эмблемка

современные
инженерные системы
Минск, Минский район


МТС (033) 660-55-50
VEL (029) 113-70-57
УНП 691803803

Наши объекты:

Боровляны частный дом дом в классическом стиле коттедж коттедж частный дом загородный дом просторный дом усадьба Самохваловичи одноэтажный дом двухэтажный дом небольшой дом кирпичный коттедж пригород Минска Каркасный загородный дом на винтовых сваях с мансардой

Перепечатка статей, равно как и их отдельных частей, запрещена. Мы хотим оставить за собой право на эксклюзивное размещение данного материала на нашем сайте home-engineering.net. Здесь мы делимся знаниями и опытом, наработанными нашей командой за годы работы в сфере проектирования и монтажа инженерных систем.


Введение
Описание домов, систем отопления и регулирования температуры
Полученные результаты
Анализ полученных результатов
Выводы


Введение наверх


Для сравнения различных способов регулирования системами отопления в загородных домах, которые были ранее смонтированы командой home-engineering.net, в двух одинаковых домах в Минском районе за период с 1 декабря 2016г по 1 марта 2017г (три зимних месяца отопительного сезона 2016-2017) ежедневно около 12ч дня снимались показания счетчиков расхода природного газа. Далее, за аналогичный период с сайта www.belmeteo.net была собрана информация о ежедневных среднесуточных температурах уличного воздуха (также для Минского района). Ежедневным среднесуточным температурам соответствовали показания счетчиков газа, снятые на следующий день. Сопоставив эти данные, можно отследить реальное влияние уличной температуры на потребление газа на отопление частных загородных домов. Также можно увидеть различия в расходе газа для двух практически одинаковых с точки зрения теплоизоляции строений из-за различных способов регулирования внутренней температуры воздуха в этих домах и, конечно, чисто человеческого фактора: немного разных температур внутри, разного расхода горячей воды и т.п.


Описание домов наверх


Общие моменты. Оба дома имеют одинаковую планировку, их общая площадь составляет по 210м². Материал наружных стен — газобетонные блоки 500мм, уложенные на клей. Утепление наружных стен: пенополистирол ПСБС-25 толщиной 100мм, мокрый фасад. Утепление кровли мансардного этажа базальтовой ватой — 300мм по скатам и 420мм по горизонтальному участку потолка. Стены подвала из ФБС 400мм утеплены: 200мм экструдированного пенополистирола (XPS) над уровнем земли и 50мм XPS ниже уровня земли. Пол подвала по грунту, утеплен 80мм XPS. Окна: 5-ти камерный ПВХ профиль, двухкамерный стеклопакет с двумя энергосберегающими стеклами, без заполнения инертным газом (аргон/криптон).

Системы отопления, смонтированные нами ранее, представляют собой исключительно водяные теплые полы по всей площади домов, бетонная система. Котлы отопления газовые настенные конденсационные по 14кВт, одноконтурные Junkers/Bosch ZSB 14 3C. Теплые водяные полы работают напрямую от котлов, без смесительных узлов. Бойлеры косвенного нагрева системы горячего водоснабжения (ГВС) емкостью по 100л. Ориентировочные расходы природного газа на горячее водоснабжение в каждом доме составляют около 0,6 м³/сут (около 6кВт⋅ч, замечено в летние месяцы), и не должны учитываться при подсчете расходов газа на отопление. Однако, среднесуточные расходы электричества в домах составляют также около 6кВт⋅ч (200 кВт⋅ч в месяц), и благодаря неким Ому, Амперу, Джоулю, Ленцу, практически вся эта энергия идет на нагрев внутреннего воздуха помещений. Поэтому, потери тепла с горячей водой при подсчетах расходов газа на отопление мы по понятным причинам учитывать не будем.

Отличия, дом-1. Количество жильцов: 2 взрослых, 1 ребенок. Температура подачи в системе отопления постоянная — 40°С. Во всех помещениях дома-1 установлены комнатные электронные термостаты для индивидуального регулирования температуры воздуха и сервоприводы на коллекторах напольного отопления. Также в системе есть таймер для периодического снижения температуры в доме: ночью (с 21:00 по 5:00) и днем (с 10:00 по 14:00), по факту снижение температуры составляло не более 1-2°С ввиду большой тепловой инерции здания. Контроллер покомнатного регулирования температуры полностью отключает котел, если во всех помещения дома достигнуты заданные температуры. Температура воды в системе ГВС — около 55°С, рециркуляция ГВС через полотенцесушители практически не включалась. Температура воздуха в подвале дома (55м², плитка) поддерживалась на уровне 15..16°С, в жилых зонах (110м², керамогранит и паркетная доска) в среднем на уровне 21°С, на мансарде (45м², паркетная доска) — на уровне 16°С. Точность поддержания температур была высокой, благодаря электронным термостатам.

