работает над тем, чтобы помешать местным органам власти принять постановления о полностью электрическом строительстве.

В Аризоне губернатор Дуг Дьюси (справа) недавно подписал закон, запрещающий муниципалитетам принимать кодексы или постановления, запрещающие использование природного газа в зданиях.

Я слышал о «возобновляемом природном газе». Является ли это альтернативой ископаемому газу?

Да, но возможности выглядят весьма ограниченными.

Компании, работающие с природным газом, заявляют, что возобновляемый природный газ, улавливаемый на очистных сооружениях, молокозаводах и других источниках органических отходов, может вытеснять природный (ископаемый) газ и сокращать выбросы парниковых газов. Но даже исследования, проведенные газовой промышленностью, показывают, что возобновляемый природный газ может заменить лишь небольшой процент текущего потребления газа в Калифорнии (9 процентов) или по всей стране (14 процентов).

Недавний отчет (PDF), подготовленный для Калифорнийской энергетической комиссии, показал, что «электрификация зданий, вероятно, будет более дешевой и менее рискованной долгосрочной стратегией по сравнению с возобновляемым природным газом».

Существуют ли какие-либо другие проблемы при переходе на полностью электрические здания?

Конечно. На самом деле существует длинный список проблем, хотя все они могут быть преодолены. Среди них: как финансировать массовое расширение модернизации для электрификации существующих зданий? Как лучше всего развеять мифы об электрификации для подрядчиков («Тепловые насосы не работают в мороз!») и потребителей («Я не отдам свою газовую плиту!»)? И как избавиться от устаревших регуляторных барьеров?

Первопроходцы уже показывают путь — см. профиль GTM о стремлении одной семьи отказаться от газа в своем доме в Калифорнии.

Проблемы с акциями тоже не за горами. Без вмешательства политиков первыми будут электрифицированы здания, владельцы которых имеют для этого больше всего средств. Поскольку эти здания отказываются от газа, оставшиеся потребители могут нести большую долю расходов на эксплуатацию и обслуживание системы распределения.

Каким бы ни был путь вперед, политические лидеры должны разработать долгосрочные планы по свертыванию устаревших систем добычи ископаемого газа, не оставляя домохозяйствам с низким доходом платить за потенциально заброшенные активы.

***

Хотите глубже? Загрузите бесплатное резюме отчета Вуд Маккензи «Электрификация отопления жилых и коммерческих помещений».

Зданий | Бесплатный полнотекстовый | Сравнение потребления энергии для обогрева помещений жилых зданий на основе традиционных и модельных методов

1. Введение

Потребление энергии в мире быстро растет, и возникают опасения по поводу трудностей с поставками, истощения энергетических ресурсов и тяжелых воздействий на окружающую среду [1] .В то же время глобальный вклад зданий в потребление энергии регулярно увеличивался на 20–40 % в развитых странах [1]. На строительный сектор в Европе в 2010 г. приходилось почти 41% общего потребления энергии [2]. Жилые здания в настоящее время потребляют 30% среднего энергопотребления в мире и 25% среднего энергопотребления в Европейском Союзе [3]. Энергопотребление этих жилых зданий сильно зависит от климатических условий, физических характеристик, приборов, поведения жильцов и владельцев [3].До недавнего времени энергоэффективность зданий не была приоритетной задачей. Однако с ростом осведомленности о проблемах использования энергии и достижениями в области рентабельных технологий энергоэффективность становится серьезной проблемой для владельцев зданий как в коммерческом, так и в жилом секторах.

В этом исследовании основное внимание уделяется экономии тепловой энергии отапливаемых жилых зданий в холодных климатических условиях, например, в странах Северной Европы. Например, скандинавские страны, такие как Норвегия, обычно остаются в условиях холодного климата в течение одной трети года, что приводит к высокому потреблению энергии для обогрева помещений.Для обеспечения теплового комфорта жильцов и предотвращения замерзания источников воды важно отапливать здания. Кроме того, необходимо нагреть здание до определенной температуры, даже когда здание не занято, чтобы гарантировать, что источники воды не затронуты.

В зданиях используются различные методы управления системами отопления. Это могут быть как классические регуляторы, такие как двухпозиционные и ПИД (пропорционально-интегрально-дифференциальные), так и регуляторы более совершенного типа, интегрированные с математической моделью здания [4].Классические контроллеры имеют простую структуру и низкую начальную стоимость, что делает их наиболее часто используемыми контроллерами в системах HVAC (отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха) как в коммерческих, так и в жилых зданиях [5]. Двухпозиционное управление является одним из старейших методов, применяемых в зданиях с целью энергосбережения и теплового комфорта жильцов. Этот простой, быстрый и недорогой контроллер с обратной связью принимает только бинарные входы. Он до сих пор используется в жилых и коммерческих зданиях в качестве известного термостата [5].Хотя термостат прост и недорог, он часто не может точно отслеживать заданное значение и, следовательно, может быть неэффективным. Кроме того, оно не является универсальным и эффективным в долгосрочной перспективе [6,7,8]. Как и двухпозиционное регулирование, ПИД-регулирование также является механизмом обратной связи, который не использует знания/модель интересующей системы. Он определяет отклонение и регулирует управляющий сигнал в соответствии с этим значением. В алгоритме ПИД-регулирования используются три отдельных метода управления: (i) пропорциональный; (ii) интеграл; и (iii) производная.Сигнал управления доставляется на основе взвешенной суммы этих трех действий. Динамика тепловых процессов в здании обычно представляет собой медленно реагирующий процесс. Таким образом, пропорциональное регулирование может использоваться для регулирования температуры в здании с хорошей стабильностью и разумным смещением [5]. Производный термин борется с внезапными изменениями нагрузки. Тем не менее, небольшое количество измерений и шума процесса могут вызвать большие колебания выходных данных из-за производной [5]. Несмотря на то, что ПИД-регулятор прост в реализации и имеет ряд преимуществ [5], он может быть не самым подходящим регулятором для управления зданием по нескольким причинам [9].Требуется настроить три параметра для каждой зоны здания, что требует много времени, а повторная настройка может быть неудобной. ПИД-регуляторы не способны обрабатывать случайные помехи, поэтому могут возникать большие отклонения от уставки. ПИД-регуляторы также могут иметь превышение регулируемого параметра, что может стать проблемой при регулировке температуры в здании. Стандартный ПИД-регулятор предполагает систему с одним входом и одним выходом, что может вызвать неприемлемые отклонения в системах здания, которые имеют многопараметрическое поведение [9], поскольку они работают с низкой энергоэффективностью, что может быть неприемлемо в долгосрочной перспективе. запустить [9].Тепловая динамика здания имеет многовариантное поведение из-за теплового взаимодействия между различными зонами и системой отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC). Классические контроллеры в такой многопараметрической системе здания могут не обеспечивать такой высокой эффективности, как ожидалось. Усовершенствованные контроллеры с математической моделью отопления здания могут устранить эти ограничения [9]. Эти алгоритмы строго рассчитаны на конкретное здание. Таким образом, усовершенствованные контроллеры с математической моделью отопления здания могут сэкономить больше тепловой энергии зданий, обеспечивая при этом лучший тепловой комфорт для жильцов.Нежилые здания, такие как школы и офисы, периодически заняты и имеют регулярные часы пребывания, что позволяет легко контролировать их отопление. Кроме того, жилые дома также могут быть признаны временно занятыми помещениями. В этих зданиях также можно настроить более низкие заданные значения температуры в периоды отсутствия людей и в ночное время. Комфортные температуры необходимо поддерживать только в населенное время. На рис. 1 показано изменение температуры типичного жилого дома в течение рабочего дня.Когда жильцы отсутствуют или спят, температуру можно снизить до значения, которое не повлияет на источники воды внутри здания. До прихода или пробуждения жильцов необходимо включить систему отопления или повысить заданную температуру таким образом, чтобы комфортная температура достигалась в нужное время. Если температура находится в пределах комфортного диапазона до заселения, энергия тратится впустую, и, наоборот, если температура достигает комфортного диапазона после заселения, жильцам может быть некомфортно.Следовательно, необходимо иметь «оптимальное время нагрева». Оценка времени нагрева для небольших зданий с использованием математических моделей, основанных на физике, поясняется далее в [10] в зависимости от изменяющихся климатических условий и изменяющихся тепловых нагрузок. Возможный объем экономии энергии от этих зданий определяется падением температуры в периоды отсутствия людей и ночей, а также периодом восстановления температуры системы отопления.

Целью данного исследования является демонстрация того, сколько энергии отопления помещения можно сэкономить, используя динамическую модель здания (с оценкой времени нагрева) для управления.Как упоминалось ранее, передовые методы управления интегрированы с математической моделью интересующей системы. Когда дело доходит до управления зданиями на основе математических моделей, управление с прогнозированием моделей (MPC) становится одним из основных интересов. В литературе примеры энергосбережения на основе моделей можно найти в основном в направлении методов ПДК. Для сравнения здесь будут представлены некоторые примеры, демонстрирующие потенциал энергосбережения MPC и традиционных контроллеров.Тем не менее, это исследование не фокусируется на ПДК, а вместо этого представляет общий обзор потенциала экономии энергии при отоплении зданий при включении математических моделей.

Моросан и др. провели тематическое исследование и представили, что централизованные и распределенные стратегии управления с прогнозированием модели (MPC) могут снизить потребление энергии на 13,4% по сравнению с обычными стратегиями P (пропорционального), PI (пропорционально-интегрального) и двухпозиционного управления для выбранного день в зависимости от занятости [11].В [12] проведена оценка потенциала энергосбережения зданий с использованием ПДК, классического ПИ-регулирования и ПИ-регулирования с мертвой зоной. Разработана модель резисторно-конденсаторной сети для здания университета площадью 1500 м 2 . Общее годовое потребление энергии на квадратный метр обогреваемой/охлаждаемой площади оценивается в 87,16, 133,94 и 125,55 кВтч/м 2 для трех методов соответственно. Чтобы оценить экономию энергии, сначала необходимо оценить энергопотребление здания на обогрев помещений.В прошлом использовались различные типы математических моделей для оценки использования энергии отопления/охлаждения зданий. Статистические подходы, такие как регрессия [13,14,15], искусственные нейронные сети [16] и машины опорных векторов [17], встречаются в литературе для прогнозирования энергии. Комбинированный физический и статистический подход был использован в [18]. Основанный на физике подход к прогнозированию энергопотребления зданий объясняется в [10], и этот метод в дальнейшем будет использоваться в данном исследовании для оценки энергопотребления при отоплении помещений на основе различных подходов к отоплению для сравнения возможной экономии энергии от каждого из них. подход.

Остальная часть документа построена таким образом, чтобы представить тестовое здание, описание различных подходов к отоплению зданий, разработку математической модели, результаты и обсуждение анализов, а также заключительные замечания.

2. Испытательное здание

Здание, использованное для исследования, представляет собой жилой дом, построенный в 1987 году и расположенный в южной части Норвегии недалеко от Лангесунда. Здание состоит из трех этажей: (i) мансардный; (ii) основной этаж; и (iii) подвал. На чердаке и на первом этаже установлена ​​сбалансированная система вентиляции со встроенной системой рекуперации тепла с эффективностью 77%.Суммарная средняя скорость притока воздуха в здание составляет 0,027 м 3 /с. Здание в основном построено из дерева, а большая часть стен и пола в подвале выполнены из бетона. Размеры здания с размерами окон и дверей показаны на рис. 2, рис. 3 и рис. 4. Высота основного этажа и цоколя 240 см и 235 см соответственно. Чердак имеет треугольное поперечное сечение и его наибольшая высота составляет 198 см, которая снижается до 0 см у боковых стен.Толщина крыш и перекрытий по 30 см. На каждом этаже здания установлены электрические обогреватели. Суммарная подача тепла в здание с помощью электронагревателей составляет 6,95 кВтч. Кроме того, в подвале есть напольный обогреватель, который постоянно обеспечивает 550 Вт. Кроме того, на чердаке работают четыре персональных компьютера, которые значительно нагревают помещение. Ориентировочная теплоотдача от всех электроприборов составляет 630 Вт. Дополнительно к электронагревателям на первом этаже используется дровяная печь для обогрева здания, особенно в морозы, которые в данной работе не моделируются.Места, где расположены датчики температуры, относительной влажности и солнечного излучения, также показаны на Рисунке 2, Рисунке 3 и Рисунке 4. Эти датчики имеют частоту дискретизации 1 час.

Текущая система управления отоплением в здании основана на наборе беспроводных розеток с дистанционным управлением, которые включают и выключают электрические нагреватели по фиксированному графику. Используются стандартные электронагреватели с электрическим термостатом. Приложение используется для включения и выключения беспроводных сетевых розеток с дистанционным управлением по фиксированному расписанию, например:

Низкая заданная температура не указывается для периодов отсутствия людей и сна.Вместо этого обогреватели выключаются.

4. Подход к моделированию

Математическая модель здания является основой для расширенной реализации контроллера. Математическая модель, используемая для оценки изменения температуры, времени нагрева и потребления энергии для обогрева помещения, представляет собой непрерывную динамическую модель, разработанную для однозонного здания. Строительная единица считается контрольным объемом. Модель выражена в терминах переменных пространства состояний, и был использован подход с сосредоточенными параметрами.Подробное описание разработки модели можно найти в [19]. Уравнения (1)–(10) представляют модель, а таблица 1 описывает все символы.

Балансы массы и энергии составляют модель отопления для указанного тестового здания. Уравнения баланса массы и энергии для воздуха внутри строительного блока задаются уравнениями (1) и (2). Вентиляция играет ведущую роль в конвективном способе теплообмена в зданиях. Таким образом, применение баланса массы к воздушному потоку жизненно важно при моделировании вентилируемых помещений.В здании установлена ​​приточно-вытяжная система вентиляции. Как чердак, так и основной этаж снабжены механической вентиляцией и интегрированы с системой рекуперации тепла. При моделировании вентиляции пренебрегают инфильтрацией, поскольку она представляет собой небольшую долю по сравнению с крупномасштабной механической вентиляцией. При составлении уравнения энергетического баланса учитывается только внутренняя энергия воздуха, а кинетической и потенциальной энергиями пренебрегают.

Дискретизированное уравнение нестационарного тепловыделения используется для моделирования стен, пола и крыши здания, представленного уравнениями (3)–(5).Эти компоненты сделаны из нескольких слоев разнородных материалов, таких как дерево, бетон и изоляция. Однако для простоты слои объединены в один элемент однородных тепловых свойств, и, следовательно, j = 1. Таким образом, T s j+1 и T s j представляют температуру внешней и внутренней поверхности каждого компонента. Тепловая масса домашней мебели представлена ​​в виде сферического объекта и моделируется уравнением теплопроводности в сферических координатах после дискретизации методом конечных разностей (уравнение (6)).p,i-R/Mi)-Tiρidρidt

(2)

dTwdt=αw[Tj+1,ws−2Tw+Tj,ws(xw/2)2]

(3)

dTfdt=αf[Tj+1,fs−2Tf+Tj,fs(xf/2)2]

(4)

dTrdt=αr[Tj+1,rs−2Tr+Tj,rs(xr/2)2]

(5)

dTfurdt=αfur[Tj+1,furs−2Tfur+Tj,fursδr2fur+Tj+1,furs−Tj,fursrδrfur]

(6)

Общий поток тепла от других источников, кроме вентиляции (Q˙i), к блоку здания определяется уравнением (7), а уравнение (8) оценивает потери тепла через ограждающие конструкции здания.р,α+Tα

(9)

5. Результаты и обсуждение

Вышеупомянутая математическая модель реализована в MATLAB для построения теста и решена с помощью решателя ode15s. Модель состоит из шести переменных состояния, включая плотность в помещении, температуру в помещении и температуру компонентов здания. По результатам впервые представлено потребление энергии на отопление помещений тестового здания с 24 по 28 ноября 2014 года. Далее будут приведены данные о потреблении энергии для обогрева помещений, рассчитанные для каждого конкретного случая, с соответствующим графиком изменения температуры.

Обычно комфортная температура внутри здания составляет от 20 °C до 22 °C. Однако в следующих случаях уставка комфортной температуры в здании принимается равной 17 °C, чтобы соответствовать реальному изменению температуры внутри здания в течение периода испытаний.

