VIIKKI – новый взгляд на энергосбережение

М. М. Бродач, канд. техн. наук, доцент МАрхИ, вице-президент НП «АВОК»

 

Идея строительства демонстрационных энергоэффективных районов или поселков родилась и развивалась практически одновременно с идеей строительства отдельных демонстрационных энергоэффективных зданий. Достаточно вспомнить поселок Керава в Финляндии или молодежные поселки вблизи города Сакроменто (штат Калифорния, США), построенные в конце 1970-х – начале 1980-х годов.

Район VIIKKI (Хельсинки, Финляндия) представлял из себя экологически чистую территорию сельского типа площадью 1132 га, которая частично использовалась для научных и экспериментальных целей Технологическим университетом Хельсинки. Строительство демонстрационного энергоэффективного района EKOVIIKKI осуществлялось в соответствии с программой Европейского сообщества Thermie, которая включает в себя девять различных европейских экспериментальных проектов. Руководство финским проектом было возложено на Технологический университет Хельсинки.

На территории экологического района VIIKKI располагается новый университетский район, научно-исследовательский центр, жилой район на 13 000 жителей, научный центр и городская библиотека, Парк науки, общественные службы и коммерческие предприятия (рис. 1).

Рисунок 1. (увеличить) Район VIIKKI (Хельсинки, Финляндия)

Рисунок 2. (увеличить) Район Lotakortano (Хельсинки, Финляндия)

Экспериментальный жилой район VIIKKI (Lotakortano)

Lotakortano – это большая территория, расположенная к востоку и северо-востоку от Парка науки (рис. 2). Здесь будет проживать около 9000 жителей. Жилой район включает в себя помимо разнообразных жилых зданий здания общественного назначения: школы, больницы, магазины, клубы, сауны и прачечные.

Инициаторы проекта пришли к выводу, что не легко убедить клиента в необходимости сохранения энергии, т. к. обычно это требует дополнительных затрат. Даже если эти затраты окупятся в 10-летний период, клиенту это кажется слишком долго. Поэтому к новому экспериментальному жилому району VIIKKI применили новый подход: речь идет не только об экономии энергии, но и об экологическом и социальном аспектах, о долговременности строительства, его влиянии на окружающую среду, т. е. о так называемом жизнеподдерживающем (sustainable) строительстве. Целью строительства демонстрационного жилого района VIIKKI являлось выявление эффективности энергосберегающих технологий в реальных условиях во взаимосвязи с экологическими и социальными аспектами.

Рисунок 3. Городская структура VIIKKI имеет однородную, компактную организацию. Район имеет небольшие здания с 1–3 уровнями. Такая низкая однородная структура в совокупности с множеством ограждений от ветра позволяет создать в районе приятный микроклимат

Проектированию района предшествовал конкурс. Городским советом Хельсинки были разработаны социальные, экологические и энергетические требования, которым должны отвечать проекты:

1. Социальные требования:

- создание городской архитектуры, обеспечивающей высокое качество среды обитания людей;

- сохранение окружающей среды;

- создание разнообразных функциональных особенностей жизнедеятельности района;

- экономичность при поддержании жизненного цикла.

2. Экологические и энергетические требования:

- отказ от использования технологических процессов и источников энергии, загрязняющих окружающую среду;

- сокращение использования природного топлива;

- увеличение объема использования возобновляемых источников энергии;

- повышение качества микроклимата помещений;

- утилизация тепла и повторное использование водных ресурсов.

Таким образом, в основе концепции строительства демонстрационного жилого района VIIKKI лежала идея не только выявить возможности энергосберегающих технологий, но и идея более высокого уровня: качество окружающей нас среды оказывает непосредственное влияние на качество нашей жизни как дома, так и на рабочем месте или в общественных местах, составляющих основу современных городов. Это выделение социальных аспектов является признанием того факта, что градостроительство и архитектура развиваются и должны развиваться на основе как духовных, так и материальных потребностей людей.

