Исследование с помощью теплофизического моделирования конструкции энергоэффективного отапливаемого здания с двухконтурной рекуперацией воздуха в зависимости от эксплуатационных условий и сценариев погоды ООО Новатор Про

По материалам годового отчета за грант СТАРТ 2011 (первый год), Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере "Исследование с помощью теплофизического моделирования конструкции энергоэффективного отапливаемого здания с двухконтурной рекуперацией воздуха в зависимости от эксплуатационных условий и сценариев погоды." Государственный контракт 9092р/14865 от Работа проведена по патенту на изобретение РФ , г. Энергосберегающее отапливаемое здание Автор и патентообладатель - Директор ОООНоватор Про Ризванов Салават Фанзилович Предлагаемая аббревиатура исследуемого устройства - VHRM (Ventilation Heat Recovery Machine) ООО Новатор Про

Устройство VHRM 1.Рекуператор VHRM1 - четырехходовой трубчатый воздухоподогреватель 2.Каналы подачи вытяжного вентиляционного воздуха 3.Осевой приточный вентилятор воздухоподогревателя 4.Регулируемые вентиляционные заслонки и обратные клапана вытяжки помещений здания 5.Конденсатопровод 6.Рекуператор VHRM2 7.Раздаточное устройство 8.Утепленный чердак 9.Стабилизатор потока теплоносителя 10.Теплоинерционное пространство под зданием 11.Устройство сжигания топлива 12.Боковые вытяжные вентиляторы 13.Дренажная система 14.Заглушка 15.Крышный вытяжной вентилятор 60-70% потребности в тепловой энергии на отопление современных, интенсивно эксплкатируемых зданий за отопительный период тратится на подогрев вентиляционной нормы воздуха, который более этого, чаще никак не используется, или, теоретически, может использоваться специализированным рекуперативным тепловым насосом со сложной механикой и существенным расходом электричества. Устройство VHRM2 не имеет мировых аналогов для холодного климата !!! ООО Новатор Про

Размещение VHRM в архитектурном проекте здания, тривиального, с точки зрения архитектуры, строительных технологий и условий эксплуатации 1. Воздухоподогреватель VHRM1. 2. VHRM2. 3. Раздаточное устройство. 4. Воздушная часть теплоинерционного пространства под зданием. 5. Массивная часть теплоинерционного пространства под зданием 6. Водогрейный котел. 7. Дымоход. 8. Принудительная вытяжка воздуха из (4). ООО Новатор Про

Устройство воздухоподогревателя VHRM1 1.Коридорный пучек труб 2.Трубная доска 3.Приточная камера дымовых газов 4.Вытяжная камера дымовых газов 5.Кожух Методика теплотехнического расчета VHRM1 была проведена аналогично методики расчетной школы НПО по исследованию Энергетического оборудования им. И.И. Ползунова на основе которой рассчитаны и функционируют сотни тысяч воздухоподогревателей большой энергетики. ООО Новатор Про Современный, с точки зрения экологических стандартов на допустимый состав дымовых газов, низкотемпературный воздухоподогреватель VHRM1, с температурой поверхности пучка дымовых труб меньше точки росы дымовых газов.

Блок-схема функционирования VHRM-здания ООО Новатор Про Поток теплоносителя – вентиляционный и инфильтрационный воздух помещений VHRM-здания через регулировочные заслонки, обратные клапана и приточный вентилятор попадают в воздухоподогреватель, где через тонкую стенку обмениваются теплом с дымовыми газами, и далее, через раздаточное устройство и стабилизатор потока попадают в теплообменник VHRM2. Отдавая тепло северной части VHRM-здания, поток далее, через теплоинерционное пространство под зданием выбрасывается на уровне цоколя, за пределы VHRM- здания, или поступает как приточный воздух в водогрейный котел.