Напольный обогреватель в подвале (550 Вт) работает непрерывно и учитывается только для оценки энергопотребления в период с 24 по 28 ноября 2014 г. Однако в остальных случаях предполагается, что этот напольный обогреватель работает периодически, как и другие обогреватели.

5.1. Калибровка модели и анализ ошибок
Параметры модели необходимо настроить, чтобы обеспечить хорошее соответствие между измерениями и смоделированными результатами. Существуют различные подходы к калибровке моделей отопления зданий, они описаны в [20]. Модель MATLAB, используемая в этом исследовании, откалибрована вручную путем изменения наиболее неопределенных параметров, таких как общие коэффициенты теплопередачи и температуропроводность, чтобы иметь хорошее соответствие между прогнозируемыми и измеренными профилями внутренней температуры в период с 24 по 28 ноября. 2014.Норвежский строительный технический регламент (TEK10) представляет верхний/нижний пределы для этих параметров, относящихся к норвежским зданиям, что помогло при назначении значений параметров. Однако существуют проблемы с калибровкой физических параметров по отношению к экспериментальным данным, что может привести к плохой физической интерпретации параметров. Более продвинутые методы, такие как фильтрация Калмана, могут быть интегрированы в модель для получения хорошей аппроксимации параметров [21], что не является предметом данной работы.Параметры, связанные с воздухом, ограждением здания и мебелью, использованными в моделировании, представлены в таблице 2. Данные параметры и входные переменные (рис. 5) не зависят от номера случая. Прогнозируемое изменение температуры внутри тестового здания для экспериментального период, основанный на калиброванных параметрах и измерениях, представлен на рисунке 7, который включает в себя график работы нагревателя. Модель рассматривает все тестовое трехэтажное здание как единое целое и представляет собой усредненную ситуацию внутри здания.В моделировании температура воздуха регулируется с помощью двухпозиционного регулятора для поддержания заданных температурных значений, что также является причиной частых колебаний прогнозируемого температурного профиля. Прогнозы немного расходятся с реальными измерениями в некоторые дни. Ошибка возникает из-за работы с любыми параметрами и приближениями модели, которые могут повлиять на выходные данные модели. Несмотря на то, что заданная температура составляет 17 °C с 4:00 до 8:00, расчетная средняя температура здания составляет около 16 °C в этот период.Три этажа здания имеют разные стратегии обогрева, и набор распределенных измерений используется для оценки среднего значения температуры и влажности на каждом этаже. Обычно в подвале самая низкая температура, что повлияло на среднюю температуру всего здания в этот период. Использование средней температуры также может вызвать отклонения в калибровке модели. Ошибка калибровки модели может быть уменьшена за счет индивидуального моделирования каждого этажа здания вместо того, чтобы считать их одной единицей [22].Кроме того, на измерения температуры в первый день могли повлиять действия предыдущего дня, о которых модель не знала, и которые вызвали отклонения. Другие отклонения в прогнозах могут быть связаны с необнаруженным поведением жильцов, например, с использованием дровяной печи, коротким открытием любых окон и/или дверей или изменением настроек обогревателя, и это лишь некоторые из возможностей. Кроме того, прогнозы модели, по-видимому, имеют быструю динамику по сравнению с реальными измерениями.Это может произойти, когда смоделированная тепловая инерция ниже фактической тепловой инерции. Расчетное фактическое потребление энергии для отопления помещений составляет 249,4 кВтч, что в действительности может немного отличаться из-за вышеупомянутых недостатков моделирования.
5.2. Практические примеры
На рис. 8 показано изменение внутренней температуры для случаев 1, 2, 3 и 4 соответственно. В случае 1 в течение пяти дней поддерживается постоянная внутренняя температура 17 °C. Важно поддерживать комфортную температуру для пассажиров, если представляет интерес график фиксированной температуры.Это увеличит потребление энергии для обогрева помещений, так как обогреватели работают даже в периоды отсутствия людей. Колебания температуры в случае 1 обусловлены действием моделируемого двухпозиционного регулятора с рабочим диапазоном частот ±0,25 °C. Расчетное потребление энергии для отопления помещений составляет 291,9 кВтч для этого сценария.

Случай 2 является примером системы управления на основе времени, которая сравнима с установленной системой управления в настоящее время. Два заданных значения температуры выбираются таким образом, что одно является комфортной температурой (17 °C), а другое — более низкой температурой (12 °C) с разницей в 5 °C.Нагреватели настроены на переключение между этими заданными значениями в заранее выбранное время суток. В этом эксперименте контроллер переключается на 17 °C в 3:00 и 13:00 и на 12 °C в 8:00 и 23:00. Контроллер переключается на более высокую уставку температуры за три часа до появления людей или пробуждения. Расчетное потребление энергии на отопление помещений составляет 261,4 кВтч.

Вместо переключения на более низкую уставку 12 °C в случае 3 нагреватели переключаются на 5 °C. Источники воды могут замерзнуть, если температура внутри опустится ниже 5 °C.Поэтому очень важно зафиксировать нижнюю уставку не ниже 5 °C, а не полностью выключать нагреватели. Это хорошая стратегия для экономии энергии, когда наружная температура достаточно высока, чтобы поддерживать температуру в здании на уровне незамерзающих значений. Однако результаты, полученные для Случая 2 и Случая 3, в данном эксперименте аналогичны, поскольку температура наружного воздуха достаточно высока и не опускается ниже 0 °С в течение рассматриваемого периода. Кроме того, тепловая масса здания может иметь высокое значение, что также поддерживает внутреннюю температуру выше предела 12 ° C в периоды отсутствия людей.Следовательно, как в случае 2, так и в случае 3 обогреватели не работают с 8:00 до 13:00 и с 23:00 до 3:00. Тем не менее, влияние внешней температуры можно наблюдать на графиках внутренней температуры в случаях 2 и 3, поскольку они достигают самой низкой внутренней температуры сразу после 3,5 дней. То же изменение можно увидеть в профиле наружной температуры, представленном на рисунке 5.

Вариант 2 и вариант 3 основаны на предположении, что трехчасового времени предварительного нагрева достаточно, чтобы поднять температуру в помещении до комфортной температуры. начиная с меньшего значения.Он был выбран в качестве отправной точки, когда управление не основано на модели, и постулировалось, что оно будет охватывать 80% погодных условий, не вызывая при этом слишком больших потерь энергии. Эта гипотеза была верна для тестового здания в заданных погодных условиях. Однако в очень холодный день время предварительного прогрева может быть больше 3 часов, и тепловой комфорт не будет достигнут к моменту прибытия жильцов. С другой стороны, когда температура наружного воздуха заметно высока, время предварительного нагрева может быть меньше 3 часов, что приводит к ненужным потерям энергии.Оба они являются недостатками традиционного метода управления с фиксированным временем предварительного нагрева. Эти недостатки могут быть устранены путем использования модельного управления, связанного с оценкой времени нагрева. В таких системах модель оценивает время нагрева на основе внутренних и внешних погодных условий и инициирует нагрев в нужное время для достижения теплового комфорта и экономии энергии. Случай 4 предоставит пример такой системы, основанной на модели.

В случае 4 предполагается, что агенты встают в 6:00 и уходят на работу в 8:00.Далее они возвращаются домой в 16:00 и ложатся спать в 23:00. Таким образом, жильцы пользуются зданием 2 часа утром и 7 часов вечером. Только в течение этих 9 ч здание должно обогреваться до комфортной температуры, а в остальное время уставка температуры может быть снижена. Вариант 4 отличается от случаев 2 и 3 тем, что нагреватель работает в зависимости от времени нагрева здания. Нагреватели переключаются на уставку высокой температуры до заданного времени, которое эквивалентно расчетному времени нагрева в зависимости от погодных условий.Расчетное время нагрева с помощью математической модели здания показано на рисунке 9. Максимальное время нагрева составляет 2,65 часа, а минимальное время нагрева составляет 1,63 часа. При работе нагревателей с учетом этих времен нагрева расчетное потребление энергии на обогрев помещений составляет 252,5 кВтч. Электроснабжение от системы отопления в каждый момент времени в указанный период для первых четырех случаев показано на рисунке 10. В случае 1 , работа обогревателя очень интенсивна из-за поддержания высокой температуры внутри здания все время.Вариант 2 и вариант 3 имеют эквивалентные режимы работы нагревателя, но не такие строгие, как в случае 1. При внимательном рассмотрении вариант 4 имеет наименьшую интенсивность по сравнению с тремя другими случаями. Однако картина аналогична случаям 2 и 3. Изменения температуры для случаев 5 и 6 показаны на рисунке 11. В случае 5 предполагается, что жильцы отсутствуют в здании в течение 1,75–2,75 дней. (от 42 до 66 ч). Расчетное время обогрева до прибытия жильцов — 3.2 ч, если температура поддерживается на уровне 12 °C в течение однодневного периода без людей. Через 66 ч необходимо довести внутреннюю температуру до 17 °С. Поэтому для достижения этого результата нагреватели переключаются на уставку высокой температуры на 62,8 часа. В остальное время работа нагревателя аналогична варианту 4. Расчетное потребление энергии на обогрев помещения составляет 234,5 кВтч. Если уставка температуры составляет 5 °C в течение этого однодневного периода, время нагрева составляет 4,25 часа, а потребление энергии составляет 229 часов.3 кВтч, что составляет экономию 5,2 кВтч.

В случае 6 жильцы отсутствуют в здании от 1,75 до 3,75 дней (от 42 до 90 часов), т. е. два дня, которые могут быть выходными. Время нагрева здания на момент прибытия жильцов оценивается как 3,24 и 5,4 ч для поддержания уставки отсутствия присутствия на уровне 12 °C и 5 °C соответственно в течение двухдневного периода. Потребление энергии для обогрева помещений для этих двух стратегий составляет 208,5 и 178,1 кВтч. При более низкой уставке 5 °C можно сэкономить дополнительно 30,4 кВтч.

Эти два случая представляют собой температуру в здании в праздничные и выходные дни. Когда жильцы отсутствуют в здании в течение длительного времени, это хорошая возможность сэкономить энергию, снизив уставку отсутствия людей до значения, которое не влияет на внутренние источники воды. Если для управления отоплением используется традиционный метод, представленный в случаях 2 и 3, то обогреватели должны включаться за 3 часа до прибытия жильцов. Однако оценочное время нагрева для этих двух случаев превышает 3 часа, и следствием этого является дискомфорт жильцов во время прибытия.Эту проблему можно решить, используя модельный метод управления. Далее, исходя из результатов, стоит быть в курсе погодных условий, прежде чем принимать решения по эксплуатации отопителя. Когда здание не эксплуатируется, в нем обязательно должна поддерживаться плюсовая температура, от 5 до 10 °С. Контроллер, интегрированный с математической моделью и прогнозами погоды, может привести нагреватели в требуемые условия после оценки помех.

Работа нагревателя для случаев 5 и 6 представлена ​​на рис. 12 в течение пятидневного экспериментального периода.Согласно рисунку, когда уставка низкой температуры составляет 5 °C, система отопления отключается, что позволяет экономить электроэнергию.
5.3. Прогнозы энергии
Производная математическая модель прогнозирует потребление энергии для обогрева помещения на смоделированный пятидневный период. Сравнение энергопотребления помещения для каждого случая представлено на рисунке 13 и в таблице 3. Несмотря на то, что прогнозируемое фактическое потребление энергии показано на графике, нецелесообразно сравнивать его с другими случаями, поскольку он имеет другую внутреннюю температуру. вариационный узор.Можно заметить, что поддержание фиксированной комфортной температуры в течение всего периода приводит к наибольшему потреблению энергии (случай 1). Случай 2 и случай 3 имеют одинаковые результаты. Наименьшее энергопотребление за пять дней пребывания наблюдается в случае 4 из первых четырех случаев. Следовательно, для целей контроля целесообразно использовать математическую модель для оценки времени нагрева в соответствии со схемой использования здания. Такая система может принимать мудрые решения по управлению на основе прогнозов погоды до того, как система столкнется с новой нестабильностью.

Возможная экономия энергии за счет понижения уставки температуры до 5 °C является тривиальной для коротких периодов простоя, таких как один день (Вариант 5). Однако экономия составляет около 15%, если это применяется для периодов более одного дня (вариант 6).

Если система отопления здания управляется с помощью математической модели, основанной на характере использования и времени нагрева (Вариант 4), вместо использования традиционной системы управления, как в Варианте 2, за пять дней можно сэкономить 8,9 кВтч, что составляет примерно 320 кВт·ч экономии за шесть холодных месяцев в течение года.В большинстве жилых зданий для управления обогревателями используются простые двухпозиционные контроллеры с фиксированной уставкой температуры, как в случае 1. Если они переведут имеющуюся систему на модельное управление, то смогут сэкономить до 1400 кВтч в год.

5.4. Улучшения
Одним из основных ограничений управления нагревом на основе моделей является несоответствие между фактическими и смоделированными результатами, что также можно обнаружить на рисунке 7. Прежде чем использовать конкретную модель для целей управления, необходимо преодолеть этот недостаток для лучшего производительность системы.Использование хороших методов калибровки модели является основой для достижения минимального расхождения между измеренными и смоделированными результатами. Фильтрация Калмана и ее расширения широко используются сегодня для получения более точных оценок моделей. Кроме того, адаптация модели (адаптивные модели с автоматической калибровкой) к реальной ситуации (реальные внутренние и внешние условия) является хорошим подходом к минимизации отклонений.

Многие системы измерения, доступные сегодня, имеют датчик CO 2 для измерения качества воздуха в помещении.Эти измерения также можно использовать для расширения системы моделью использования. Простая модель, основанная на значениях CO 2 , может использоваться для оценки того, когда здание используется и не используется, для оптимизации графика переключения на высокую заданную температуру.

В настоящем исследовании рассматривается потенциал экономии энергии при отоплении помещений с использованием системы управления, интегрированной с физической моделью. Однако для этой цели можно использовать не только модели, основанные на физике, но и модели, управляемые данными, или модели «серого ящика» с любым типом расширенного механизма управления, таким как управление с прогнозированием моделей, адаптивное управление или стратегии оптимального управления.Серые модели могут быть хорошим решением для достижения хорошей адаптации модели к реальным условиям (внутри и снаружи) здания.

Варианты механической конструкции для обогрева и охлаждения жилых зданий

Существует широкий спектр вариантов механической конструкции, доступных для удовлетворения потребностей в отоплении и охлаждении жилых зданий. Как правило, эти системы различаются по среде, используемой для обеспечения мощности нагрева или охлаждения.

  • Водопровод: Водяные тепловые насосы, радиаторы с использованием чиллеров, градирни и бойлеры.
  • Воздуховоды: Комплектные крышные блоки, комплектные потолочные блоки
  • Линии хладагента: Сплит-системы переменного тока, системы VRF
  • Прямой: Используется оконными кондиционерами и блоками PTAC, которые работают напрямую между внутренним и наружным помещениями, без воздуховодов.

В этой статье представлен обзор некоторых из наиболее распространенных вариантов механической конструкции, используемых для внутренних жилых помещений, а также сильные стороны и ограничения каждого типа системы:

Система вентиляции и кондиционирования  Нагревающая/охлаждающая среда

1) Четырехтрубная система с чиллером, градирней и бойлером

2) Водяной тепловой насос с градирней и бойлером

3) Система VRF с конденсаторами на крыше и газовым котлом

4) Блок PTAC с электрорезистивным нагревом

Водопровод

Водопровод

Трубопровод хладагента

Прямой


Ваше решение HVAC должно быть адаптировано к вашим потребностям, максимально повышая энергоэффективность и сводя к минимуму затраты на строительство в вашем жилом доме.



Вариант механической конструкции № 1: четырехтрубная система с чиллером, градирней и бойлером

Эта механическая конструкция получила свое название благодаря тому факту, что она имеет два отдельных водяных контура, один для горячей воды, а другой для охлажденной воды, каждый с трубой подачи и возврата. Основной принцип работы четырехтрубных систем следующий:

  • Охлаждение осуществляется с помощью чиллера и градирни: контур охлажденной воды используется для отвода тепла из внутренних помещений, а градирня используется для отвода его наружу.Если компрессор чиллера оснащен приводом с регулируемой скоростью, эта система может обеспечить очень высокую эффективность в режиме охлаждения.
  • Теплопроизводительность определяется типом котла. В целом, газовые котлы, как правило, более экономичны, чем котлы, работающие на жидком топливе или на электрическом нагреве.
  • Фанкойлы
  • оснащены змеевиками как с горячей, так и с холодной водой, что обеспечивает гибкость в любом режиме работы.

