Некоммерческое
партнерство
инженеров
Инженеры по отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха, теплоснабжению и строительной теплофизике
(495) 984-99-72 НП "АВОК"

(495) 621-80-48 Секретарь (тел./факс) ООО ИИП "АВОК-ПРЕСС"
(495) 107-91-50

АВОК ассоциированный
член

Здания XXI века – здания с нулевым потреблением энергии

В государствах-членах ЕС идет работа по преобразованию в национальный закон Директивы по энергетическим характеристикам зданий (EPBD). Согласно Директиве величина количества энергии, предназначенной для различных нужд для обычной эксплуатации здания, должна учитывать теплоизоляцию, технические характеристики оборудования, запроектированные сог-ласно климатическим параметрам, ориентацию по отношению к поступающей солнечной радиации, влияние окружающих зданий, собственную выработку энергии и другие факторы, включая внутренний микроклимат. Сейчас ведутся крупномасштабные исследования в области применения энергоэффективных мероприятий, способствующих снижению энергопотребления существующих и вновь создаваемых зданий. В предлагаемой статье профессор Карл Гертис на примере Германии рассматривает возможность резкого снижения энергии здания, необходимой для отопления, за счет улучшения теплоизоляции здания и использования энергоэффективных отопительных систем и дает основную характеристику зданий будущего.

Теперь уже весь мир осознает, что мы неудержимо приближаемся к изменению климата. Такие климатические изменения периодически случались в истории нашей планеты, однако, впервые это вызвано деятельностью человека, и скорость текущих изменений беспрецедентна. СО2, выделяемый при сгорании ископаемого топ-лива и кислорода, изменяет сос-тав нашей атмосферы. Кроме всего прочего, неконтролируемое использование ископаемой энергии ведет к драматическому истощению мировых запасов ископаемых энергоносителей. Малейшая экономия энергии, особенно в густозаселенных местах, ведет к снижению объема выброса загрязняющих веществ и, следовательно, помогает защитить окружающую среду.

Единственная область, где можно резко снизить объемы потреб-ляемого топлива и, как следствие, расход энергии и объемы выбросов – это существующие и новые здания, для этого необходимо улучшить теплоизоляцию и установить более эффективные отопительные системы. Для снижения выбросов СО2 и защиты окружающей среды в будущем нам придется обходиться намного меньшим количеством энергии для отопления, чем мы использовали до сих пор. В то время, как существующие не усовершенствованные здания старой постройки расходуют на отопление от 300 до 400 кВт•ч/м2  энергии, потребность в отопительной энергии для зданий будущего поколения составит от 20 до 40 кВт•ч/м2. Так что основная характеристика архитектуры зданий будущего – это ультранизкое и даже нулевое потребление энергии. Но эта задача не одного десятилетия, предстоит долгий путь перехода от существующих зданий к зданиям с нулевым потреблением энергии.

В таблице представлены пять этапов повышения энергетичес-кой эффективности зданий. Каждому этапу соответствует своя группа зданий. Благодаря быстрому развитию науки и переходу на использование новых энергоэффективных строительных конструкций и материалов, возможен переход от зданий старой постройки (группа 1) к зданиям с нулевым расходом энергии (группа 5). Проведенные в Германии исследования показывают, что в помещениях зданий старой постройки, на обогрев одного квадратного метра требуется от 300 до 400 кВт•ч/м2, а в зданиях, построенных в течение последних 20 лет, потребность в отопительной энергии снижена до 150–200 кВт•ч/м2 (группа 2). Сегодня уже эксплуатируются жилые здания, построенные с использованием новейших энергосберегающих технологий и с применением современных энергоэффективных материалов, в которых удельный расход энергии на отопление составляет около 20 кВт•ч/м2 (группа 4).

Таблица
Группы зданий с различным уровнем удельного расхода энергии на отопление в год
I Здания старой постройки, эксплуатируемые сегодня, в которых удельный расход энергии на отопление составляет от 300 до 400 кВт•ч/м2
II Здания, соответствующие требованиям законодательства Германии по теплозащите 1982–1984 годов (действующим и сегодня), в которых удельный расход энергии на отопление составляет от 150 до 200 кВт•ч/м2
III Здания с низким энергопотреблением (low-energy house (LEH), построенные с использованием современных строительных материалов, соответствующих немецким требованиям по теплозащите 1995 года), в которых удельный расход энергии на отопление составляет от 50 до 80 кВт•ч/м2
IV Здания с ультранизким энергопотреблением (ultra-house), в которых удельный расход энергии на отопление составляет от 20 до 40 кВт•ч/м2
V Здания с нулевым расходом энергии. Здания с нулевым расходом энергии на отопление. Здания, обеспечивающие собственные энергетические потребности*

*Информация о зданиях нового поколения была представлена в журнале «АВОК», 2006, № 2, с. 36–47.

Результаты, представленные в таблице, были подтверждены не только математическими расчетами с применением вычислительной техники, но и фактическими замерами, проведенными внутри многих существующих зданий: расход энергии на отопление измерялся в жилых зданиях в течение как минимум двух отопительных сезонов и летнего периода между ними, а результаты измерений были зафиксированы. Изучение строительных объектов показало, что энергосбережение является основополагающим моментом, влияющим на выбор того или иного архитектурного и строительного решения.