Основана на разностной схеме уравнения энергетического баланса стационарного турбулентного потока теплоносителя в длинной трубе с равномерным рассеянием тепла по поверхности: Где весовой расход потока теплоносителя за месяц или отопительный период в пересчете на объем решаемая явным методом Эйлера при (формула Б.С. Петухова) Расчет нелинейного дифференциального уравнения проведен методом последовательных приближений. Расчет влияния шероховатости поверхности на интенсивность теплообмена проведен по методике Бурка (Burck E.) Методика расчета VHRM2 ООО Новатор Про

Граничные условия размещения теплообменных элементов VHRM в слое утеплителя ограждающих конструкций Для обеспечения долговечности несущих ограждающих конструкций в условиях самой холодной пятидневки отопительного периода проведен расчет оптимального расположения теплообменных элементов VHRM2 в слое утеплителя ограждающих конструкций, аналогичный задаче, решенной Б.С. Петуховым, о температурном поле пластины с внутренним источником тепла. ООО Новатор Про

Алгоритм теплофизического моделирования здания с VHRM в зависимости от погодных сценариев Модель составлена в рамках принципов моделирования теплофизического редактора EnergyPlus, разработанного лабораторией Лоуренса в Беркли, Калифорния (LBNL) и рекомендованного Министерством энергетики США (DOE) как основной инструмент интегральной оценки энергоэффективности зданий и основана на генерировании помесячных, в режиме день-ночь погодных данных согласно отечественных СНиПов или погодных данных стандартов Stat, Epw, Iwec и весьма подробного алгоритма энергетического баланса здания, расчитанного согласно СНиП Тепловая защита зданий, воздухоподогревателя VHRM1 рассчитанного по стандартной методике и инновационного теплообенника VHRM2, параметры которого подобраны так, чтобы обеспечить существенную турбулентность потока теплоносителя. В качестве показательной амплитуды теплотехнических характеристик архитектурного проекта здания с VHRM выбрана тройка точек климатической локализации наиболее заселенной, Европейской части РФ – Краснодарский край (г.Краснодар), Московская обл. (г.Дмитров (для Зеленограда)) и Архангельская обл. (г.Архангельск). ООО Новатор Про 1 шаг Расчет энергетического баланса здания (без учета VHRM) за отопительный период согласно СНиП для 3 точек климатической локализации – Краснодарский край, Московская обл., Архангельская обл. Подбор водогрейного котла необходимой мощности для 3 точек климатической локализации. Расчет температуры дымовых газов водогрейного котла для 3 точек климатической локализации 2 шаг Расчет достаточной площади теплообмена воздухоподогревателя VHRM1 – для 3 точек климатической локализации Расчет температуры вентиляционного воздуха на выходе из VHRM1 –по месячно, в течении года, в режиме день-ночь, для 3 точек климатической локализации, где параметры климата среды генерируются СНиПами Строительная климатология и Нагрузки и воздействия 3 шаг Расчет достаточной площади теплообмена VHRM2 с учетом шероховатости поверхности теплообмена Расчет температуры на выходе из VHRM2 – по месячно, в течении года, в режиме день-ночь, для 3 точек климатической локализации, где параметры климата среды генерируются СНиПами Строительная климатология и Нагрузки и воздействия Расчет энергетических характеристик VHRM-здания – результаты расчетов сведены в следующие 3 слайда, отдельно по точкам климатической локализации.

Основные результаты теплофизического моделирования VHRM здания в точке климатической локализации Краснодарский край (г.Краснодар) ООО Новатор Про

Основные результаты теплофизического моделирования VHRM здания в точке климатической локализации Московская обл. (г.Дмитров (для Зеленограда)) ООО Новатор Про

Основные результаты теплофизического моделирования VHRM здания в точке климатической локализации Архангельская обл. (г.Архангельск) ООО Новатор Про