Основным преимуществом четырехтрубных систем является возможность использования обоих режимов работы одновременно и независимо друг от друга.Это может быть особенно полезно, если потребности в отоплении и охлаждении различны в разных зонах здания, особенно в многоквартирных домах и многоквартирных домах, где предпочтения и графики обычно различаются в зависимости от жильцов. Конечно, четырехтрубная система дорога в установке из-за наличия трех отдельных водяных контуров: двух для раздачи холодной и горячей воды, а третий используется чиллером для отвода тепла через градирню.

Вариант механической конструкции № 2: тепловые насосы с водяным охлаждением, градирней и бойлером

Тепловой насос можно описать простыми словами как реверсивный кондиционер: он может охлаждать помещение в цикле охлаждения, но также может работать в режиме обогрева с гораздо более высокой эффективностью, чем большинство типов котлов, особенно котлы с электрическим сопротивлением.

Благодаря реверсивному режиму работы водяные тепловые насосы обеспечивают большую гибкость в жилых зданиях. Отдельные блоки можно настроить для работы в разных режимах, а в комбинированных системах отопления и охлаждения вся система может быть чрезвычайно эффективной:

  • Тепловые насосы в режиме охлаждения извлекают тепло из помещений и отдают его в общий водяной контур.
  • Затем тепловые насосы в режиме обогрева могут извлекать тепло, переносимое водой, и отдавать его в помещении по мере необходимости.

Тот факт, что тепловые насосы используют один и тот же водяной контур, означает, что градирня и котел должны только балансировать нагрузки системы, а не полностью их удовлетворять:

  • Если нагрузка на охлаждение больше, чем нагрузка на отопление, градирня должна отводить только разницу тепла, а не общее количество тепла, удаленного из всех помещений.
  • Та же логика применяется, если нагрузка на отопление выше, чем нагрузка на охлаждение: котел должен компенсировать только разницу, а не полную нагрузку на отопление.
  • Если тепловая и охлаждающая нагрузки уравновешивают друг друга, градирня и котел могут оставаться выключенными.

Четырехтрубная система лишена этих возможностей: чиллер должен взять на себя полную нагрузку по охлаждению, а котел обеспечивает полную нагрузку по обогреву – все тепло, поглощаемое в контуре охлажденной воды, отводится градирней и не может быть использовано для обогрева помещений, потому что водяные контуры независимы.

Системы ОВиК на основе водяных тепловых насосов чрезвычайно эффективны, хотя и дороги из-за того, что каждая зона должна быть оснащена индивидуальным тепловым насосом, а также иметь общий водяной контур, градирню и котел.

Вариант механической конструкции № 3: система VRF с конденсаторами на крыше и газовым котлом

VRF означает переменный поток хладагента, а системы VRF получили свое название из-за того, что хладагент используется для передачи тепла вместо воды:

  • Один или несколько удаленно расположенных конденсаторов обеспечивают поток хладагента для нескольких внутренних фанкойлов, а привод с регулируемой скоростью используется для регулирования потока в зависимости от нагрузки. Кроме того, апартаменты могут обеспечивать собственное отопление.
  • Для дополнительного отопления в систему можно добавить газовый котел с периметральным излучением.
  • Двухтрубные системы VRF требуют, чтобы все фанкойлы работали в одном режиме, а трехтрубные системы позволяют обеспечить одновременный обогрев и охлаждение разных зон здания.

Помимо эксплуатационной гибкости, преимуществом этого варианта механической конструкции является простота установки: линии хладагента более компактны, чем водопроводные трубы и воздуховоды. Эти системы по-прежнему имеют относительно небольшую долю рынка в США, но очень распространены в Японии, где они были разработаны, и в Европе.По данным ASHRAE, стоимость систем VRF, как правило, сопоставима со стоимостью систем на основе чиллеров, а в случае импорта технологии может быть выше.

Модульный характер систем VRF является еще одним преимуществом этой технологии. В случае расширения здания можно расширить систему, просто добавив новый конденсатор и соответствующие внутренние испарители.


Ваше системное решение HVAC должно быть адаптировано к вашим потребностям, максимально повышая энергоэффективность и сводя к минимуму затраты на строительство в вашем жилом доме.


Вариант механической конструкции № 4: блоки PTAC с электрообогревом

Моноблочные оконечные кондиционеры (PTAC) представляют собой компактные системы, очень похожие на старые кондиционеры оконного типа: система автономна и не требует линий хладагента, водяных трубопроводов или воздуховодов, что значительно снижает стоимость установки. Некоторые блоки PTAC оснащены резистивным нагревателем, что позволяет им работать как в режиме нагрева, так и в режиме охлаждения.

Преимущество блоков PTAC

состоит в том, что они автономны и независимы друг от друга.Это дает им преимущество в проектах, которые будут строиться в несколько этапов, например, в многоквартирных домах, так как есть возможность расширять мощности ОВК по мере необходимости, не имея общей системы, от которой зависят все агрегаты.

Основное ограничение этой механической системы заключается в том, что они, как правило, уступают другим системам с точки зрения эффективности, особенно в режиме обогрева. Нагрев сопротивлением предлагает коэффициент полезного действия 1,0, что означает, что они должны потреблять один ватт электроэнергии на каждый ватт нагрева; с другой стороны, тепловые насосы обычно работают с КПД, равным 2.5 или более или даже выше 4,0, если выбран высокоэффективный тепловой насос.

Заключительные замечания

Существует широкий спектр технологий отопления и охлаждения для жилых зданий, а также высокая степень гибкости в настройке всей системы. Ни одна система не может считаться превосходящей остальные при любых обстоятельствах — каждый проект предлагает уникальные условия, которые отдают предпочтение одним технологиям по сравнению с другими.

Какая механическая конструкция оказалась для вас наилучшей? Дайте нам знать, оставив комментарий ниже.Если вам нужна дополнительная помощь в выборе лучшей системы HVAC для вас, нажмите здесь, чтобы узнать о наших услугах по машиностроению.

Границы | Польза для здоровья и климата от стратегий адаптации к теплу в жилых домах на одну семью

Графический реферат . В исследовании оценивались финансовые выгоды, связанные со здоровьем и сокращением выбросов парниковых газов, в дополнение к экономии затрат на коммунальные услуги, стратегии энергоэффективности и адаптации к теплу в жилье.

Введение

Экстремальная жара является одной из основных причин смерти среди метеорологических явлений (Национальная служба погоды, 2017 г.) и способствует заболеваемости сердечно-сосудистыми, респираторными, почечными, диабетическими, цереброваскулярными и желудочно-кишечными заболеваниями (Melillo et al., 2014; Campbell et al., 2014; al., 2018; Mayrhuber et al., 2018; Reidmiller et al., 2018), снижение продуктивности и когнитивных функций (Park, 2016a,b; Cedeño Laurent et al., 2018), плохой сон (Obradovich et al., 2017; Уильямс и др., 2019) и тепловой дискомфорт (Synnefa et al., 2007; van Loenhout et al., 2016). Ожидается, что частота, продолжительность и интенсивность периодов сильной жары и связанная с ними смертность и заболеваемость будут увеличиваться по мере изменения климата (Melillo et al., 2014; Reidmiller et al., 2018).

В США люди проводят более 90% своего времени в помещении (Klepeis et al., 2001), и большая часть этого времени проводится дома. Пожилые люди, маленькие дети и люди с уже существующими заболеваниями особенно уязвимы к сильной жаре и могут проводить больше времени дома, чем обычные люди.Таким образом, здания, особенно жилые дома, играют ключевую роль в определении воздействия тепла внутри помещений в периоды экстремальной жары (Samuelson et al., 2020). В результате такие факторы, как пол дома, уровень изоляции, наличие и тип системы кондиционирования воздуха (AC), тип крыши и строительные материалы, могут влиять на здоровье жильцов во время волн тепла (Naughton, 2002; O’Neill, 2005; Keller, 2013). ; Quinn et al., 2014; Taylor et al., 2015; Alam et al., 2016; Holmes et al., 2016). Таким образом, жилые дома являются местом вмешательства для смягчения последствий для здоровья, связанных с жарой.

Одной из основных стратегий адаптации, используемых до сих пор в США для борьбы с экстремальной жарой, было использование механического охлаждения (например, переменного тока). Кондиционер сам по себе не является устойчивым решением для защиты здоровья населения перед лицом более частых и интенсивных явлений экстремальной жары. Во время массовых отключений электроэнергии, которые, по прогнозам, будут происходить чаще в США (Reidmiller et al., 2018), здания могут быть не пригодны для пассивного проживания без переменного тока (Holmes et al., 2016; Baniassadi et al., 2018; Sailor et al. ., 2019). Это подвергает многих людей риску серьезной заболеваемости или смертности. Также существует серьезное неравенство в отношении владения и использования кондиционеров (O’Neill, 2005). Люди с более низким социально-экономическим статусом часто с меньшей вероятностью будут владеть и позволить себе использовать кондиционер, а у пожилых людей физиологические системы замедляют способность воспринимать перегрев (Kenny et al., 2018). Кроме того, кондиционер является углеродоемкой технологией и способствует тем же механизмам, которые делают города теплее (Krayenhoff et al., 2018).

Здания потребляют 40% энергии в США.с., почти половина из которых предназначена для жилых зданий и более трети используется для отопления помещений, вентиляции и кондиционирования воздуха (US DOE, 2012). По прогнозам, потребности в энергии для охлаждения будут увеличиваться с изменением климата (Программа исследований глобальных изменений США, 2014 г.). Во всем мире 59,5% (50,4% в США) электроэнергии вырабатывается за счет сжигания ископаемого топлива (Международное энергетическое агентство), что приводит к выбросам вредных для климата парниковых газов (ПГ) и вредных для здоровья загрязнителей воздуха (ЗВ). может вызвать 3.3 миллиона случаев преждевременной смерти ежегодно (Lelieveld et al., 2015). На здания приходится 30% глобальных выбросов парниковых газов, связанных с энергетикой (Ürge-Vorsatz et al., 2015). Производство электроэнергии и возникающие в результате парниковые газы, такие как двуокись углерода (CO 2 ), и выбросы AP, такие как двуокись серы (SO 2 ) и оксиды азота (NO x ), как правило, достигают пика в жаркие дни для удовлетворения потребностей в охлаждении. . Абель и др. (2017) обнаружили, что по мере увеличения производства электроэнергии на востоке США выбросы CO 2 , SO 2 и NO x также увеличились на 3.32, 3,35 и 3,60%/°C соответственно (Abel et al., 2017). Моделирование середины века показало, что по мере повышения средней летней температуры на 1–5 °C в восточной части США прогнозируется увеличение пикового спроса на энергию на 32%, что может привести к увеличению NO x на 16% и 18% увеличение SO 2 при использовании существующих источников выработки энергии (Meier et al., 2017).

В течение последних четырех десятилетий правительства, а также проектировщики зданий, домовладельцы и строители прилагали значительные усилия для снижения энергопотребления зданий.Разработка и внедрение строительных энергетических норм, таких как ASHRAE 90.1, IECC, и необязательных систем, таких как LEED в США (ASHRAE, 2016; Международный совет по нормам, 2018; USGBC), привели к стремлению к созданию более эффективных зданий. Хотя основной целью этих усилий было снижение спроса на энергию в зданиях (и затрат на коммунальные услуги), региональные преимущества для климата и здоровья достигаются за счет сокращения выбросов парниковых газов и AP (Buonocore et al., 2016, 2019; MacNaughton et al., 2018). Кроме того, эти меры по снижению энергопотребления могут также повысить устойчивость зданий к экстремальной жаре за счет снижения температуры внутри помещений (Сильверо и др., 2019б). Выгоды для климата и здоровья, которые накапливаются, различаются в зависимости от типа вытесняемого топлива, интенсивности выбросов, численности населения с подветренной стороны, местной метеорологии и химического состава атмосферы каждого региона (Buonocore et al., 2016; Heo et al., 2016). Однако эти региональные и внутренние преимущества для климата и здоровья часто не учитываются при принятии решений о реализации стратегий адаптации к теплу в жилых помещениях. Дополнительные выгоды от сокращения выбросов парниковых газов и загрязнителей воздуха в результате потребления электроэнергии для переменного тока, а также дополнительные выгоды в зимнее время от снижения потребления топлива для отопления также часто не учитываются.

В этой статье мы количественно оцениваем пользу для здоровья и климата от снижения энергии и температуры в помещении в результате стратегий адаптации к теплу, применяемых к жилым зданиям (в частности, подгруппе домов на одну семью) в 10 городах США с использованием моделирования характеристик зданий. Затем мы использовали смоделированное сокращение энергопотребления для оценки пользы для климата и здоровья от предотвращения региональных выбросов парниковых газов и AP.

Материалы и методика

Моделирование строительства

Мы использовали энергетическое моделирование всего здания, чтобы оценить влияние вмешательств на спрос на энергию и тепловой комфорт в подмножестве зданий в каждом городе.Мы создали модели базовых зданий и сравнили их с двумя улучшенными случаями (легкая и глубокая модернизация). В этом разделе описывается методология нашего анализа запасов зданий.

Моделирование энергопотребления зданий

Энергетические модели всего здания — это основанные на физике инструменты, используемые исследователями, инженерами и архитекторами для проведения анализа теплового комфорта и энергопотребления зданий. Текущие современные инструменты являются результатом четырех десятилетий исследований и разработок; и может надежно моделировать здания с учетом точных входных данных.Для этого исследования мы использовали EnergyPlus V9.1, инструмент, разработанный и тщательно проверенный Министерством энергетики США (Crawley et al., 2001). Входные данные для EnergyPlus включают детали, определяющие форму здания, строительные материалы, поведение жильцов, характеристики системы и сопутствующие данные о погоде.

Модели зданий

При оценке всего фонда зданий в географической области моделирование и симуляция отдельных зданий невозможны. Что еще более важно, уровень детализации данных, который позволяет различать отдельные здания, часто недоступен.Поэтому исследователи строительных наук обычно используют архетипические модели зданий в качестве репрезентативных образцов (Swan and Ugursal, 2009; Caputo et al., 2013; Reinhart and Cerezo Davila, 2016). Учитывая преобладание отдельных домов на одну семью в городских районах США (US EIA, 2015; US Census Bureau, 2017), мы ограничили наш анализ этим типом зданий. Кроме того, поскольку надежных данных о строительных свойствах зданий, построенных до 1990-х годов, не было, мы сосредоточились на зданиях, построенных между 1990 и 2010 годами.К 1990-м годам большинство городских властей в США обеспечивали соблюдение строительных норм и правил. В результате тепловые свойства зданий, построенных в этот период, подпадают под действие местного энергетического кодекса того времени. Напротив, для более старых зданий нет надежных данных о свойствах ограждающих конструкций (например, уровне изоляции) во время их строительства и возможной последующей модернизации. Это серьезно ограничивает возможности создания надежных моделей старых зданий. Примечательно, что дома, смоделированные в этом исследовании, обеспечат консервативную оценку потенциальной полезности, пользы для климата и здоровья, учитывая относительную повышенную энергоэффективность новых зданий по сравнению со старыми зданиями.

Определив область нашего анализа, мы использовали данные Американского жилищного обследования (Бюро переписи населения США, 2017 г.) и извлекли количество отдельно стоящих домов на одну семью, построенных в этот период в каждом из наших тестовых городов, и извлекли их характеристики из данных переписи. данные. Для каждого города наш архетип отражал наиболее распространенную этажность, площадь, тип подвала и топливо для отопления. В таблице 1 перечислены выбранные города, строительные характеристики типичных отдельно стоящих домов на одну семью, а также типы климата.

Таблица 1 . Характеристики типовых односемейных жилых домов в каждом городе.