Для оценки проектов был разработан метод, основанный на рассмотрении главных факторов, включенных в понятие «sustainable building»: влияние проекта на окружающую среду, степень загрязнения и затраты энергии за 50-летний период.

Были повышены общие требования безопасности зданий для здоровья людей, а также требования по степени озеленения. Метод оценки (см. табл. 1) включал в себя обязательные и добровольные показатели проекта. В обязательные показатели проекта вошли оценка влияния проекта на окружающую среду и затраты энергии. Было определено главное требование так называемой реализуемости проекта: стоимость строительства не должна увеличиться больше чем на 5 %.

В табл. 1 приведены экологические и энергетические критерии оценки проектов. Каждый фактор оценивается определенным количеством баллов по степени весомости, например, загрязнение окружающей среды оценивается в 10 баллов и включено в число обязательных; использование природных ресурсов – в 8 баллов. Контрольные данные показывают уровень существующих норм, требуемый минимум показывает необходимость и обязательность улучшения существующих норм. Достижение более высокого уровня по сравнению с требуемым минимумом оценивается одним или двумя баллами. Таким образом, максимальное количество баллов, которое может набрать проект, равно 30.

Общая информация о районе VIIKKI

Общая площадь: 1 132 га

Жилая и торговая зона: 292 га

Зоны отдыха, природные и водные зоны: 840 га

Общая площадь помещений: 1 080 000 м²

Жилая площадь: 680 000 м²

Парк науки: 171 000 м²

Общественные службы: 69 000 м²

Другие коммерческие предприятия: 149 000 м²

Учреждения районного управления: 15 000 м²

Жилые помещения: 175 000 м²

- относящиеся к VIIKKI: 13 000 м²

- к другим районам: 4 500 м²

Рабочие места: 6 000

- относящиеся к VIIKKI: 5 500

- к другим районам: 500

Учет местных климатических особенностей

При проектировании района учитывались местные климатические особенности, способствующие повышению комфортности в застройке и снижению энергетической нагрузки на тепло- и энергоснабжение зданий. Ориентация здания выбиралась так, чтобы максимально использовать тепло и свет солнечной радиации, т. е. ориентация фасадов и большой площади остекления на юг (рис. 4, 16). Размещение галерей для прохода на южной стороне здания улучшало защиту от ветра (рис. 5). Изучалось влияние формы и расположения зданий на ветровые потоки (рис. 6).

Рисунок 4. (увеличить) Застекленные лоджии обеспечивают предварительный подогрев приточного воздуха в холодный период

Рисунок 5. (увеличить) Планом предусматривалась установка двухэтажных квартир друг на друге, со входами с первого этажа и с галереей для прохода. Галерея для прохода, соединяющаяся с лестничным пролетом, ведет к дому с квартирами меньшего размера, которые также содержат общие сауны и технические помещения. Меньшие квартиры также размещаются друг на друге в конце двухэтажного, снабженного террасой дома.

Рисунок 6. Влияние формы и расположения зданий на ветровые потоки

Энергоснабжение и системы вентиляции и отопления жилых домов

Энергоснабжение района обеспечивается комбинацией районного тепло-, электроснабжения Хельсинки и солнечного теплоснабжения. На балконах некоторых многоэтажных домов планируется установка фотоэлектрических панелей (рис. 7).

При проектировании систем отопления и вентиляции жилых домов были применены следующие технические решения, повышающие их энергетическую эффективность:

- Использование тепла обратной воды системы теплоснабжения для напольного отопления.

- Утилизация тепла удаляемого воздуха.

- Индивидуальная механическая вентиляция с рекуперацией тепла раздельно для каждой квартиры.

- Повышение эффективности систем естественной вентиляции за счет специальной конструкции дефлекторов.