Сравнительные результаты теплофизического моделирования VHRM-здания по точкам климатической локализации ООО Новатор Про Сокращение расчетной потребности в тепловой энергии на отопление VHRM-здания в течении отопительного сезона, с учетом вентиляционной нормы воздуха и подогрева воды для бытовых нужд по точкам климатической локализации Краснодарский край (г.Краснодар) 30,6 % ( 20,2 ГДж) Московская обл. (г.Дмитров (для Зеленограда)) 19,5 % ( 26,6 ГДж) Архангельская обл. (г.Архангельск) 19,3 % ( 36,9 ГДж)

Сравнительные результаты теплофизического моделирования VHRM-здания по точкам климатической локализации ООО Новатор Про Краснодарский край (г.Краснодар) 4026 кг. Московская обл. (г.Дмитров (для Зеленограда)) 6098 кг. Архангельская обл. (г.Архангельск) 7789 кг. Утилизация конденсата дымовых газов за год по точкам климатической локализации

Сравнительные результаты теплофизического моделирования VHRM-здания по точкам климатической локализации ООО Новатор Про Краснодарский край (г.Краснодар) 5,7 % ( 3,8 ГДж) Московская обл. (г.Дмитров (для Зеленограда)) 3,4 % ( 5,0 ГДж) Архангельская обл. (г.Архангельск) 5,0 % ( 9,6 ГДж) Сокращение потребности в тепловой энергии на отопление в неотопительный период, с учетом нагрева вентиляционной нормы воздуха и подогрева воды для бытовых нужд

Сравнительные результаты теплофизического моделирования VHRM-здания по точкам климатической локализации ООО Новатор Про Краснодарский край (г.Краснодар) 18,5 % ( 12,2 ГДж) Московская обл. (г.Дмитров (для Зеленограда)) 11,5 % ( 16,9 ГДж) Архангельская обл. (г.Архангельск) 11,9 % ( 22,7 ГДж) Дополнительное рассеяние тепловой энергии в северной части наружного ограждения VHRM-здания в отопительный период

Сравнительные результаты теплофизического моделирования VHRM-здания по точкам климатической локализации ООО Новатор Про Краснодарский край (г.Краснодар) 13,4 % ( 8,9 ГДж) Московская обл. (г.Дмитров (для Зеленограда)) 5,6 % ( 8,2 ГДж) Архангельская обл. (г.Архангельск) 5,6 % ( 10,7 ГДж) Дополнительное рассеяние тепловой энергии в теплоинерционном пространстве под VHRM-зданием в отопительный период

Сравнительные результаты теплофизического моделирования VHRM-здания по точкам климатической локализации ООО Новатор Про Краснодарский край (г.Краснодар) 6,7 % ( 4,4 ГДж) Московская обл. (г.Дмитров (для Зеленограда)) 4,5 % ( 6,6 ГДж) Архангельская обл. (г.Архангельск) 4,0 % ( 7,7 ГДж) Если работает только VHRM2, а VHRM1 отключен, то сокращение расчетной потребности в тепловой энергии на отопление VHRM-здания в течении отопительного сезона с учетом нагрева вентиляционной нормы воздуха и подогрева воды для обеспечения нормы расхода воды для бытовых нужд.