Мы использовали версию Международного кодекса энергосбережения 1998 года для свойств ограждающих конструкций (изоляция стен, потолка и пола, а также свойства окон) для каждой климатической зоны и установили тип крыши (чердачное помещение или плоская крыша) на основе архетипов. предоставлено Министерством энергетики США (US DOE, 2019). Мы следовали протоколам моделирования жилищного строительства Building America, в которых изложена процедура создания энергетических моделей U.С. жилые дома (Wilson et al., 2014). Для каждого города, помимо базовой модели, мы также создали два улучшенных кейса. Наш случай легкой модернизации включает обычные вмешательства, которые, как правило, доступны по цене и относительно просты в реализации. Глубокая модернизация включает меры, которые обычно являются более дорогостоящими и требуют больше усилий (например, замена окон) (см. Таблицу 2 для базовых и модифицированных характеристик).

Таблица 2 . Характеристики моделей зданий и улучшенных корпусов.

Данные о погоде

EnergyPlus требует почасовых данных о погоде для оценки потребностей здания в отоплении, охлаждении и освещении. Когда наблюдаемые метеорологические данные недоступны, смоделированные данные оказались надежным вариантом для моделирования энергопотребления зданий (Silvero et al., 2019a). Из-за годовых изменений климата в обычной практике строительства используется типичный метеорологический год (ТМГ), который рассчитывается на основе объединения данных за 30 лет. Однако, чтобы учесть последствия изменения климата, мы использовали преобразованные «будущие» данные о погоде.Подробности доступны в другом месте (Troup and Fannon, 2016), но вкратце: данные создаются, начиная с данных TMY и сдвигая данные на основе прогнозов моделей глобальной циркуляции (GCM). Мы использовали типичную погоду (из WeatherShift), предсказанную с помощью этой методики (Troup and Fannon, 2016), для 2025–2045 годов для нашего анализа. Для получения дополнительной информации о данных TMY и методе преобразования, используемом для создания файлов погоды, которые мы использовали, обратитесь к Hall et al. (1978) и Труп и Фэннон (2016).

Моделирование и выходные данные

EnergyPlus непосредственно выводит годовую потребность здания в энергии по типу топлива и конечному использованию, а также почасовую температуру в помещении и относительную влажность.Для каждого города мы смоделировали базовый и два улучшенных случая (таблица 2). Используя передовой опыт моделирования (ASHRAE, 2016), мы затем повторили каждое моделирование еще три раза, каждый раз поворачивая ориентацию здания на 90 градусов и усредняя выходные данные, чтобы устранить любые аномалии, связанные с определенной ориентацией солнца.

Правильно подобранная и полностью функциональная система кондиционирования воздуха может с комфортом регулировать температуру внутренних помещений в любое время, даже в жарком климате. Тем не менее, нас больше интересовали сценарии, в которых AC не работает.Это может быть связано с недостатком энергии, отказом системы, отключением электроэнергии или неспособностью ощущать тепло и реагировать на него (Baniassadi, 2019). Поэтому мы запускали каждый случай с переменным током и без него. Мы использовали модели с переменным током для расчетов энергосбережения, а модели без переменного тока — для обсуждения потенциала смягчения тепла внутри помещений. Всего для каждого города было проведено 12 симуляций. Экономия электроэнергии и природного газа была умножена на общее количество жилых единиц (см. раздел «Модельные здания»), а затем была включена в анализ пользы для здоровья и климата (см. раздел «Преимущества энергетической модернизации жилых домов»).

Преимущества модернизации жилых домов

В этом анализе используется несколько общедоступных инструментов, и он следует той же методологии и модели, что и другие исследования по этой теме (Buonocore et al., 2016, 2019; MacNaughton et al., 2018). Мы перевели результаты сокращения энергии при моделировании здания в выбросы парниковых газов (CO 2 , CH 4 и N 2 O) и выбросы критерия AP (PM 2,5 , SO 2 и NO x ). ) сокращения с использованием интегрированной базы данных по выбросам и генерирующим ресурсам (eGRID) Агентства по охране окружающей среды (EPA), в которой представлены коэффициенты выбросов для интересующих ПГ и AP (US EPA, 2018).Эти коэффициенты выбросов основаны на массе каждого загрязняющего вещества, выбрасываемого в топливную смесь в каждом субрегионе. Для сокращения выбросов от природного газа (для отопления) мы использовали WebFIRE Агентства по охране окружающей среды (Агентство по охране окружающей среды США) для определения коэффициентов выбросов AP и ПГ на основе сжигания природного газа на станциях и в жилых домах. Затем мы определили количество предотвращенных выбросов AP и ПГ в каждом субрегионе eGRID (рис. 1).

Рисунок 1 . Карта субрегионов eGRID с выделенным каждым из 10 представляющих интерес городов.

Для оценки ущерба здоровью человека от выбросов AP мы использовали модель оценки воздействия загрязнения воздуха на общество с использованием регрессии (EASIUR) (Heo and Adams, 2015), как описано Heo et al. (2016). EASIUR — это модель пониженной сложности (RCM), полученная из набора симуляций с использованием сложной вычислительной модели химии атмосферы и переноса, которая обеспечивает оценки предельных социальных издержек или предельного ущерба (долл. США/метрическая тонна) от выбросов PM 2,5 , SO 2 и NO x в разрешении округа (Heo and Adams, 2015).Мы оценили общенациональное воздействие выбросов для каждого округа-источника, суммировали по штатам и присвоили среднегодовые оценки ущерба здоровью для каждого региона eGRID для каждого города. Мы оценили ущерб от возвышенных точечных источников, используя 11,2 миллиона долларов США в 2017 году в качестве значения статистической жизни (VSL) (Dockins et al., 2004) и использовали кривую концентрация-реакция с наклоном 1,29%/мкг/м 3 , после результатов метаанализа 53 исследовательских статей о связи между PM 2.5 и смертность (Vodonos et al., 2018) в качестве нашей оценки взаимосвязи между концентрациями PM 2,5 в окружающей среде и повышенным риском смертности.

Мы использовали социальную стоимость углерода (SCC) для оценки среднего ущерба здоровью от выбросов CO 2 . SCC — это денежная мера долгосрочного ущерба в результате выброса CO 2 в течение определенного года (US EPA, 2016). Мы также использовали социальные издержки выброса в атмосферу (SCAR) для оценки среднего ущерба здоровью от выбросов CH 4 и N 2 O.Эти значения были скорректированы с учетом инфляции в долларах США (USD) 2019 года, в результате чего SCC составила 39,17 долл. США за тонну CO 2 (11,97 долл. США за тонну – 114,24 долл. США за тонну), 14 143,64 долл. США за тонну N 2 O (3 046,32–38 079,03 долл. США за тонну). ) и 1 087,97 долл. США за тонну CH 4 (489,59–3 046,32 долл. США). Нижние оценки предполагали ставку дисконтирования в размере 5%, средние оценки предполагали ставку дисконтирования в размере 3%, а высокие оценки учитывали сценарий со значительными последствиями и 3%-ной ставкой дисконтирования (US EPA, 2010, 2016). Результаты представлены как общая польза для климата и здоровья от предотвращенных выбросов ПГ и АТ в январе 2016 г., доллары США.

Средняя цена на электроэнергию для бытового использования была определена для каждого штата на январь 2016 г. (US EIA, 2016), а также годовая цена на природный газ для каждого штата в 2016 г. (US EIA, 2020). Управление энергетической информации. Общая экономия коммунальных услуг от легкой и глубокой модернизации была рассчитана на основе общего количества МВт-ч местной электроэнергии и сокращенной тепловой энергии природного газа.

Затраты на модернизацию энергоснабжения жилых домов

Мы оценили стоимость модернизации здания и участка на основе нескольких источников.Мы использовали данные о затратах на строительство RSMeans за 2011 год для оценки сборки и выборочных цен за единицу нескольких вмешательств: зачеканка/герметизация окон (инфильтрация воздуха), установка оконных навесов, посадка деревьев и утепление стен и крыши. Мы ссылались на руководство Министерства энергетики США (Urban and Roth, 2010) по стоимости увеличения альбедо крыши существующей неохлаждаемой крыши. Для затрат на остекление мы использовали Национальную базу данных показателей эффективности жилых помещений (Roberts, 2012), которая также упоминается в Законе США.Руководство S. DOE по выбору энергоэффективных окон (Carmody and Haglund, 2012). Стоимость микрокапсулированных материалов фазового перехода была предоставлена ​​региональными дистрибьюторами. Все затраты были скорректированы с учетом инфляции в долларах США 2016 года.

Чтобы учесть накопленные выгоды от вмешательств с течением времени, мы рассчитали их простые периоды окупаемости, измеряемые в годах, и их чистую текущую стоимость (NPV), выраженную в долларах США (2016 долларов США). Это финансовые показатели, которые помогают определить рентабельность инвестиций или проекта.Простой срок окупаемости относится к количеству времени, которое требуется для возмещения стоимости инвестиций. NPV представляет собой разницу между первоначальными затратами и ежегодной экономией в течение срока полезного использования проекта, преобразованную в единую текущую стоимость. Последнее является более сложным измерением, поскольку оно учитывает временную стоимость денег. Если NPV положительна, вмешательство считается прибыльным в течение периода времени проекта. Были приняты 30-летний период и ставка дисконтирования 3%.

Результаты

Моделирование строительства

В среднем было 3.Снижение максимальной суточной температуры (в течение всего лета) на 6°C (диапазон: 3,0–5,5°C) по сравнению с базовым уровнем при сценариях легкой модернизации и снижение на 6,8°C (диапазон: 4,3–8,9°C) при глубокой модернизации сценариев (табл. 3). Величина снижения температуры в помещении варьировалась в зависимости от климата, при этом наибольшее снижение максимальной температуры в помещении наблюдалось в Денвере, штат Колорадо, при легкой модернизации и в Филадельфии, штат Пенсильвания, при глубокой модернизации, по сравнению с базовым зданием, в то время как в Нью-Йорке, штат Нью-Йорк (легкая модернизация ) и Лос-Анджелес, Калифорния (глубокая модернизация) имели наименьшее сокращение.Было обнаружено, что как легкая, так и глубокая модернизация снижают дневную максимальную температуру в большей степени, чем среднесуточная температура в помещении.

Таблица 3 . Смоделированная температура в помещении [° Цельсия] (без кондиционера) при легкой и глубокой модернизации по городу.

На рис. 2 показана совокупная экономия электроэнергии (рис. 2А) и экономии природного газа (рис. 2В) по городам. Только в этих городах можно сэкономить более 14,9 млн МВтч электроэнергии и 982,5 млн терм тепла природного газа за счет этих модификаций теплоснабжения жилых помещений в этой подгруппе (построенных в 1990–2010 гг.) домов на одну семью.Эти дома составляют 13–49% односемейных жилых домов в этих городах.

Рисунок 2. (A) Смоделированная экономия электроэнергии (млн МВтч) и (B) природного газа (млн терм) для каждого из 10 городов США, смоделированных с использованием легкого (относительно легкого) и глубокого (более сложного) отопления адаптационная модернизация отдельных домов на одну семью, построенных с 1990 по 2010 год. В Фениксе, Далласе и Хьюстоне наша архетипическая модель здания имела электрическое резистивное отопление вместо печи или котла, работающего на природном газе.

Сокращение потребления электроэнергии значительно различается в разных субрегионах eGRID, в основном из-за базовой энергоемкости домов на одну семью, различий в свойствах ограждающих конструкций, типа конструкции и топлива для отопления (электроэнергия по сравнению с природным газом), а также различий в климате. Три города с наибольшей потенциальной региональной экономией электроэнергии — это Даллас, штат Техас, Хьюстон, штат Техас, и Феникс, штат Аризона, которые являются самыми жаркими городами в этом анализе. По оценкам, Бостон, Массачусетс, Сиэтл, Вашингтон и Денвер, Колорадо, имеют наименьшую экономию электроэнергии.Из тех городов, которые используют природный газ для отопления, в Чикаго, штат Иллинойс, Нью-Йорке, штат Нью-Йорк, и Филадельфии, штат Пенсильвания, произошло наибольшее сокращение потребления природного газа.

Преимущества модернизации жилых домов

В рамках модернизации, направленной на адаптацию к легким и глубоким тепловым воздействиям, мы обнаружили общую среднюю оценку в 1,57 миллиарда долларов (минимальная оценка, 1,41 доллара — верхняя оценка, 2,01 миллиарда долларов) и 2,26 миллиарда долларов (2,01–2,95 миллиарда долларов) общей годовой выгоды ( климат, здоровье и полезность) соответственно.

Экономия на коммунальных услугах

Всего было 1 доллар.10 млрд и 1,57 млрд долларов прямой экономии за счет сокращения затрат на коммунальные услуги при легкой и тяжелой модернизации соответственно. В результате средняя экономия составила 110,4 млн долларов (легкая модернизация) или 156,5 млн долларов (глубокая модернизация) на город. Прямые выгоды от экономии на коммунальных услугах составляют в среднем около 77% возможных выгод при любом сценарии модернизации. Чикаго, Иллинойс, Даллас, Техас, Хьюстон, Техас, и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, испытывают наибольшую экономию на коммунальных услугах. Поскольку многие модернизации зданий снижают затраты как на отопление, так и на охлаждение, финансовая отдача, как правило, была наибольшей в суровом холодном климате и наименьшей в климатах с теплыми зимами, таких как Лос-Анджелес и Феникс.Кроме того, экономия на коммунальных услугах, как правило, была выше в городах с отоплением электричеством, а не природным газом, таких как Даллас и Хьюстон.

Польза для климата и здоровья

Связанные с изменением климата выгоды от модернизации жилых помещений с учетом теплоснабжения вытекают из сокращения выбросов парниковых газов. Польза для здоровья, полученная в результате предотвращения выбросов парниковых газов, а также снижения выбросов критериев AP. Эти косвенные выгоды составили ~23% всех рассчитанных выгод. В среднем это было 46 долларов.3 миллиона и 69,3 миллиона долларов в виде выгод для климата и здоровья на город при легкой и глубокой модернизации соответственно. Эти города будут накапливать около 462,9 млн долларов США (309,3–909,9 млн долларов США) в виде ежегодных выгод для климата и здоровья при легкой модернизации домов на одну семью, построенных с 1990 по 2010 год (рис. 3). При глубокой модернизации этих же зданий можно было бы получить около 692,8 млн долларов (442,6 млн–1,39 млрд долларов) в виде выгод для климата и здоровья (рис. 3). Эти преимущества для климата и здоровья в значительной степени связаны с удалением 5.7 млрд т СО 2 (8,8 млрд т СО 2 при глубокой модернизации) из атмосферы и сокращение 8400 т вредных для здоровья АП (13 000 т АП при глубокой модернизации).

Рисунок 3 . Общая расчетная польза для климата и здоровья (млн долларов США в 2016 г.) от легкой (белый) или глубокой (серый) адаптации к теплу, примененной к отдельным жилым домам на одну семью, построенным с 1990 по 2010 год. Столбики погрешностей указывают на низкие и высокие оценки диапазона.

Большинство различий в пользе для климата и здоровья обусловлено различиями в климате и электросетях, так что в регионах с более жарким климатом или с более загрязняющими окружающую среду и углеродоемкими сетями (т. е. обычно с большим количеством угля) климат лучше и преимущества для здоровья, которые могут быть получены в результате этих модификаций адаптации к теплу. Согласно сценариям с легкой модернизацией, Даллас, штат Техас (145,9 млн долларов США), Хьюстон, штат Техас (104,5 млн долларов США) и Чикаго, штат Иллинойс (69,4 млн долларов США), по оценкам, имеют наибольшую пользу для климата и здоровья (рис. 3).В результате глубокой модернизации Даллас, штат Техас (250,3 млн долларов США), Хьюстон, штат Техас (175,3 млн долларов США) и Феникс, штат Аризона (96,8 млн долларов США), получили наибольшую пользу для климата и здоровья; в этих же городах было самое большое сокращение электроэнергии. В то время как Чикаго, штат Иллинойс, не добился наибольшего сокращения энергопотребления в результате легкой или глубокой модернизации, он действительно получил большую экономию за счет сокращения спроса на природный газ, а также имеет более грязную электросеть. Бостон, Массачусетс, имел наименьшее количество преимуществ для климата и здоровья при любом сценарии модернизации (легкий: 3 доллара.28 миллионов; глубина: 3,51 миллиона долларов).