- Вентиляция помещений при помощи предварительного подогрева наружного воздуха, подаваемого через окна специальной конструкции (рис. 8) или остекленные балконы.

- Использование низкотемпературных отопительных систем.

- Использование солнечных коллекторов, подключенных к магистралям горячей воды.

- Использование счетчиков тепла и индивидуальный контроль температуры в каждом помещении.

Жилые дома оборудованы центральными и поквартирными системами механической вентиляции с эффективными теплообменниками и системами естественной вентиляции. В центральной механической системе вентиляции (рис. 9) теплообменник располагается на чердаке здания, в поквартирной – теплообменник устанавливается в каждой квартире (рис. 10). Часть зданий оборудована системой естественной вентиляции. Приток воздуха осуществляется через специальные приточные устройства в стене, расположенные за отопительными приборами (рис. 11, 12), или через окна со специальным устройством для забора наружного воздуха (рис. 8). Наружный воздух протекает между оконными стеклами и таким образом подогревается. Вытяжка осуществляется через вытяжной канал, оборудованный на конце дефлектором особой конструкции (рис. 13).

Отопление в зданиях – центральное, с подключением к районному теплоснабжению Хельсинки. Отопительные приборы – радиаторы и теплые полы. Солнечные коллекторы в основном используются для приготовления горячей воды. Использование солнечных коллекторов, подключенных к магистралям горячей воды системы централизованного теплоснабжения, обеспечивает экономию энергии на нагрев горячей воды на 61 %.

Рисунок 7. (увеличить) На балконах этого строящегося здания будут установлены фотоэлектрические панели, вырабатывающие электрическую энергию для каждой квартиры

Рисунок 8. Вентиляция помещений при помощи предварительного подогрева наружного воздуха, подаваемого через окна специальной конструкции

	Рисунок 9. (увеличить) В этом здании солнечные коллекторы обеспечивают теплоснабжение. Система вентиляции – механическая с рекуперацией тепла
	Рисунок 10. (увеличить) а) Система солнечного теплоснабжения АТТ-2. Солнечный коллектор площадью 248 м2 обеспечивает теплоснабжение и подогрев пола на рециркуляционной воде. Вентиляция механическая с притоком воздуха через застекленные лоджии и с рекуперацией тепла б) Схема поквартирной механической вентиляции с эффективным теплообменником. Забор воздуха осуществляется из застекленной лоджии

Рисунок 11. Схема системы естественной вентиляции. На конце вытяжного канала установлены дефлекторы специальной конструкции (1). Приточные устройства расположены за отопительными приборами (2)

	Рисунок 12. (увеличить) Система естественной вентиляции: приток свежего воздуха через решетки в наружных стенах, расположенные за отопительными приборами
	Рисунок 13. (увеличить) Дефлекторы специальной конструкции обеспечивают надежную работу системы естественной вентиляции

Теплозащита ограждающих конструкций

В соответствии с повышенными требованиями к теплозащите ограждающие конструкции были выполнены из энергосберегающих материалов с эффективной теплоизоляцией: наружные стены – из изготовленных в заводских условиях деревянных элементов, слоистая фасадная облицовка выполнена с использованием бумаги, изготовленной из бумажных отходов. Конструкция пола представляет собой комбинацию системы напольного отопления с сохраняющим тепло бетонным основанием.

Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций:

- наружных стен – 4,76 м².°C/Вт;

- покрытия – 7,7 м².°C/Вт;

- перекрытия 1-го этажа – 5,5 м².°C/Вт;

- окон – 1,0 м².°C/Вт.