Отдельные результаты теплофизического моделирования VHRM здания в точке климатической локализации Краснодарский край (г.Краснодар) ООО Новатор Про Расчет удельного расхода тепловой энергии тривиального, с точки зрения архитектуры, современного уровня строительных технологий и эксплуатационных параметров здания с точкой географической локализации – г.Краснодар при применении VHRM показал результат 15,3кДж/( сутким2) или, по западным оценочным стандартам - 5,8 кВтч/(м2год). Такой результат значительно превышает европейский порог экологического стандарта энергопотребления Пассивный дом - 15 кВтч/(м2год). По нашему мнению, c коммерческой точки зрения, было бы интересно достигнуть предельных энергоэффективных характеристик архитектурного проекта здания с VHRM путем моделирования а потом и реализации архитектурного проекта здания с комбинацией энергетических устройств: оптимальный водогрейный котел на природном газе - VHRM - тепловой насос в, например, Краснодарском крае, или другом южном регионе РФ, где среднегодовая температура воздуха больше 10, т.к. и VHRM и тепловой насос будут там иметь наивысший КПД относительно регионов с более холодным климатом. В случае успеха, конструкция VHRM здания, скорее всего, может получить адекватную рекламную основу для тиражирования конструкции VHRM в т.ч. в, преимущественно, теплых странах золотого миллиарда. Впрочем, по всей видимости, применение VHRM в архитектурных проектах зданий даст локально-климатические рекордные показатели энергоэффективности и для регионов с более холодным климатом, включая регионы с вечной мерзлотой. Европейский стандарт Пассивный дом – менее 15 кВтч/(м2год). VHRM-здание (точка климатической локализации – г.Краснодар) 5,8 кВтч/(м2год).

Без VHRM C VHRM Расчетный удельный расход тепловой энергии на отопление здания, с учетом нагрева вентиляционной нормы воздуха, за отопительный период, для архитектурного проекта здания, по регионам. Кранодарский край (г.Краснодар) 42,4 15,3 Московская обл. (г.Дмитров (для Зеленограда)) 56,4 38,2 Архангельская обл. (г.Архангельск) 61,442,3 Величина отклонения расчетного (фактического) значения удельного расхода тепловой энергии на отопление здания от нормативного, для архитектурного проекта здания по регионам. Кранодарский край (г.Краснодар) % -59,0-85,2 Московская обл. (г.Дмитров (для Зеленограда)) -45,5-63,1 Архангельская обл. (г.Архангельск) -40,7-59,1 Отдельные результаты теплофизического моделирования VHRM здания в точке климатической локализации Краснодарский край (г.Краснодар) ООО Новатор Про Расчетные параметры VHRM-здания согласно СНиП Тепловая защита зданий по точкам климатической локализации:

Область применения VHRM здания ООО Новатор Про Строительство и эксплуатация мало и средне этажных зданий, энергонезависимых от предприятийБольшой энергетики (ТЭЦ, ГЭС и пр.), интенсивно эксплуатируемых людьми и (или) животными. Бизнес центр Жилое здание Животноводческая (птицеводческая) ферма

Член президиума РАН, академик РАН Р.И. Нигматулин Институт теплофизики им. Кутателадзе (Новосибирск) РАН Оценки и рецензии проведенного НИОКР ООО Новатор Про Положительная оценка Положительная рецензия

Гамма типовых VHRM зданий ЖКХ Гамма типовых VHRM бизнес центров Гамма типовых VHRM животноводческих (птицеводческих) ферм Дорожная карта развития проекта VHRM зданий в рамках программы СТАРТ ООО Новатор Про Второй этап - ОКР Теплотехнические расчеты и проектирование гаммы трех видов типовых зданий с VHRM, оптимизация внедренческой программы VHRM-зданий

ООО Новатор Про Третий этап – Строительство, натурные теплотехнические исследования конструкции VHRM- здания, разработка и осуществление рекламной компании по тиражированию технологии строительства и эксплуатации VHRM-зданий у строительных дивелоперов, а так же частных застройщиков Натурные по-часовые теплотехнические исследования небольшого, 2-3 этажного VHRM-здания, общей площадью м2. Разработка и осуществление процедур и рекламной компании по тиражированию интеллектуальной собственности - технологии строительства и эксплуатации VHRM-зданий – у строительных дивелоперов, а так же частных застройщиков на условиях франчайзинга. Дорожная карта развития проекта VHRM зданий в рамках программы СТАРТ

Оценка научно-техническим коллективомНоватор Про участия в программе 1 года СТАРТ 2011 Фонда содействию развития малых форм предприятий в научно- технической сфере ООО Новатор Про Мозговой штурм Комфортная среда для финансовой отчетности Поэтапная экспертная оценка промежуточных результатов 5+