Общая сумма пособий

При рассмотрении как прямой выгоды от экономии коммунальных услуг, так и косвенной экономии от пользы для климата и здоровья в рамках этих сценариев модернизации Даллас, штат Техас (упрощенный: 350,5 млн долларов США; глубокий: 601,4 млн долларов США), Хьюстон, штат Техас (упрощенный: 251,1 млн долларов США; глубокий: 421,2 млн долларов США). ) и Чикаго, штат Иллинойс (легкий: 214,2 млн долларов, глубокий: 229,5 млн долларов) получили наибольшую прибыль. Денвер, Колорадо (легкий: 74,9 миллиона долларов; глубокий: 68,9 миллиона долларов), Лос-Анджелес, Калифорния (легкий: 53 доллара.7 миллионов; глубокий: 87,4 млн долларов) и Сиэтл, штат Вашингтон (легкий: 54,1 млн долларов; глубокий: 77,6 млн долларов) имели наименьшую сумму общих выгод (рис. 4). В среднем польза для климата и здоровья была эквивалентна 42,1% (легкая) и 44,1% (глубокая) стоимости экономии на коммунальных услугах (рис. 5). При любом сценарии модернизации польза для климата и здоровья, полученная в виде процента от экономии на коммунальных услугах, была наибольшей в Далласе, штат Техас, и Хьюстоне, штат Техас, и наименьшей в Бостоне, Массачусетс, и Сиэтле, штат Вашингтон.

Рисунок 4 .Общие оценочные выгоды (для климата, здоровья и коммунальных услуг) (млн долларов США 2016 г.) от легкой (белый) или глубокой (серый) модернизации адаптации к теплу, примененной к отдельным жилым домам на одну семью, построенным с 1990 по 2010 год. -оценки дальности.

Рисунок 5 . Общие расчетные выгоды для климата и здоровья (серый цвет) или коммунальные услуги (белый цвет) (млн долларов США 2016 г.) при легкой (вверху) или глубокой (внизу) модернизации адаптации к теплу, примененной к отдельным жилым домам на одну семью, построенным с 1990 по 2010 год.

В среднем общая выгода на 1 МВтч сниженной энергии составляла 205,3 млн долларов (диапазон: 180,4–274,3 млн долларов). Наибольшие общие выгоды на единицу энергосбережения были в Чикаго, штат Иллинойс (281,1 млн долларов США/МВтч) и Филадельфии, штат Пенсильвания (243,1 млн долларов США/МВтч), а наименьшие — в Фениксе, штат Аризона (171,2 млн долларов США/МВтч) и Сиэтле, штат Вашингтон (136,2 млн долларов США). /МВтч). На каждый МВтч сэкономленной энергии приходится 73,5 миллиона долларов пользы для климата и здоровья. Наибольшие выгоды для климата и здоровья в пересчете на количество энергии, уменьшенной в результате реализации этих стратегий модернизации с адаптацией к теплу в отдельных домах на одну семью в 1990–2010 годах, были получены в городах с самым грязным энергетическим балансом: Чикаго, Иллинойс (166 долларов США.9 млн/МВтч) и Филадельфия, Пенсильвания (104,4 млн долларов/МВтч). Города с более чистыми электрическими сетями, Лос-Анджелес, Калифорния (37,1 млн долл. США/МВтч) и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк (39,4 млн долл. США/МВтч), имели наименьшие выгоды для климата и здоровья в расчете на сэкономленный МВтч (рис. 6).

Рисунок 6 . Общая выгода для климата и здоровья (серый цвет) и экономия коммунальных услуг (белый цвет) на МВтч (2016 долл. США/МВтч) энергии, уменьшенной в результате модернизации с учетом тепла, примененной к отдельным домам на одну семью, построенным с 1990 по 2010 год.

При сравнении выгод в отношении смоделированного сокращения потребления энергии и количества частных домов на одну семью, построенных с 1990 по 2010 год (рис. 7), можно увидеть тенденции между городами.Положительная тенденция очевидна при сравнении сокращения выгод на МВтч на дом и количества энергии, сокращенной на дом (рис. 7), с наибольшей экономией электроэнергии и выгодами на дом в Далласе, Техас, Хьюстоне, Техас, и Филадельфии, Пенсильвания. Феникс, штат Аризона, имел умеренную экономию электроэнергии и выгоды на единицу жилья, а Сиэтл, штат Вашингтон, — наименьший.

Рисунок 7 . Общая экономия электроэнергии в расчете на отдельный дом на одну семью (с 1990 по 2010 г.) и общая выгода на МВт-ч электроэнергии, уменьшенная в результате модернизации, направленной на адаптацию к теплу в 2010 г.

Затраты на модернизацию энергоснабжения жилых домов

В таблице 4 приведены общие затраты как на легкое, так и на глубокое переоснащение. Важно рассматривать эти выгоды в контексте стоимости этих вмешательств. В полном жилом фонде отдельных домов на одну семью, построенных с 1990 по 2010 год, которые были смоделированы в этом исследовании, мы оцениваем, что легкая и глубокая модернизация будут стоить 25,09 миллиарда долларов и 212,65 миллиарда долларов соответственно. Общие затраты на эти стратегии модернизации в 16 и 94 раза превышают ежегодные накопленные выгоды для климата, здоровья и полезности этих стратегий модернизации для легкой и глубокой модернизации соответственно.Затраты на модернизацию освещения превышают годовую экономию на коммунальных услугах в 23 раза, а региональную годовую пользу для климата и здоровья в 54 раза.

Таблица 4 . Ориентировочная стоимость (2016 долларов США) легкой и глубокой модернизации частных домов на одну семью, построенных с 1990 по 2010 год для города.

Для всех городов оценки затрат на эти стратегии варьируются от ~ 5 100–8 600 долларов США за единицу для легкой модернизации и от 52 000 до 67 000 долларов США за единицу для глубокой модернизации смоделированных отдельно стоящих домов на одну семью.При любой стратегии модернизации Филадельфия, штат Пенсильвания, получает наибольшую общую выгоду на единицу жилья с наименьшей стоимостью модернизации. Бостон, Массачусетс, также продемонстрировал умеренные преимущества на единицу жилья при относительно более низкой стоимости. Согласно текущим предположениям моделирования, этот архетип жилья представляет собой наименьшее количество квартир в Бостоне, штат Массачусетс. Хотя в Далласе, штат Техас, и в Хьюстоне, штат Техас, в расчете на единицу жилья были получены большие выгоды, средняя стоимость была выше. В других городах, которые были проанализированы, связь между общей выгодой и стоимостью модернизации различается более широко (рис. 8).

Рисунок 8 . Общие годовые затраты (2016 долл. США) на глубокую (вверху) и легкую (внизу) модернизацию по адаптации к теплу в расчете на одну отдельно стоящую жилую единицу (1990–2010 гг.) дома на одну семью, построенные в 1990–2010 гг.

Мы дважды оценивали сроки окупаемости и чистую приведенную стоимость этих вмешательств для легкой и глубокой модернизации. Во-первых, мы учитывали только экономию на коммунальных услугах, а во-вторых, учитывали общую экономию (коммунальные услуги, климат и здоровье) (табл. 5).Если учесть все сбережения, период окупаемости легкой модернизации составляет от 6 до 40 лет, в среднем 18,5 лет, а средняя общая выгода составляет 2128 долларов на дом во всех 10 городах за 30-летний период. Учет либо всех сбережений, либо только сбережений на коммунальные услуги может оказать существенное влияние на эти показатели. В некоторых случаях это влияние может быть особенно значительным. Например, периоды окупаемости только коммунальных услуг для легкой модернизации домов в Далласе, штат Техас, и Хьюстоне, штат Техас, составляют 26 лет и 32 года соответственно.С учетом экономии на климате и здоровье эти сроки окупаемости сокращаются почти вдвое (15 и 19 лет соответственно). В отличие от легкой модернизации, глубокая модернизация экономически не привлекательна, с длительным периодом окупаемости и отрицательной чистой приведенной стоимостью.

Таблица 5 . Простая окупаемость (годы) и чистая приведенная стоимость (2016 долларов США) легкой и глубокой модернизации частных домов на одну семью, построенных с 1990 по 2010 год для города, с учетом только экономии на коммунальных услугах или общей экономии (на коммунальных услугах, климате и здоровье).

Обсуждение

В этом исследовании было смоделировано снижение энергопотребления в отдельных домах на одну семью, построенных с 1990 по 2010 год, в 10 городах США, что позволяет нам оценить итоговые преимущества для здоровья и климата. По нашим оценкам, смоделированная модернизация для адаптации к теплу в этом подмножестве жилых зданий может принести 1,57 млрд долларов США (1,41–2,01 млрд долларов США) или ~ 2,26 млрд долларов США (2,01–2,95 млрд долларов США) общей годовой выгоды, полученной в результате легкой или глубокой модернизации соответственно. .Экономия на коммунальных услугах составляет около 77% этих выгод, и на нее приходится 1,10 миллиарда долларов общей выгоды при легкой модернизации и 1,57 миллиарда долларов при глубокой модернизации. Косвенные региональные выгоды для климата и здоровья от предотвращения вредных для здоровья выбросов AP и парниковых газов принесут 462,9 млн долларов США (301,3–909,9 млн долларов США) в виде ежегодных выгод при легкой модернизации и 692,8 млн долларов США (442,6–1,39 млрд долларов США) при глубокой модернизации. Польза для климата и здоровья была эквивалентна 42,1% (свет) и 44.1% (вглубь) от стоимости экономии на коммунальных услугах в среднем.

Чтобы полностью понять экономические последствия модернизации, обеспечивающей адаптацию к теплу, мы учли первоначальные инвестиционные затраты на мероприятия. Если в анализ включены все сбережения (коммунальные услуги, здравоохранение и климат), легкая модернизация дает среднюю общую выгоду в размере 2128 долларов США на дом во всех 10 городах за 30-летний период со средним периодом окупаемости 18,5 лет. Примечательно, что пересмотренный список вариантов модернизации, т. е. тот, который устраняет некоторые из наименее прибыльных инвестиций, может быть выбран для каждого города, чтобы повысить финансовую отдачу.Тем не менее, список изученных здесь модификаций служит для того, чтобы позволить нам сравнить прямые и косвенные выгоды. Важно отметить, что учет либо всех сбережений, либо только сбережений на коммунальные услуги может существенно повлиять на эти результаты. Например, срок окупаемости легкой модернизации уменьшается в среднем с 25 до 18,5 лет с учетом всех сэкономленных средств. Глубокая модернизация имеет гораздо более длительные сроки окупаемости и не является привлекательной с чисто финансовой точки зрения.

В последние десятилетия правительства, проектировщики зданий и домовладельцы уделяли особое внимание снижению энергопотребления зданий.Из-за того, что основное внимание уделяется сокращению потребления энергии для экономии коммунальных услуг, большая часть этой работы была классифицирована как смягчение последствий изменения климата, поскольку она снижает потребление энергии и, как следствие, выбросы AP и ПГ от производства электроэнергии, а не адаптацию к изменению климата. Однако решения по адаптации к изменению климата, такие как модернизация жилых зданий для смягчения последствий экстремальной жары, также могут привести к снижению спроса на энергию. Эти сокращения имеют прямую выгоду для арендодателей, домовладельцев и жильцов за счет снижения затрат на коммунальные услуги.

Учитывая, что многие люди в США проводят большую часть своего времени дома, жилые здания играют важную роль в повышении устойчивости и готовности к экстремальным аномальным аномальным тепловым явлениям, а также в защите жильцов во время вредных тепловых явлений. На сегодняшний день жилые дома в США в основном полагались на усиление механического охлаждения для улучшения теплового комфорта во время экстремальных явлений жары. Существует большой набор адаптационных вмешательств и модификаций, которые позволят снизить температуру в помещении и снизить потребление энергии.Эти меры по адаптации к изменению климата, подобные тем, которые моделируются в данном документе, приводят к выгодам для климата и здоровья в регионе за счет сокращения выбросов парниковых газов и АТ в результате производства энергии (Buonocore et al., 2016, 2019; MacNaughton et al., 2018). Эти косвенные выгоды для климата и здоровья широко не учитываются при планировании и реализации стратегий адаптации к изменению климата. В этой статье мы стремились продемонстрировать величину потенциальной экономии коммунальных услуг, а также преимущества для климата и здоровья потенциальных решений по адаптации к теплу.Эти преимущества следует учитывать при планировании адаптации к теплу, и они могут сделать некоторые варианты модернизации более привлекательными с финансовой точки зрения для проектировщиков, жильцов и других лиц, принимающих решения.

Коммунальные услуги варьировались в зависимости от города, но определялись смоделированным сокращением потребления энергии, долей местного жилищного фонда, представленной смоделированным архетипом здания, используемым в этом исследовании, и стоимостью электроэнергии и природного газа в каждом городе. В среднем прямые выгоды от экономии на коммунальных услугах составили 2.38 (легкая модернизация) или 2,27 (глубокая модернизация) раз больше, чем косвенные выгоды от улучшения климата и здоровья. Выгоды, связанные с изменением климата, в результате модернизации жилых помещений с адаптацией к отоплению вытекают из сокращения выбросов ПГ, при этом польза для здоровья достигается за счет этих предотвращенных выбросов в атмосферу, а также за счет снижения выбросов критериев AP. Эти косвенные выгоды составляли ~42–44% всех рассчитанных выгод. В среднем 46,3 млн долларов США и 69,3 млн долларов США в пользу климата и здоровья на город при легкой и глубокой модернизации, соответственно, и были связаны с удалением 5.7–8,8 млрд т СО 2 из атмосферы и снижение вредных для здоровья АС на 8400–13000 т.

Масштабы выгод для климата и здоровья различались в зависимости от города и в значительной степени были обусловлены различиями в структуре энергопотребления, с «грязными» сетями, такими как те, которые состоят из большего количества ископаемого топлива, что приводило к увеличению пользы для климата и здоровья при одних и тех же сценариях модернизации. При таком более грязном энергетическом балансе сокращение спроса на электроэнергию может заменить сжигание угля или нефти, что предотвратит выброс в атмосферу большего количества ПГ или АТ по сравнению с регионом с более чистым энергетическим балансом (например, вг., больше возобновляемой энергии). Кроме того, более жаркие регионы также получили больше преимуществ для климата и здоровья в результате этих модификаций адаптации к теплу из-за большего сокращения спроса на энергию в более жаркие дни и использования в большинстве городов электрического тепла. Такие города, как Даллас, штат Техас, Хьюстон, штат Техас, Феникс, штат Аризона, и Чикаго, штат Иллинойс, имели наибольшее количество преимуществ для климата и здоровья. Филадельфия, штат Пенсильвания, имела умеренное количество преимуществ на дом при относительно более низкой стоимости модернизации. Эти города, которые составляют самые жаркие города и регионы в США.S. с самыми грязными энергетическими смесями, предложите места, где можно максимизировать баланс экономии энергии в жилых помещениях, общих выгод и затрат на модернизацию.

Польза для здоровья от снижения температуры в помещении

Наши результаты показывают, что эти косвенные преимущества для климата и здоровья значительны, поскольку мы выбрали функцию «концентрация-реакция», которая намного ниже, чем в большинстве других исследований загрязнения воздуха и риска смертности. В дополнение к преимуществам для климата и здоровья, которые являются результатом сокращения потребления энергии, значительные преимущества также будут получены в результате снижения температуры внутри помещений в домах на одну семью, поскольку жилые здания становятся более устойчивыми к экстремально жаркой погоде и уменьшают воздействие опасных и вредных для здоровья температур.При отсутствии функционирующего кондиционера мы оценили максимальное снижение температуры в помещении на 3,0–5,5 °C и 4,3–8,9 °C при сценариях легкой и глубокой модернизации соответственно. Мы не можем количественно оценить эти дополнительные преимущества для здоровья от снижения температуры в помещении, которые не включены в наши оценки. Тем не менее, есть обширные исследования, обсуждаемые ниже, демонстрирующие большую пользу для здоровья, которая возможна для пассажиров с этими вмешательствами по адаптации к теплу.