Таблица 2 Виды систем солнечного теплоснабжения, используемые для отопления жилых домов

Система солнечного теплоснабжения Площадь коллектора, м2 Емкость резервуара, м3 Назначение установки ATT 1 (рис. 15) 120 6,0 Теплоснабжение и подогрев пола ATT 2 (рис. 10) 248 12,5 Теплоснабжение и подогрев пола VVO 172 8,5 Только теплоснабжение Skanska 1 116 10,0 Только теплоснабжение Skanska 2 220 4,5+10 Теплоснабжение и подогрев пола, система с двумя резервуарами Skanska 3 212 12,5 Только теплоснабжение ESY 80 4,5 Теплоснабжение и подогрев пола Helas 80 4,5 Только теплоснабжение

Использование тепла солнечной радиации для теплоснабжения жилых домов

Система тепло- и энергоснабжения жилого района VIIKKI помимо подключения к городским сетям централизованного тепло- и электроснабжения включает в себя крупнейшую в Финляндии установку по использованию солнечной энергии. При разработке этого проекта были применены новейшие концепции использования солнечной энергии и интеграции солнечных систем в здание.

Система солнечного теплоснабжения состоит из восьми установленных на зданиях солнечных коллекторов общей площадью 1248 м². Эти солнечные

нагревательные системы обеспечивают централизованное теплоснабжение и в некоторых случаях производят также обогрев помещений при помощи систем подогрева пола. В жилом районе VIIKKI демонстрируются новые солнечные комбинированные системы, интеграция коллектора с крышей, системы пассивного использования солнечной радиации, параллельное использование систем солнечного обогрева и систем централизованного теплоснабжения, в солнечных коллекторах используются модули большой площади (с размером блока коллектора 10 м²).

Солнечные коллекторы встроены в конструкцию крыши жилого дома. Эти коллекторы установлены под углом 47–60° (рис. 14). Такие углы оптимальны, т. к. они соответствуют наклону солнца осенью, зимой и весной, когда имеется наибольшая потребность в энергии.

В табл. 2 представлены восемь видов систем солнечного теплоснабжения, используемых для отопления жилых домов.

	Рисунок 14. (увеличить) Солнечные коллекторы встроены в конструкцию крыши жилого дома и установлены под углом 47–60° (снизу вверх)
	Рисунок 15. (увеличить) Система солнечного теплоснабжения АТТ-1. Солнечный коллектор обеспечивает теплоснабжение домов и подогрев пола на рециркуляционной воде
	Рисунок 16. (увеличить) Для лучшего поглощения тепла солнечной радиации в зимние месяцы все здания длинными фасадами ориентированы на южную и юго-западную сторону. Здания спроектированы таким образом, что все дворы некоторое время освещаются солнцем до вечера. Дождевая воды с крыш фильтруется и направляется в резервуары для полива

Водопровод и канализация

Дома и отдельные площадки подключены к городскому водопроводу и канализационной сети. Жилища оборудованы устройствами экономии воды и раздельными счетчиками расхода воды. Дождевая вода с крыш фильтруется и направляется в резервуары для полива. В малом масштабе применяется разделение и использование сточных вод. Согласно требованиям охраны здоровья, перед повторным использованием сточные воды очищаются. Между домами прокладывается сеть биологических каналов, включающая фильтрационные пруды для сточных вод и резервуары для полива (рис. 16).

Методы снижения расхода воды:

- Индивидуальная плата за потребляемую воду.

- Санитарно-техническое оборудование, экономящее расход воды.

- Использование раздельных счетчиков расхода воды.

- Общие сауны и прачечные вместо индивидуальных.

Удаление и повторное использование отходов

В экологической жилой зоне отходы рассматриваются как вид ресурса, поэтому удаление отходов там заменено на технологию повторного их использования. Повторное использование биологических отходов производится в самой жилой зоне благодаря наличию больших участков, предназначенных для применения компостного гумуса. Имеется примыкающий к общей площади центр повторного использования отходов всего района площадью 70 м²; крытый сборный пункт площадью 25 м² с открытой площадкой площадью 10 м². Не допускается образование дополнительных отходов, поощряется повторное использование отходов на месте. Отходы сортируются на месте и собираются таким образом, чтобы причинить минимум вреда окружающей среде.