Отличия, дом-2. Количество жильцов: 2 взрослых, 2 ребенка. Температура подачи в системе отопления постоянная — 35°С. Регулирование температуры воздуха в помещениях дома-2 осуществляется в ручном режиме: путем изменения расхода в петлях теплого пола в различных помещениях и отключением котла. Температура воды в системе ГВС — около 55°С, рециркуляция ГВС через полотенцесушители работает практически постоянно. Со слов жильцов, температура воздуха в подвале дома (55м², бетонная стяжка без покрытия) поддерживалась на уровне 14°С, в жилых зонах (110м², наливной полимерный пол) в среднем на уровне 23°С, на мансарде (45м², бетонная стяжка без покрытия) — на уровне 20°С. Точность поддержания температур оценить трудно ввиду ручного регулирования.


Полученные результаты наверх


Полученные за время наблюдений (около 90 дней) ежедневные данные собраны в подробную таблицу, доступную для скачивания. Ниже, в более краткой и наглядной форме, мы приводим полученные результаты. В первой таблице отражены среднемесячные расходы природного газа на отопление двух домов, приведены реальные среднемесячные температуры уличного воздуха в эти месяцы, рассчитано отличие расходов газа на отопление домов. Для справки приводится и многолетняя среднемесячная температура в эти зимние месяцы для Минской области, согласно СНБ 2.04.05 Строительная климатология.

Месяц Расход за месяц дом-1, м³ Расход за месяц дом-2, м³ Среденемесячн. температура (2016-2017гг) Расход дом-2/дом-1 Многолетняя средняя т-ра (по СНБ 2.04.05)
Декабрь 2016г 159,0 272,0 -1,8 1,7 -4,3
Январь 2017г 189,4 263,0 -5,8 1,4 -6,9
Февраль 2017г 141,8 239,0 -3,3 1,7 -6,2
Дек.16-фев.17 490,2 774,0 -3,6 1,6 -5,8

Из таблицы видно, что расход природного газа для отопления одинаковых по площади домов существенно различается: от 40% до 70%. А среднее различие за все три зимних месяца составляет около 60% или в реальном выражении 284м³ газа. В денежном выражении это оставляет около $14 по льготному тарифу и $43 по полной себестоимости в Беларуси. Также следует отметить, что среднемесячные температуры отопительного сезона 2016-2017гг. были на 2°С выше климатической нормы. Это означает, что при наружных температурах, соответствующих многолетним средним значениям, расход природного газа на нужды отопления этих домов вырос бы на около 10% (в среднем 5% на 1°С).

На следующих графиках показана динамика изменения среднесуточных температур уличного воздуха и суточное потребление природного газа на нужды отопления загородных домов.

расход газа дом-1

Ежедневный расход природного газа на нужды отопления частного дома (дом-1, 210м², покомнатное зональное регулирование) и среднесуточные температуры уличного воздуха за период с декабря по февраль.

расход газа дом-2

Ежесуточное потребление природного газа на нужды отопления загородного дома (дом-2, 210м², ручное регулирование) и среднесуточные температуры уличного воздуха за период декабрь-февраль.

Для наглядности сравнения на третьем графике объединены данные по расходам газа двух домов.

расход газа двух домов

Сравнение потребления природного газа для нужд отопления двух частных домов одинаковой планировки при среднесуточных уличных температур за три зимних месяца.


Анализ полученных результатов наверх


Глядя на полученные графики, хорошо заметно различие в абсолютной величине потребления природного газа для двух домов: за исключением нескольких дней, больше газа потреблял дом-2. Однако достаточно большая, как это модно теперь говорить, волатильность как ежедневно потребленного газа, так и среднесуточных температур наружного воздуха не позволяют говорить о какой-то закономерности. Скорее, на ум приходит слово "хаос". Поэтому, придется заварить и испить чаю познания из мать-и-матики.

Для анализа связи и зависимости двух изменяющихся величин, очень умные люди в очках когда-то давно предложили понятие корреляции. Например, линейный коэффициент корреляции (связи) Пирсона двух параметров может принимать значение от 0 (полностью несвязанные между собой величины) до +1/-1 (полностью зависимые между собой параметры, знак определяет прямую/обратную зависимость). Всемогущий Майкрософт Эксэль знает, как его считать, поэтому формулы не нужны: ликуй, гуманитарий!

Для начала мы рассчитали корреляцию между ежемесячными расходами газа для двух домов и среднемесячными температурами наружного воздуха для этих же месяцев. Результаты были интересными. Для дома-1 корреляция составила -0,74, для дома-2: +0,12. Минус говорит о том, что существует обратная взаимосвязь: чем ниже уличная температура воздуха, тем выше потребление газа в сутки, что вполне логично. Для дома-1, в котором есть система автоматического регулирования внутренних температур, значение -0,74 говорит о том, что такая зависимость велика и она правильная. Для дома-2, в котором регулирование системой отопления осуществляется в ручном режиме, значение +0,12 свидетельствует почти об полном отсутствии такой взаимосвязи, более того она в целом нелогична: меньше потребление газа при меньшей температуре снаружи. Т.е. ручной режим регулирования отопления не обеспечивает вообще никакой связи потребленного на отопление газа и потребности здания в тепле, результатом является либо перерасход топлива, либо температурный дискомфорт. Скорее всего, регулирование в ручном режиме просто не успевает за изменением потребностей здания в отоплении.