Несмотря на огромное количество доступной литературы по теплу и здоровью с использованием температуры окружающей среды, лишь немногие эпидемиологические исследования изучали температуру внутри помещений и ее влияние на смертность, заболеваемость и последствия для здоровья при перепадах температур.Здесь мы кратко суммируем некоторые соответствующие результаты эпидемиологической литературы, которые продемонстрировали связь между температурой в помещении и этими последствиями для здоровья, чтобы поместить предполагаемое снижение температуры в помещении в результате этих модификаций адаптации к теплу в контекст и продемонстрировать дополнительные потенциальные преимущества для здоровья, которые возможны от более прохладной внутренней среды.

Недавнее эпидемиологическое исследование в Техасе, в котором использовались данные о смертности с моделированием летней жары в помещениях на уровне группы переписных блоков, выявило 1.18 и 1,27 раза выше шансов смертности на 5 ° C увеличения максимального индекса дискомфорта в помещении в тот же день для заболеваний, связанных с жарой и кровообращением, соответственно, в Хьюстоне (Baniassadi, 2019; Wilhelmi et al., 2020). При повышении максимальной температуры в помещении на 5°C в тот же день вероятность смертности, связанной с жарой, увеличилась в 1,11 раза, а вероятность смертности, связанной с кровообращением, увеличилась в 1,18 раза при увеличении максимального индекса дискомфорта в помещении на 5°C в Хьюстоне ( Вильгельми и др., 2020). Высокие температуры в помещении также связаны с заболеваемостью и ухудшением сна и когнитивных функций.У молодых здоровых взрослых людей в районе Большого Бостона, штат Массачусетс, исследователи обнаружили снижение общей продолжительности сна на 2,74 минуты и увеличение времени реакции на 16–24 мс в подтвержденных когнитивных тестах при повышении ночной температуры в помещении на 1 °C (Cedeño Laurent et al., 2018), а также большее количество нарушений сна при повышении средней ночной температуры в помещении на 5°C у пожилых людей, живущих в государственном жилье в том же городе (Williams et al., 2019). Когда температура в помещении дома престарелых повысилась с 22,6 до 25 °C, возбуждение у пациентов с деменцией усилилось (Tartarini et al., 2017). Наконец, было зафиксировано увеличение на 43% (15%) случаев медицинских дистресс-реакций в связи с респираторными заболеваниями (сердечно-сосудистыми заболеваниями), поскольку индекс температуры в помещении превысил 26°C, а также были обнаружены данные о том, что как диастолическое, так и систолическое артериальное давление могут значительно повышаться в помещении или в помещении. повышение температуры наружного воздуха (Kim et al., 2012; Uejio et al., 2016).

Адаптация к энергосбережению, которая также приводит к снижению температуры в помещении, может быть связана с широким спектром преимуществ для здоровья жителей, которые следует учитывать при принятии решений о реализации стратегий адаптации в жилых помещениях.Например, Алам и др. (2016) смоделировали корреляцию между энергетическим рейтингом жилья и смертностью, связанной с жарой, в Мельбурне; эти исследователи обнаружили, что если весь существующий жилой фонд, который в настоящее время имеет низкие тарифы на электроэнергию, будет повышен до минимального рейтинга Energy Star 5,4, уровень смертности от события, подобного сильной жаре 2009 года, может снизиться на 90% (Alam et al., 2016). ). Недавнее исследование, проведенное в Соединенном Королевстве, показало, что применение внешних жалюзи снижает потребление энергии, а смертность от жары может снизиться на 37–43% (Taylor et al., 2018). Исследования, проведенные в Парагвае, показали, что, хотя изменение климата приведет к повышению температуры, что вызовет больший дискомфорт у жильцов здания, меры по модернизации энергоснабжения могут смягчить воздействие и поэтому должны быть включены в строительные нормы и правила (Silvero et al., 2019b). Эти исследования показывают, как эти стратегии адаптации для борьбы с экстремальным воздействием тепла, подобные тем, которые были смоделированы в рамках этого исследования, приводят к значительной экономии энергии, а также к преимуществам для здоровья населения за счет снижения воздействия тепла на жильцов.

Реализация стратегий адаптации к теплу может способствовать положительной обратной связи, снижению энергопотребления и температуры в помещении, что снижает потребность в охлаждении, снижает потребление энергии в будущем и отработанное тепло, связанное с переменным током, в окружающую среду (которое затем также снижает городскую температуру) (Kikegawa et al., 2003; Hsieh et al., 2007; Salamanca et al., 2014). Цифры, представленные в этом исследовании, поэтому, вероятно, занижают истинную величину возможных выгод для климата и здоровья, поскольку в этих анализах не учитывалось сокращение отработанного тепла.

Несмотря на то, что пробелы в знаниях все еще существуют из-за отсутствия всеобъемлющих эпидемиологических ассоциаций между воздействием температуры в помещении и воздействием на здоровье, эти исследования свидетельствуют о том, что значительная польза для здоровья может быть результатом более низких температур в помещении при таких величинах, как снижение температуры на 3,0–5,5°C Легкая модернизация и 4,3–8,9 °C при глубокой модернизации, продемонстрированные здесь. Снижение температуры в помещении, оцененное в результате легкой и/или глубокой модернизации, принесло бы значительную пользу общественному здравоохранению, хотя мы не можем количественно определить точную величину этих преимуществ в рамках данного анализа.

Ограничения

Существуют некоторые ограничения этих анализов. В частности, мы использовали отдельные архетипы для представления среднего дома. В будущем это можно улучшить, увеличив количество архетипов на город. Однако ключевым барьером остаются явные данные. Например, данные Американского жилищного обследования или Обследований энергопотребления в жилых домах не представлены в виде таблиц с двумя или тремя переменными. Что касается предотвращенных выбросов, eGRID моделирует сокращение выбросов и связанные с этим выгоды от вытесняемого в среднем основного типа топлива, а не от фактической вытесняемой топливной смеси.Следовательно, если отдельная электростанция работает одновременно на газе и угле и использует меньше газа в ответ на снижение спроса на электроэнергию, а не на среднюю топливную смесь, это не отражается в нашем моделировании. Кроме того, представленные здесь выгоды для климата и здоровья не включают выбросы за весь жизненный цикл от источников энергии (например, добычи полезных ископаемых, гидроразрыва), которые вносят значительный вклад в воздействие на здоровье некоторых видов топлива, таких как уголь (Epstein et al., 2011) или природный газ (McKenzie et al., 2012; Adgate et al., 2014).

Еще одно ограничение, которое следует учитывать, заключается в том, что смета затрат на эти модификации включает только рыночную стоимость. Они не включают экологические затраты на производство или транспортировку, и эти дополнительные воздействия этих вмешательств по модернизации следует учитывать при планировании и реализации широкомасштабных решений по модернизации. Ущерб климату и здоровью, а также цены на коммунальные услуги, используемые в этих анализах, относятся к январю 2016 года, чтобы обеспечить внутреннюю согласованность с другими моделями и оценками на протяжении всего анализа.Однако эти цены зависят от местоположения и времени. Время, сезон, место сокращения потребления могут привести к различным сценариям вытеснения энергии, и для учета этого везде используются среднегодовые значения. Кроме того, по мере изменения электросети выгоды от сокращения потребления, как показано здесь, будут уменьшаться, поскольку сеть становится менее углеродоемкой (т. е. за счет использования большего количества возобновляемых источников энергии).

Поскольку этот анализ был сосредоточен на частных домах на одну семью, построенных с 1990 по 2010 год, многие дома на одну семью не включены в наше моделирование зданий и сопутствующие результаты.Возможно, дома на одну семью, смоделированные в этом исследовании, были построены с максимальной энергоэффективностью среди всех домов на одну семью на сегодняшний день. Таким образом, потенциальные ранее неучтенные преимущества для климата и здоровья, оцененные здесь, вероятно, являются консервативной оценкой и превышают эти значения.

Для расчета срока окупаемости можно было бы выбрать другие варианты модернизации, более привлекательные с финансовой точки зрения. Например, менее агрессивные уровни изоляции могут быть более рентабельными в мягком и теплом климате.Кроме того, эти расчеты не учитывают всех выгод, получаемых от снижения выбросов парниковых газов или воздействия экстремальной жары на здоровье. Однако эти оценки позволяют нам сравнить величину прямых и косвенных выгод для климата и здоровья, которые следует учитывать при планировании адаптации для повышения теплоустойчивости жилого фонда.

Заключение

Поскольку частота и интенсивность экстремальной жары увеличиваются с глобальным изменением климата, жилые здания играют ключевую роль в адаптации к изменению климата, поскольку они обеспечивают точку вмешательства для смягчения высоких температур внутри помещений и воздействия жары на здоровье населения.Однако эти меры по адаптации к теплу в жилых помещениях не были полностью оценены с точки зрения их потенциальной пользы для энергии, климата и здоровья, но было обнаружено, что они принесли 1,57 миллиарда долларов (1,04–2,01 миллиарда долларов) в виде общих преимуществ для коммунальных служб, климата и здоровья при легкой модернизации и 2,26 доллара. миллиардов (2,01–2,95 млрд долларов США) в рамках сценариев серьезной модернизации в 10 городах США. Польза для климата и здоровья может составлять в среднем дополнительно 42–44% прямой экономии на коммунальных услугах. В то время как глубокая модернизация не оказалась финансово выгодной, средний срок окупаемости легкой модернизации с учетом всех преимуществ составлял всего 6 лет, при этом средняя экономическая выгода составила 2128 долларов США на дом во всех 10 городах.Эти прямые и косвенные выгоды следует учитывать при планировании тепловой адаптации жилых зданий, особенно на политическом уровне, и они могут сделать некоторые варианты модернизации более привлекательными с финансовой точки зрения для проектировщиков, жильцов и других лиц, принимающих решения.

Заявление о доступности данных

Необработанные данные, подтверждающие выводы этой статьи, будут предоставлены авторами без неоправданных оговорок.

Вклад авторов

AW, AB, PI, JC-L и HS внесли свой вклад в концепцию и дизайн исследования.AW, AB и PI организовали базу данных. AB и PI выполнили анализ моделирования здания и написали разделы рукописи. AW провела статистический анализ пользы для здоровья и климата при содействии JB. AW написал первый черновик рукописи. HS и AB обеспечили финансирование. HS руководил проектом. Все авторы внесли свой вклад в доработку рукописи, прочитали и одобрили представленную версию.

Финансирование

Это исследование финансировалось Фондом решения проблем изменения климата Гарвардского университета.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Редактор обработки в настоящее время организует тему исследования с одним из авторов JB.

Благодарности

Мы хотим поблагодарить Гарвардский центр зеленых зданий и городов за предоставление офисных помещений.

Ссылки

Абель, Д., Holloway, T., Kladar, R.M., Meier, P., Ahl, D., Harkey, M., et al. (2017). Реакция выбросов электростанций на температуру окружающей среды на востоке США. Окружающая среда. науч. Технол. 51, 5838–5846. doi: 10.1021/acs.est.6b06201

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Адгейт, Дж. Л., Гольдштейн, Б. Д., и Маккензи, Л. М. (2014). Потенциальные опасности для здоровья населения, воздействие и последствия для здоровья в результате добычи нетрадиционного природного газа. Окружающая среда.науч. Технол. 48, 8307–8320. дои: 10.1021/es404621d

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Алам, М., Санджаян, Дж., Зоу, П. X. В., Стюарт, М. Г., и Уилсон, Дж. (2016). Моделирование корреляции между энергетическими рейтингами зданий и смертностью и заболеваемостью, связанными с жарой. Сустейн. Города Соц. 22, 29–39. doi: 10.1016/j.scs.2016.01.006

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

АШРАЭ. (2016). Стандарт ASHRAE 90.1-2016, Энергетический стандарт для зданий, кроме малоэтажных жилых домов. Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха (ASHRAE) . Доступно в Интернете по адресу: https://ashrae.iwrapper.com/ViewOnline/Standard_90.1-2016_(IP) (по состоянию на 10 февраля 2020 г.).

Баниассади, А. (2019). Уязвимость жилого фонда США к теплу: статус-кво, тенденции, стратегии смягчения последствий и роль энергоэффективности . Темпе, Аризона: Университет штата Аризона.

Академия Google

Баниассади, А., Хойзингер, Дж., и Сейлор, Д. Дж. (2018). Энергоэффективность в сравнении с устойчивостью к экстремальным перебоям в нагреве и подаче электроэнергии: роль меняющихся строительных норм энергопотребления. Стр. Окружающая среда. 139, 86–94. doi: 10.1016/j.buildenv.2018.05.024

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Буонокор, Дж. Дж., Хьюз, Э. Дж., Миханович, Д. Р., Хео, Дж., Аллен, Дж. Г., и Уильямс, А. (2019). Польза для климата и здоровья от расширения использования возобновляемых источников энергии в Соединенных Штатах. Окружающая среда. Рез. лат. 14:114010. дои: 10.1088/1748-9326/ab49bc

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Buonocore, J.J., Luckow, P., Norris, G., Spengler, J.D., Biewald, B., Fisher, J., et al. (2016). Польза для здоровья и климата от различных вариантов энергоэффективности и возобновляемых источников энергии. Нац. Клим. Изменение 6, 100–105. doi: 10.1038/nclimate2771

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Кэмпбелл, С., Ременьи, Т. А., Уайт, К.Дж. и Джонстон, Ф. Х. (2018). Исследование волн тепла и воздействия на здоровье: глобальный обзор. Health Place 53, 210–218. doi: 10.1016/j.healthplace.2018.08.017

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Капуто, П., Коста, Г., и Феррари, С. (2013). Вспомогательный метод для определения энергетических стратегий в строительном секторе в городском масштабе. Энергетическая политика 55, 261–270. doi: 10.1016/j.enpol.2012.12.006

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Седеньо Лоран, Дж.Г., Уильямс А., Оулхот Ю., Занобетти А., Аллен Дж. Г. и Шпенглер Дж. Д. (2018). Снижение когнитивных функций во время аномальной жары у жителей домов без кондиционеров: обсервационное исследование молодых людей летом 2016 г. PLoS Med. 15:e1002605. doi: 10.1371/journal.pmed.1002605

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Crawley, D.B., Lawrie, L.K., Winkelmann, F.C., Buhl, W.F., Huang, Y.J., Pedersen, C.O., et al.(2001). EnergyPlus: создание программы моделирования энергопотребления здания нового поколения. Энергетическая сборка. 33, 319–331. doi: 10.1016/S0378-7788(00)00114-6

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Докинс, К., Магуайр, К., Саймон, Н., и Салливан, М. (2004). Значение статистического анализа жизни и экологической политики: белая бумага . J Страхование рисков. 72, 577–599.

Академия Google

Эпштейн, П. Р., Буонокор, Дж. Дж., Eckerle, K., Hendryx, M., Stout III, B.M., Heinberg, R., et al. (2011). Полноценный учет жизненного цикла угля: Полный стоимостной учет жизненного цикла угля. Анн Н.Ю. акад. 1219, 73–98. doi: 10.1111/j.1749-6632.2010.05890.x

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Hall, IJ, Prairie, R.R., Anderson, H.E., and Boes, E.C. (1978). Генерация типичного метеорологического года. in (Сан-Диего, Калифорния, США: Управление научной и технической информации Министерства энергетики США) .Доступно в Интернете по адресу: https://www.osti.gov/biblio/7013202 (по состоянию на 2 марта 2020 г.).

