Опыт реконструкции многоквартирного жилого дома в Копенгагене

Ю. А. Табунщиков, доктор техн. наук, профессор, президент НП «АВОК»

М. М. Бродач, канд. техн. наук, доцент МАрхИ

Н. В. Шилкин, инженер

Многоквартирный жилой дом в Остербро (Osterbro), вид со двора

Целью реконструкции жилого дома, расположенного в Остербро (Osterbro), центральном районе Копенгагена (55,63° с. ш., 12,67° в. д.), было значительное сокращение затрат энергии на отопление и горячее водоснабжение (ГВС). По заданию правительства Дании необходимо было выяснить, возможно ли при реконструкции старых зданий, составляющих в Дании значительную часть жилого сектора, достичь снижения потребления энергии до 50 %. Поставленную цель предполагалось достичь путем использования тепла солнечной радиации, улучшенной теплоизоляции наружных ограждающих конструкций и применения окон новой конструкции.

Реконструкция данного здания осуществлялась в 1994–1995 годах при поддержке «EU THERMIE» – европейской комиссии по исследованию, развитию, демонстрации и внедрению неядерных энергетических технологий.

Реконструируемое здание постройки 1950-х годов рассчитано на 76 квартир. Его общая площадь составляет 11047 м², жилая – 9896 м², площадь теплого чердака и магазина – 1151 м².

Основные энергосберегающие мероприятия, проведенные в ходе реконструкции здания:

- Использование тепла солнечной радиации для горячего водоснабжения.

- «Солнечные» конструкции стен площадью 178 м² с прозрачной теплоизоляцией на выходящем во двор фасаде здания для подогрева свежего воздуха.

- Теплоизоляция стен и чердака, использование окон с высокими теплозащитными свойствами и остекление балконов для снижения теплопотерь.

- Механическая вентиляционная система с подогревом приточного воздуха в противоточных теплообменниках-утилизаторах для снижения затрат энергии на подогрев свежего воздуха и для улучшения качества микроклимата квартир.

Управление оборудованием климатизации и мониторинг энергопотребления осуществляется системой автоматического управления «Energy Management System» («EMS») компании «Danfoss».

В здании была установлена новая водосберегающая арматура.

После реконструкции энергопотребление здания снизилось на 51%.

Использование тепла солнечной радиации

Подогрев воды для ГВС в солнечных коллекторах

Солнечные коллекторы для нагрева воды для ГВС были установлены на крыше здания с восточной, западной и южной сторон. Все три группы солнечных коллекторов установлены под углом 45°. Общая площадь коллекторов составляет 240 м².

Вода, подогретая в солнечных коллекторах, направляется при помощи циркуляционного насоса в баки-аккумуляторы и по мере необходимости расходуется жильцами. Эта система работает только в том случае, если температура воды в солнечных коллекторах превышает температуру воды в баках-аккумуляторах.

Удельная производительность солнечных коллекторов составляет 354 кВт•ч/м², общая производительность – 84 960 кВт•ч. Эта система позволяет покрыть 60–65 % ежегодных затрат энергии на горячее водоснабжение.

Подогрев свежего воздуха в «солнечной стене»

Южный (обращенный во внутренний двор) фасад здания покрыт прозрачными теплоизоляционными панелями, образующими конструкцию площадью 178 м², называемую «солнечной стеной» («solar wall»).

Свежий воздух поступает в здание через воздушный промежуток между ограждающими конструкциями и прозрачными панелями «солнечной стены», подогреваясь при этом теплом солнечной радиации. Двенадцать квартир, расположенных с южной стороны здания, получают таким образом свежий воздух. Величина удельных теплопоступлений от солнечной радиации на подогрев свежего воздуха составляет 105 кВт•ч на 1 м² конструкции стены, средние теплопоступления по всей поверхности «солнечной стены» составляют 18 690 кВт•ч.

Конструкция «солнечной стены» помимо подогрева свежего воздуха обеспечивает и дополнительную теплоизоляцию здания. Это позволило отказаться от дополнительного утепления наружных ограждающих конструкций здания по всей площади «солнечной стены».

«Солнечная стена» в настоящее время является весьма дорогостоящей конструкцией, но в будущем ее стоимость должна снизиться.

Проектом предусматривалось использование подобной конструкции и со стороны фасада, выходящего на улицу, однако это решение было отвергнуто главным городским архитектором как неприемлемое с архитектурной точки зрения.

Реконструкция наружных ограждающих конструкций

Вертикальные ограждающие конструкции, не изолированные «солнечной стеной», были утеплены теплоизоляционным материалом «Rockwool» толщиной 200 мм. Чердак был утеплен слоем минеральной ваты толщиной 300 мм.

В здании были установлены новые окна из тройных стеклопакетов. Трехслойное остекление имеет коэффициент теплопередачи 0,7 Вт/(м²•К), общий коэффициент теплопередачи окон (стекол и оконного переплета) составляет 1,24 Вт/(м²•К). Окна традиционной конструкции имеют вдвое больший коэффициент теплопередачи – 2,6 Вт/(м²•К).

Применение механической системы вентиляции

Установка новых герметичных трехслойных окон повысила требования к вентиляционной системе. Для улучшения качества микроклимата в здании была установлена механическая вентиляция с подогревом свежего воздуха в противоточных теплообменниках-утилизаторах, потребляющая минимальное количество электрической энергии (35–50 Вт на одну квартиру). Эффективность теплообменников составляет 80 %.

Распределение теплопоступлений от централизованного теплоснабжения и от солнечной радиации

Результаты реконструкции и экономическая оценка проекта

За первый год эксплуатации здания (1996 г.) затраты энергии на отопление здания, получаемой посредством централизованного теплоснабжения, составили 61 кВт•ч/м² для 9 896 м² жилой площади. Около половины зданий этого типа в Дании имеют энергопотребление на отопление и ГВС примерно 140 кВт•ч/м², четверть таких зданий потребляет 102 кВт•ч/м². До реконструкции (1994 г.) в данном здании затраты энергии на отопление и ГВС составляли 125 кВт•ч/м². После реконструкции годовое энергопотребление сократилось с 1 241 до 607 МВт•ч, причем затраты энергии на отопление сократились на 54 %, затраты энергии на горячее водоснабжение на 37,5 %. Общее снижение энергопотребления составило 51 %.

Противоточный теплообменник

Ожидаемое снижение затрат энергии должно было составить примерно 60 %. Авторы проекта надеются достичь этой величины путем дальнейших усовершенствований системы. Например, в 1999 году в здании были установлены радиаторные клапаны новой конструкции, позволяющие усовершенствовать регулирование температуры отопительных приборов, что ведет к снижению затрат энергии на отопление. Снижение затрат энергии возможно также при правильной эксплуатации жильцами оборудования климатизации.

Стоимость реализации проекта составила 13 354 000 датских крон, или 1,68 млн евро, из которых 670 914 евро было предоставлено «EU THERMIE». В эту сумму не входит стоимость проектных работ и дальнейшего развития проекта.

Период окупаемости энергосберегающих мероприятий составляет 33,5 года, однако при исключении дорогостоящей конструкции «солнечной стены» срок окупаемости уменьшается до 12,5 лет.

Наилучшие энергосберегающие мероприятия, реализованные в данном здании, в настоящее время используются на многих других реконструируемых объектах в Дании, демонстрируя возможный потенциал повышения энергетической эффективности строительной отрасли.