корреляция между потреблением газа и уличной температурой

Определение взаимной корреляции между потреблением газа для отопления и уличной температурой для двух домов с различными системами регулирования внутренней температуры. Утолщенная линия означает полное отсутствие взаимосвязи (к=0).

Чтобы проверить последнее предположение, были исследованы зависимости ежесуточного потребления природного газа в двух домах от среднесуточных температур на улице. Причем для полного понимания картины о том, как влияют уличные температуры в предшествующие дни на расход газа, были взяты следующие точки сравнения:

  1. День-в-день: расход за сутки сравнивался со средней температурой за эти же сутки.
  2. -1/2/3 дня: расход за сутки сравнивался с уличной температурой за 1/2/3 суток до этого.
  3. +1/2/3 дня: расход за сутки сравнивался с уличной температурой через 1/2/3 суток после даты замера расхода газа соответственно.

Видно, что для дома-1 пик корреляции потребления газа и уличной температуры приходится на "день-в-день", что является ожидаемым и логичным. В других точках эта зависимость плавно уменьшается. Для дома-2 в точке день-в-день корреляция составляет всего -0,03, т.е. взаимосвязи фактически нет. Зато она растет, и расход газа через 2 дня уже гораздо больше привязан к наружной температуре (-0,17). Скорее всего, регулирование с участием человека в доме-2 происходило ко 2-м суткам после значительного похолодания/потепления на улице. Это также косвенно подтверждается большой тепловой инерцией здания. Сам владелец дома утверждает, что в ручном режиме поддерживать стабильную комфортную температуру практически нереально и по его субъективным ощущениям в доме в основном было слишком жарко. Это тот редкий случай, когда бездушная машина/механизм гораздо эффективнее справляется с поставленной задачей, чем высшая нервная деятельность биологического организма.

Если рассмотреть точку +1 день, то вообще дух захватывает. Математически, эта точка показывает зависимость расхода газа за текущие сутки от температуры на улице завтра, т.е. в будущем. Получается, что система покомнатного регулирования с гораздо большей вероятностью (корреляция -0,5) позволяет прогнозировать будущее, чем ручное регулирование (корреляция +0,05). Да это же Нобелевская Шнобелевская премия! Это же машина вре…

Конечно же, это шутка. Просто, в целом, колебания уличной температуры носят плавный характер, поэтому всегда существует некоторая зависимость погоды сегодня от погоды на завтра (и наоборот), что отражается и на зависимости расхода газа соответственно.

Следует сказать и несколько слов о причинах таких, странных на первый взгляд, колебаний расхода газа на отопление дома с автоматическим поддержанием внутренних температур (см. график для дома-1 выше), даже тогда, когда уличная температура более-менее стабильна. Они вызываются многими факторами среди которых: периодические дополнительные внутренние теплопоступления (работа электрической духовки, камина и т.п.), солнечная инсоляция (в домах около 50% остекления ориентированы на юго-восток), а так же направление и скорость ветра. Все это приводит к большим изменениям потребности зданий в нагреве, чем это можно было бы предсказать просто по изменению уличных температур. Отсюда возникает вопрос: насколько хорошо решает вопрос поддержания нужных температур в доме и экономии энергоресурсов чисто погодозависимое регулирование, у которого коэффициент корреляции по логике должен быть близок к -1, т.е. отражать полное соответствие наружных температур теплопотребностям здания (а значит, и расходу газа на отопление)? Но об этом в другой раз.


Выводы наверх


В заключение следует отметить, что даже для домов с очень невысокими теплопотерями (годовой расход природного газа в этих домах площадью по 210 м² составил около 1000 и 1600м³/год соответственно) применение систем регулирования внутренней температуры воздуха может быть оправдано экономически. Экономия газа за один сезон точно окупит установку центрального комнатного термостата для отопительного котла и сбережет время жильцов.

В будущем, мы проанализируем ежесуточное и среднемесячное потребление природного газа для отопления домов, в которых установлена погодозависимая автоматика. Также были бы полезны данные по реальной инсоляции за зимние дни, чтобы можно было проанализировать величину дополнительных теплопоступлений от солнечного излучения. Эти данные могли бы быть получены, например, из данных по величине ежедневной выработки электрической энергии фотогальваническими панелями, установленными в регионе наблюдения.


Если вам необходимо выполнить работы по расчету и монтажу инженерных систем: отопления, водоснабжения, канализации, электрики, вентиляции и встроенного пылесоса, вы можете обратиться к нам в разделе КОНТАКТЫ. Мы проводим работы по монтажу инженерных систем в Минске и Минском районе.