Академия Google

Хео, Дж., Адамс, П.Дж., и Гао, Х.О. (2016). Затраты общественного здравоохранения на выбросы первичных PM2,5 и неорганических прекурсоров PM2,5 в США. Окружающая среда. науч. Технол. 50, 6061–6070. doi: 10.1021/acs.est.5b06125

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Холмс, С. Х., Филлипс, Т., и Уилсон, А. (2016). Перегрев и пассивная обитаемость: индексы здоровья и тепла в помещении. Стр. Рез. Поставить в известность. 44, 1–19. дои: 10.1080/09613218.2015.1033875

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Се, К.-М., Арамаки, Т., и Ханаки, К. (2007). Оценка отвода тепла от зданий в городе Тайбэй на основе времени использования кондиционера и смягчения его последствий. Стр. Окружающая среда. 42, 3125–3137. doi: 10.1016/j.buildenv.2006.07.029

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Келлер, Р. К. (2013). Место имеет значение: смертность, пространство и городская форма во время аномальной жары 2003 года в Париже. Французский исторический конный завод. 36, 299–330. дои: 10.1215/00161071-1960682

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Кенни, Г. П., Флорис, А. Д., Ягути, А., и Нотли, С. Р. (2018). К разработке основанных на фактических данных рекомендаций по максимальной температуре в помещении в жаркую погоду в умеренно-континентальном климате. Температура 6, 11–36. дои: 10.1080/23328940.2018.1456257

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Кикегава, Ю., Генчи Ю., Йошикадо Х. и Кондо Х. (2003). Разработка системы численного моделирования для всесторонней оценки мер противодействия городскому потеплению, включая их влияние на потребности городских зданий в энергии. Заяв. Энергия 76, 449–466. doi: 10.1016/S0306-2619(03)00009-6

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ким Ю.-М., Ким С., Чеонг Х.-К., Ан Б. и Чой К. (2012). Влияние аномальной жары на температуру тела и кровяное давление у бедных и пожилых людей. Окружающая среда. Здоровье Токсикол . 27:e2012013. doi: 10.5620/eht.2012.27.e2012013

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Klepeis, N.E., Nelson, W.C., Ott, W.R., Robinson, J.P., Tsang, A.M., Switzer, P., et al. (2001). Национальное обследование моделей человеческой деятельности (NHAPS): ресурс для оценки воздействия загрязнителей окружающей среды. J. Экспозиция Sci. Окружающая среда. Эпидемиол. 11, 231–252. doi: 10.1038/sj.jea.7500165

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Крайенхофф, Э.С., Мустауи М., Бродбент А.М., Гупта В. и Джорджеску М. (2018). Суточная взаимосвязь между расширением городов, изменением климата и адаптацией в городах США. Нац. Клим. Изменение 8, 1097–1103. doi: 10.1038/s41558-018-0320-9

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Леливельд, Дж., Эванс, Дж. С., Фнайс, М., Гианнадаки, Д., и Поззер, А. (2015). Вклад источников загрязнения атмосферного воздуха в преждевременную смертность в глобальном масштабе. Природа 525, 367–371.doi: 10.1038/nature15371

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

MacNaughton, P., Cao, X., Buonocore, J., Cedeno Laurent, J.G., Spengler, J.D., Bernstein, A., et al. (2018). Экономия энергии, сокращение выбросов и сопутствующие преимущества для здоровья движения за экологичное строительство. J. Экспозиция Sci. Окружающая среда. Эпидемиол. 28, 307–318. doi: 10.1289/isesisee.2018.O04.02.04

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Майрхубер, Э.А.-С., Дюкерс М.Л.А., Валлнер П., Арнбергер А., Аллекс Б., Висбёк Л. и др. (2018). Уязвимость к аномальной жаре и последствия для вмешательств в области общественного здравоохранения – предварительный обзор. Окружающая среда. Рез. 166, 42–54. doi: 10.1016/j.envres.2018.05.021

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Маккензи, Л. М., Виттер, Р. З., Ньюман, Л. С., и Адгейт, Дж. Л. (2012). Оценка риска для здоровья человека от выбросов в атмосферу при освоении нетрадиционных ресурсов природного газа. Науч. Общая окружающая среда. 424, 79–87. doi: 10.1016/j.scitotenv.2012.02.018

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Мейер, П., Холлоуэй, Т., Пац, Дж., Харки, М., Ал, Д., Абель, Д., и соавт. (2017). Влияние более теплой погоды на выбросы в секторе электроэнергетики из-за использования энергии зданиями. Окружающая среда. Рез. лат. 12:064014. дои: 10.1088/1748-9326/aa6f64

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Мелилло, Дж. М., Ричмонд, Т.и Йохе, GW, (ред.). (2014). Последствия изменения климата в США: Третья национальная оценка климата . Программа исследования глобальных изменений США, 841 стр. дои: 10.7930/J0Z31WJ2

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Обрадович, Н., Миглиорини, Р., Медник, С. К., и Фаулер, Дж. Х. (2017). Ночная температура и бессонница человека в меняющемся климате. Науч. Доп. 3:e1601555. doi: 10.1126/sciadv.1601555

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

О’Нил, М.С. (2005). Расовые различия в смертности, связанной с жарой, в четырех городах США: роль распространенности кондиционирования воздуха. Дж. Городское здоровье. 82, 191–197. doi: 10.1093/jurban/jti043

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Парк, Дж. (2016a). Температура, результаты тестов и уровень образования. Рабочий документ экономического факультета Гарвардского университета , 66.

Реферат PubMed | Академия Google

Куинн, А., Тамериус, Дж.Д., Пержановски М., Якобсон Дж. С., Гольдштейн И., Акоста Л. и соавт. (2014). Прогнозирование риска воздействия тепла в помещении во время экстремальных тепловых явлений. Науч. Общая окружающая среда. 490, 686–693. doi: 10.1016/j.scitotenv.2014.05.039

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Reidmiller, D.R., Avery, C.W., Eastling, D.R., Kunkel, K.E., Lewis, K.L.M., Maycock, T.K., et al. (2018). Четвертая национальная оценка климата. Том II: Воздействие, риски и адаптация в США, краткий отчет .Вашингтон, округ Колумбия: Программа исследования глобальных изменений США Доступно в Интернете по адресу: https://nca2018.globalchange.gov/ (по состоянию на 9 февраля 2019 г.).

Рейнхарт, К.Ф., и Сересо Давила, К. (2016). Энергетическое моделирование городских зданий – обзор зарождающейся области. Стр. Окружающая среда. 97, 196–202. doi: 10.1016/j.buildenv.2015.12.001

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Робертс, Д. (2012). Национальная база данных мер по повышению эффективности жилищного строительства, направленная на снижение риска для индустрии модернизации жилых помещений (№DOE/GO-102012-3229) . НРЕЛ. Доступно в Интернете по адресу: https://remdb.nrel.gov/.

Академия Google

Сейлор, Д. Дж., Баниассади, А., О’Леник, К. Р., и Вильгельми, О. В. (2019). Растущая угроза тепловых катастроф. Окружающая среда. Рез. лат. 14:054006. дои: 10.1088/1748-9326/ab0bb9

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Саламанка Ф., Джорджеску М., Махалов А., Мустауи М. и Ван М. (2014). Антропогенный нагрев городской среды за счет кондиционирования воздуха: антропогенный нагрев за счет переменного тока. Ж. Геофиз. Рез. 119, 5949–5965. дои: 10.1002/2013JD021225

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Самуэльсон Х., Баниассади А., Лин А., Гонсалес П.И., Броули Т. и Нарула Т. (2020). Жилье как решающий фактор уязвимости к жаре и здоровья. Науч. Общая окружающая среда. 2020:137296. doi: 10.1016/j.scitotenv.2020.137296

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Сильверо, Ф., Лопс, К., Монтелпаре, С.и Родригес Ф. (2019a). Генерация и оценка местных климатических данных из числовых метеорологических кодов для калибровки энергетических моделей зданий. Энергетическая сборка. 188–189, 25–45. doi: 10.1016/j.enbuild.2019.02.001

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Сильверо Ф., Лопс К., Монтелпаре С. и Родригес Ф. (2019b). Оценка воздействия изменения климата на здания в Парагвае — риск перегрева при различных будущих климатических сценариях. Стр.Модел. 12, 943–960. doi: 10.1007/s12273-019-0532-6

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Лебедь, Л.Г., и Угурсал, В.И. (2009). Моделирование конечного потребления энергии в жилом секторе: обзор методов моделирования. Продлить. Поддерживать. Energy Rev. 13, 1819–1835 гг. doi: 10.1016/j.rser.2008.09.033

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Синнефа, А., Сантамоурис, М., и Акбари, Х. (2007). Оценка влияния применения охлаждающих покрытий на энергетические нагрузки и тепловой комфорт жилых зданий в различных климатических условиях. Энергетическая сборка. 39, 1167–1174. doi: 10.1016/j.enbuild.2007.01.004

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Тартарини Ф., Купер П., Флеминг Р. и Баттерхэм М. (2017). Температура воздуха в помещении и возбуждение обитателей домов престарелых с деменцией. утра. Дж. Альцгеймер Дис. Другой Демент. 32, 272–281. дои: 10.1177/1533317517704898

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Тейлор, Дж., Уилкинсон, П., Дэвис, М., Армстронг Б., Чалаби З., Маврогианни А. и соавт. (2015). Картирование влияния городского острова тепла, жилья и возраста на смертность, связанную с избыточной жарой, в Лондоне. Городской климат. 14, 517–528. doi: 10.1016/j.uclim.2015.08.001

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Taylor, J., Wilkinson, P., Picetti, R., Symonds, P., Heaviside, C., Macintyre, H.L., et al. (2018). Сравнение адаптации искусственной среды к тепловому воздействию и смертности в жаркую погоду, регион Уэст-Мидлендс, Великобритания. Окружающая среда. Междунар. 111, 287–294. doi: 10.1016/j.envint.2017.11.005

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Uejio, C.K., Tamerius, J.D., Vredenburg, J., Asaeda, G., Isaacs, D.A., Braun, J., et al. (2016). Летнее воздействие жары в помещении и вызовы с респираторной и сердечно-сосудистой недостаточностью в Нью-Йорке, штат Нью-Йорк, США Indoor Air 26, 594–604. doi: 10.1111/ina.12227

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Юрге-Форзац, Д., Кабеса, Л.Ф., Серрано, С., Барренече, К., и Петриченко, К. (2015). Тенденции и движущие силы энергии отопления и охлаждения в зданиях. Продлить. Поддерживать. Энергия Ред. 41, 85–98. doi: 10.1016/j.rser.2014.08.039

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Агентство по охране окружающей среды США. (2010). Документ технической поддержки: — Социальная стоимость углерода для анализа регулирующего воздействия — В соответствии с распоряжением 12866 — . Межведомственная рабочая группа по социальным издержкам углерода, правительство США.

Академия Google

van Loenhout, J.A.F., le Grand, A., Duijm, F., Greven, F., Vink, N.M., Hoek, G., et al. (2016). Влияние высоких температур в помещении на самооценку здоровья пожилых людей. Окружающая среда. Рез. 146, 27–34. doi: 10.1016/j.envres.2015.12.012

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Водонос, А., Авад, Ю. А., и Шварц, Дж. (2018). Концентрация-реакция между долгосрочным воздействием PM2,5 и смертностью; метарегрессионный подход. Окружающая среда. Рез. 166, 677–689. doi: 10.1016/j.envres.2018.06.021

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Вильгельми, О., О’Леник, К., Хайден, М., Сейлор, Д., и Баниассади, А. (2020). Оценка рисков для здоровья в помещении и уязвимости пожилых людей к экстремальной жаре и озону. в (Бостон, Массачусетс) . Доступно в Интернете по адресу: https://ams.confex.com/ams/2020Annual/meetingapp.cgi/Paper/369785 (по состоянию на 14 января 2020 г.).

Академия Google

Уильямс, А.А., Шпенглер, Дж. Д., Каталано, П., Аллен, Дж. Г., и Седено-Лоран, Дж. Г. (2019). Повышенная уязвимость в условиях изменяющегося климата: воздействие температуры в помещении и последствия для здоровья пожилых людей, живущих в государственном жилье во время экстремальной жары в Кембридже, Массачусетс. Междунар. Дж. Окружающая среда. Рез. Общественное здравоохранение 16:2373. doi: 10.3390/ijerph26132373

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Уилсон, Э., Мецгер, К.Е., Горовиц, С., и Хендрон, Р. (2014).Протоколы моделирования дома в Америке, 2014 г. Продлить. Энергия 91:1126820. дои: 10.2172/1126820

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Возобновляемое отопление помещений | Агентство по охране окружающей среды США


Об отоплении помещений

Отопление помещений является одним из основных видов использования энергии в зданиях по всей стране. Последние данные показывают, что на отопление помещений приходится около 42 процентов энергопотребления в жилых домах США и около 36 процентов энергопотребления в США.С. коммерческие здания. 1,2

Домовладельцы тратят примерно 73 миллиарда долларов, или 29 процентов своих общих расходов, связанных с энергетикой, только на отопление помещений, в то время как коммерческие здания ежегодно тратят более 27 миллиардов долларов, или 15 процентов. 3 Однако основным топливом, используемым для отопления помещений, является природный газ; некоторые регионы страны широко используют другие виды топлива. Например, коммунальные предприятия природного газа, как правило, не обслуживают большинство сельских районов, а большая часть северо-востока не имеет газоснабжения.Многие клиенты в этих областях используют печное топливо или пропан.

В 2010 году отопление помещений в жилом секторе произвело около 324 миллионов метрических тонн выбросов углекислого газа, а коммерческие здания добавили дополнительно 161 миллион метрических тонн в год. 4

Требования к системам отопления зависят от размера и сложности помещений, которые необходимо отапливать.

Эти проценты основаны на «объекте» или «поставленной» энергии, которая представляет собой общую стоимость энергии в британских тепловых единицах в точке, когда она входит в здание.

Источники данных:

Как работает возобновляемое отопление помещений

Технологии возобновляемого отопления помещений работают почти так же, как и обычные системы отопления помещений, за исключением того, что они используют возобновляемые ресурсы для выработки тепла, а не из ископаемого топлива, такого как природный газ.

Одним из факторов, который следует учитывать при оценке технологий возобновляемого отопления, является то, что некоторые из них обеспечивают тепло с перерывами, в то время как другие обеспечивают тепло с постоянной и надежной скоростью, независимо от времени суток или сезона.Технологии возобновляемого отопления не всегда полностью заменяют существующую систему отопления здания, а вместо этого используют существующую обычную систему отопления в качестве резервной, когда возобновляемых ресурсов недостаточно для удовлетворения потребностей здания в отоплении. Системы отопления на биомассе являются исключением, так как они могут полностью заменить существующую систему отопления здания.

Технологии возобновляемого отопления помещений можно интегрировать во множество различных типов существующих традиционных систем теплоснабжения на основе ископаемого топлива.Обычные традиционные системы подачи тепла включают принудительное воздушное отопление, водяное (или водяное) отопление и паровое отопление. Системы возобновляемого отопления часто используют теплообменник для передачи полезного возобновляемого тепла в систему отопления здания.

Из-за нескольких факторов часто с финансовой точки зрения желательно проектировать возобновляемую систему отопления таким образом, чтобы сократить только наиболее дорогостоящую дополнительную единицу традиционного использования энергии. Таким образом, многие системы отопления на возобновляемых источниках энергии предназначены для простого «предварительного нагрева» или сокращения самой дорогой дополнительной единицы традиционного топлива.

Совместимые возобновляемые технологии

Некоторые технологии хорошо подходят для обогрева помещений. Ниже приводится краткое описание потенциальных технологий-кандидатов.

Солнечные технологии

Как плоские солнечные коллекторы, так и солнечные коллекторы с вакуумными трубками являются распространенными технологиями, используемыми для обогрева помещений. Эти технологии являются масштабируемыми, так что даже большие здания могут получить выгоду от обогрева помещений, если в них достаточно места для установки коллекторов.Основными ограничениями для технологий солнечного отопления помещений являются верхние пределы температуры (см. диаграмму ниже) и доступность солнечного света относительно времени, когда энергия нагрева больше всего нужна. Разработчики системы могут оптимизировать угол падения массива солнечных коллекторов, чтобы решить проблемы сезонной доступности. В некоторых случаях проектировщик может использовать вакуумные трубчатые коллекторы для улавливания солнечного света под низким углом, характерного для зимних месяцев, или для получения более высоких температур для удовлетворения потребностей здания в отоплении.

Еще одной технологией солнечного обогрева помещений является вытяжной коллектор, который напрямую нагревает воздух и подает его через существующую систему воздуховодов и вентиляции здания. Солнечные коллекторы могут собирать до 60-70 процентов солнечной энергии, попадающей на коллекторы, что делает их очень эффективными при доставке низкотемпературного тепла. Эта технология идеально подходит для зданий, стены которых выходят на юг рядом с точкой доступа к существующим воздуховодам здания.

Геотермальная технология

Геотермальные тепловые насосы могут использоваться по всей территории Соединенных Штатов в дополнение к системам отопления помещений.В настоящее время, по оценкам, более миллиона домов используют геотермальные тепловые насосы для обогрева и охлаждения. Тепловые насосы могут эффективно поставлять энергию как для обогрева, так и для охлаждения. Тепловые насосы обычно ограничены площадью, доступной для установки подземных контуров трубопроводов. Для крупномасштабных применений, таких как большие здания или центральное отопление, геотермальный пар может быть особенно эффективным источником возобновляемого тепла, если он доступен.

Технология биомассы

Древесную биомассу можно сжигать вместо ископаемого топлива для обогрева зданий, начиная от домов на одну семью и заканчивая крупными промышленными объектами.Системы отопления на биомассе, такие как бойлеры, часто могут заменить существующую обычную инфраструктуру отопления. Одной из проблем, связанных с использованием древесной биомассы, является обеспечение стабильного снабжения топливом, а также хранение и переработка топлива из биомассы на месте.

На приведенной ниже интерактивной диаграмме показано, какие технологии возобновляемых источников энергии могут использоваться для обогрева бытовых или коммерческих помещений. Вы можете щелкнуть любую из технологий, чтобы перейти на новую страницу с более подробной информацией.

Возобновляемые технологии и приложения для обогрева помещений

Технологии и приложения

 

приложений

 

Понимание диаграммы

На приведенной выше диаграмме показаны технологии и приложения для обогрева помещений с точки зрения приблизительного диапазона «рабочей температуры», который представляет собой требуемую температуру теплоносителя в системе возобновляемого отопления.Рабочая температура не обязательно совпадает с конечной температурой конечного продукта (в данном случае нагретого воздуха или воды, которые в конечном итоге доставляются). Например, для некоторых обычных коммерческих систем отопления помещений требуется рабочая температура 100-200°F, даже если система обогревает здание только до 70°F.

На приведенной выше диаграмме показаны приблизительные диапазоны рабочих температур. Точные требования к рабочей температуре для конкретного здания или системы отопления будут зависеть от таких факторов, как тип, размер и расположение системы.Рабочая температура, которую может обеспечить конкретная технология возобновляемых источников энергии, также будет зависеть от конкретных факторов. Например, количество тепла, которое может обеспечить система солнечных коллекторов, будет зависеть от того, сколько солнечного света она получает и под каким углом.

Узнайте больше о возобновляемом отоплении помещений

Ключевые возобновляемые технологии

Управление энергетической информации США. 2012. Обследование энергопотребления в жилых домах за 2009 год.Таблица CE3.1. Потребление конечного использования домохозяйством в США, общие и средние значения, 2009 г. Эти итоговые значения основаны на «объекте» или «поставленной» энергии, которая представляет собой общее значение энергии в БТЕ на момент ее поступления в здание.
Управление энергетической информации США. 2008 г. Исследование энергопотребления коммерческих зданий за 2003 г. Таблица Е1А. Основное потребление топлива (БТЕ) ​​по конечному использованию для всех зданий. Эти итоговые значения основаны на «объекте» или «поставленной» энергии, которая представляет собой общую стоимость энергии в БТЕ в момент ее поступления в здание.
Министерство энергетики США. 2011. Справочник по энергопотреблению зданий. По состоянию на октябрь 2014 г. Данные о расходах приведены за 2010 г.
Министерство энергетики США. 2011. Справочник по энергопотреблению зданий. По состоянию на октябрь 2014 г. Данные о выбросах взяты за 2010 г.

Пожары отопления в жилых домах

Выводы:

  • Количество пожаров в системе отопления резко сократилось. За последние 20 лет оценочное количество пожаров в жилых домах снизилось с 200 000 до 49 000 в 2004 году.
  • Пожары в системе отопления являются второй по значимости причиной всех пожаров в жилых домах (после пожаров на кухне).
  • Ограниченные пожары отопления, те пожары, которые связаны с дымоходами, дымоходами, топливными ящиками или котлами, составляют 86% пожаров отопления жилых зданий.
  • Пожары в системе отопления из-за сбоев в электроснабжении более распространены в многоквартирных домах, чем в домах на одну и две семьи.
  • Более четверти пожаров отопления в жилых домах происходят из-за неправильного ухода за отопительным оборудованием, в частности, из-за отсутствия очистки оборудования.

В период с 2002 по 2004 год в жилых домах возникало в среднем 49 100 пожаров отопления, в результате которых погибло около 125 гражданских лиц, 575 человек получили ранения и имущественный ущерб составил 232 миллиона долларов. Термин «отопление» применяется к тем пожарам, которые вызваны работающими или неисправными центральными отопительными приборами, стационарными или переносными локальными отопительными приборами, каминами, отопительными печами, дымоходами и водонагревателями. В этом тематическом отчете рассматриваются причины и характеристики пожаров отопления, возникающих в жилых домах.

Данные Национальной системы отчетности о пожарах (NFIRS) (2002–2004 гг.) показывают, что потери от пожаров в жилых домах ниже, чем средние потери по всем пожарам в зданиях. Когда пожары с ограниченным обогревом с малыми потерями разделены, потери на пожар без замкнутого отопления и без замкнутого пожара без отопления почти равны; однако количество смертей и травм на тысячу пожаров несколько выше при возгорании в системе отопления без ограничений. При закрытых отопительных пожарах в жилых домах, когда пожары связаны с дымоходом, дымоходом, топливной горелкой или неисправностью котла, потери на один пожар почти в два раза выше, чем при пожарах в жилом доме, не отапливаемых закрытых пожарах, в то время как уровень травматизма довольно мал.Поскольку смертельные случаи при ограниченных пожарах случаются редко, уровни смертности в этих группах минимальны и практически неразличимы.

ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ ПОЖАРОВ В ЖИЛЫХ ЗДАНИЯХ

Отопление (19%) уступает только приготовлению пищи (47%) в качестве основной причины пожаров в жилых домах. В последние 1970-х и начале 1980-х, отопление было фактически основной причиной из-за всплеска использования альтернативных обогревателей и дровяного отопления. Этот всплеск был в значительной степени вызван нехваткой энергии и экологическими проблемами.В то время как общее количество пожаров в стране за последние 25 лет сократилось почти на 50%, снижение числа пожаров в системе отопления было значительным. В 1983 г. произошло около 200 000 пожаров в системе отопления; к 2004 году это число упало примерно до 49 000 человек.

    • Приготовление пищи 46,7%
    • Отопление 19,1%
    • Зажигание, подозрительное 8,0%
    • Открытое пламя, Эмбер, Факел 7,4%
    • Другое тепло, Пламя, искра 5,2%

    При нагревании пожаров возникают

    , как было бы Ожидается, что количество пожаров в системе отопления начнет увеличиваться осенью и продолжит увеличиваться в течение зимы.Они наиболее распространены в зимние месяцы с декабря по февраль при использовании систем центрального отопления. переносные обогреватели и камины наиболее распространены. Пиковым месяцем пожаров в жилых домах является январь, а в оставшуюся часть зимнего сезона и в начале весны количество пожаров снижается. Несмотря на более широкое использование отопительного оборудования, пожары в отоплении по-прежнему остаются второй по значимости причиной (после приготовления пищи) пожаров в жилых домах в осенние и зимние месяцы.

    Пожары в жилых домах чаще всего возникают в ранние утренние часы.По мере того, как люди просыпаются, чтобы начать повседневную деятельность, тепловые огни увеличиваются и остаются постоянными в течение утра и полудня. По мере приближения сумерек и снижения температуры наружного воздуха все более интенсивно используются отопительные устройства и системы. Соответственно, пожары в жилых домах увеличиваются во второй половине дня и достигают пика между 18:00 и 18:00. и 20:00

    ПОЖАР ОТОПЛЕНИЯ ЖИЛОГО ЗДАНИЯ ПО МЕСЯЦУ ПРОЯВЛЕНИЯ

    • ЯНВАРЬ 20,3%
    • ФЕВРАЛЬ 15,4%
    • МАРТ 11.5%
    • апреля 6,7%
    • май 3,6%
    • июнь 2,4%
    • июль 2,4%
    • августа 1,8%
    • Сентябрь 2,4%
    • Октября 7.2%
    • Ноябрь 10,5%
    • декабря 16.2%

    ГДЕ ПРОИСХОДЯТ ПОЖАРЫ ОТОПЛЕНИЯ – ТИП ЖИЛОГО ПОМЕЩЕНИЯ И ТИП ПРОИСШЕСТВИЯ

    Одно- и двухквартирные дома непропорционально распространены среди пожаров при отоплении жилых зданий. Пожары отопления в домах на одну и две семьи составляют 81% пожаров отопления жилых зданий, в то время как только 68% текущих пожаров U.Жилой фонд S. представляет собой жилье на одну семью. На многоквартирные дома, составляющие 32% жилищного фонда, приходится еще 15% этих отопительных пожаров. Эти различия в частоте возникновения пожаров могут объясняться тем, что в большинстве многоквартирных домов (квартир, кондоминиумов и т.п.) имеются профессионально обслуживаемые системы отопления. Остальные пожары отопления жилых домов (4%) происходят в гостиницах, общежитиях и других жилых помещениях.

    Восемьдесят шесть процентов пожаров в жилых домах связаны с отоплением.Это пожары, которые ограничены дымоходом или дымоходом или являются результатом неисправности топливной горелки или котла и ограничены топливной горелкой или котлом. Пожары в замкнутых жилых домах происходят примерно в одинаковой пропорции по основным типам жилой недвижимости (86% для одной и двух семей и 87% для многоквартирных домов), но поскольку пожары в системах отопления в домах на одну и две семьи преобладают в числе пожаров, эти в основном здесь возникают локальные пожары.

    ОБОРУДОВАНИЕ, УЧАСТВУЮЩЕЕ В ОТОПЛЕНИИ ПОЖАРОВ

    Если включить небольшие очаги возгорания, дымоходы, безусловно, являются крупнейшим источником пожаров при отоплении жилых помещений, на которые приходится более половины этих пожаров (53%).Печи, как центральные, так и комнатные, являются причиной 35% пожаров в жилых домах. Когда эти небольшие пожары исключены, пожары в печах составляют наибольшую долю пожаров отопления.

    Ведущее оборудование, участвующее в зажигании жилых зданий нагревательные пожары

    • Печи 19,3%
    • Водонагреватель на 15,7%
    • Утеплители 14,0%
    • Печи, Отопление 12,7%
    • Указанные нагревательные, вентиляционные или кондиционирование оборудования 11.1%
    • ДЫМОХОДЫ 8,5%
    • КАМИНЫ 7,7%

    ЧТО ГОРИТ?

    Если предоставлена ​​конкретная информация, основными предметами, воспламеняющимися при возгорании отопления, являются несущие конструкции, пленка, остатки, включая краску и смолу; и электрический провод. Однако существуют вариации в зависимости от конкретного нагревательного оборудования. Например, пожары, связанные с обогревателями, чаще связаны с подстилкой, чем с другими источниками тепла, а в каменных дымоходах чаще возникают остатки смолы, также известной как креозот.

    ПУНКТ, ВОЗНИКШИЙ ПЕРВЫМ В ЖИЛОМ ЗДАНИИ ПОЖАР ОТОПЛЕНИЯ

    • Элемент конструкции или каркас 10,2%
    • Пленка, остатки, включая краску и смолу 9,9%
    • Электрический провод, изоляция кабеля 6,6%
    8
  • Три фактора играют ведущую роль в возгорании отопления жилых зданий: эксплуатационные проблемы, неправильное использование отопительного оборудования, механические неисправности. Тридцать семь процентов пожаров в системе отопления жилых домов связаны с той или иной формой эксплуатационных недостатков.Почти три четверти (73%) этой категории, или немногим более четверти всех пожаров отопления в жилых домах (27%), приходится на нечистку отопительного оборудования (в первую очередь дымоходов, каминов, каминных и отопительных печей). Неправильное использование отопительного оборудования стало причиной еще 23% пожаров в жилых домах. Размещение горючих предметов слишком близко к источнику тепла (в первую очередь портативных обогревателей и водонагревателей) составляло большую часть (71%) этого неправильного использования. Двадцать один процент возгораний отопления в жилых домах были вызваны механическими отказами или неисправностями, более половины из которых (53%) были неустановленными отказами или неисправностями.

    Приблизительно одна треть пожаров отопления, указывающих на факторы, способствовавшие возгоранию, связаны с механическими или электрическими неисправностями (31%). Причина этого отказа варьируется в зависимости от типа жилой недвижимости, затронутой пожаром. Как в домах на одну, так и на две семьи, а также в многоквартирных домах от 20 до 26 процентов пожаров в системе отопления происходят из-за механических проблем. (20% для одной и двух семей; 26% для многоквартирных домов). Напротив, проблемы с электричеством чаще встречаются в многоквартирных домах (22% против 8% в домах на одну и две семьи).)

    ПОГИБШИЕ ГРАЖДАНСКИЕ ЛИЦА

    Отопление является четвертой основной причиной гибели гражданских лиц от пожаров в жилых зданиях после поджогов, курения и открытого огня. Однако при дальнейшем анализе пожары отопления в жилых домах, а также дети, играющие с огнем, с большей вероятностью приведут к многочисленным жертвам, чем другие причины пожаров со смертельным исходом. Что касается пожаров отопления жилых домов, то половина пожаров со смертельным исходом происходит между полуночью и 6 часами утра, когда пострадавшие спали.

    АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ТЕПЛА

    Некоторые пожары не обязательно кодируются как пожары отопления. Смертельным явлением являются пожары, возникающие, когда люди используют альтернативные источники тепла (например, плиту) для согрева. Эта практика может быть более распространена в бедных районах, где люди не могут позволить себе топливо для отопления и вместо этого полагаются на обогреватели или даже на открытый огонь для обогрева своих домов. Помимо создания потенциальной опасности возгорания, эти методы могут привести к накоплению опасных паров угарного газа, которые так же смертельны, как огонь.

    Недавние примеры возгораний отопления:

    • Октябрь 2006 г. Один человек был госпитализирован, а передвижной дом был уничтожен пожаром, который начался в коридоре передвижного дома возле печи. Местный начальник пожарной охраны отметил, что возгорание произошло случайно и произошло из-за внезапного похолодания в начале сезона. В момент возгорания житель спал в постели.
    • февраль 2005 г.; Пожарные были вызваны на место пожара в работающем дымоходе, из которого шли тлеющие угли, а из каменной кладки виден дым.Было установлено, что огонь мог распространиться между трубой печи и внутренней частью дымохода. Пожарные снаружи работали над локализацией возгорания в дымоходе, в то время как внутренние бригады проверяли наличие каких-либо расширений и скрытых возгораний.
    • октябрь 2004 г .; Электрический обогреватель, установленный слишком близко к матрасу, вызвал пожар, в результате которого погиб 65-летний мужчина. Прибывшие в 00:59 пожарные обнаружили небольшое возгорание матраса футон. По словам пожарных, они взяли его под контроль менее чем за 5 минут.Пострадавший спал в трейлере, когда вспыхнул пожар.
    • декабрь 2002 г.; Следователи из Управления государственного пожарного надзора говорят, что неограниченный дымоход стал причиной предрассветного пожара в доме, унесшего жизнь 47-летнего мужчины. Пожарные отметили, что необлицованный дымоход с годами разрушился, а огонь, похоже, возник из-за тепла дровяной печи.

    ЗАКЛЮЧЕНИЕ

    Несмотря на снижение численности, пожары отопления в жилых домах продолжают возникать.Многие такие пожары можно предотвратить путем надлежащего обслуживания и правильного использования отопительного оборудования. Учитывая, что в настоящее время в NFIRS сообщается о большом проценте пожаров в дымоходах, большинство из которых происходит из-за отсутствия надлежащей очистки, важность надлежащего обслуживания невозможно переоценить. Как печи, так и дымоходы должны ежегодно проходить профессиональный осмотр и очищаться по мере необходимости. Накопление смолы (креозота) в дымоходе – частая причина пожаров в дымоходах.

    Другие области, в которых домовладельцы могут помочь предотвратить возгорание отопления:

    • Убедитесь, что дровяные печи правильно установлены, вдали от горючих поверхностей, имеют надлежащую опору для пола и достаточную вентиляцию.
    • Убедитесь, что ваши обогреватели и переносные обогреватели имеют аварийное отключение при опрокидывании. Никогда не заправляйте обогреватель, работающий на топливе, пока он работает или еще горячий.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

*