В общих чертах можно сказать, что путь перехода от зданий группы 1, с удельным расходом энергии на отопление 300–400 кВт•ч/м2, к зданиям группы 3, с низким энергопотреблением (LEH), расходующих на отопление от 40 до 80 кВт•ч/м2, четко обозначен – для снижения энергопотребления зданий достаточно учесть следующие элементы, перечисленные в порядке их значимости:

– высокоэффективная теплоизоляция зданий;

– современные «интеллектуальные» отопительные установки и системы регулировки отопления, соответствующие высокому уровню теплоизоляции с высоким КПД;

– большие стеклянные поверхности (окна) для пассивного использования солнечной энергии, установленные, преимущественно, с южной стороны здания;

– рекуперация тепла в системах вентиляции, регулируемых пользователем;

– положительное отношение жильцов к зданиям с низким энергопотреблением. Выбирая режим проветривания и температуру помещения, потребитель значительным образом влияет на тепловой баланс здания и, тем самым, на потребление энергии на отопление. Поэтому проекты современных энергоэффективных зданий должны предусматривать тесное взаимодействие с жильцами, иначе возможно либо снижение уровня комфорта, либо увеличение потребления энергии.

Эффективность каждого отдельно взятого элемента можно увидеть непосредственно из теплового баланса здания. Так, на рис. 1 приведен пример теплового баланса здания группы 1 в сравнении с тепловым балансом здания группы 4. В левой колонке показаны тепловые потери, а в правой – теплопоступления. Разница (не закрашенная область) показывает расход энергии на отопление Н, который можно снизить с 400 кВт•ч/м2, затрачиваемых в настоящее время в зданиях старой постройки, до 40 кВт•ч/м2 (здания с ультранизким энергопотреблением), т. е. расход энергии на отопление уменьшается в 10 раз. Такие балансы можно составлять без особых усилий. Каждая отдельная составляющая баланса (V, T, S, I, R, H) просто должна быть графически сложена с остальными, как это показано на рис. 1.

Годовой тепловой баланс здания старой постройки и здания с ультранизким энергопотреблением

Рисунок 1.

Годовой тепловой баланс здания старой постройки и здания с ультранизким энергопотреблением

Если в зданиях старой постройки применять современную высокоэффективную теплоизоляцию, не используя другие возможности снижения энергопотребления, то можно сэкономить существенное количество энергии, величина которой обозначена на рис. 1 как D изоляции. Таким образом, очень важным элементом является теплоизоляция наружных стен здания. Конструкция окон также оказывает существенное влияние на тепловую эффективность здания как за счет теплопотерь, так и за счет инфильтрации. Отметим, что оптимизация формы, размеров и конструкции заполнений светопроемов поз-воляет обеспечить дополнительную экономию энергии за счет использования естественного освещения. Из этого можно сделать вывод, что для достижения удовлетворительного общего теплового баланса здания, конструкция окон должна быть гармоничной – не только в отношении внешнего вида фасада и конструкции, но и в отношении ориентации зданий в пространстве (беря во внимание расположение соседних конструкций, закрывающих внутреннее пространство).

Итак, из рис. 1 можно сделать следующие выводы:

– повысив эффективность тепловой изоляции наружных ограждающих конструкций здания, можно существенно снизить коэффициент теплопередачи Т, таким образом сэкономить огромное количество энергии;

– потери тепловой энергии при вентиляции V практически не изменяются, т. к. зданию любой группы (см. таблицу) необходима хорошая вентиляция как в гигиенических целях, так и, что еще важнее, для предотвращения проблем с конденсацией влаги и развитием плесени. Однако при установке сов-ременной системы рекуперации тепла можно использовать часть энергии R;

– количество дополнительной тепловой энергии, полученной за счет солнечной энергии S, в здании группы 4 останется приблизительно на том же уровне, что и в здании старой постройки;

– величина энергии бытовых теплопоступлений I останется приблизительно такой же, как и сейчас, т. к. количество бытовых электрических приборов в жилых помещениях в будущем возможно и увеличится, но и эффективность бытовой техники постоянно повышается. Таким образом, при большем количестве электрических приборов величина теплопоступления от них останется приблизительно такой же.

Еще раз отметим, что важным моментом является изменение привычек и отношения жильцов к вопросам энергосбережения. Они могут уже сейчас и смогут в будущем влиять на долю энергетических потерь от вентиляции V простым открытием / закрытием форточки.

В настоящее время при строительстве новых домов необходимо составлять энергетический баланс здания, учитывающий теплопотери и тепло от дополнительных источников энергии. Энергетический баланс должен быть составлен на самом раннем этапе строительства, еще на стадии эскизного, а затем и рабочего проекта.

Здание с фотоэлементами и солнечными коллекторами на крыше имеет отличную тепловую изоляцию

Рисунок 2.

Здание с фотоэлементами и солнечными коллекторами на крыше имеет отличную тепловую изоляцию

В Германии существуют жилые здания, способные обеспечивать свои собственные энергетические потребности. У этих зданий высокоэффективная теплоизоляция стен, окон и крыши.

Например, в одном из таких зданий потребность в электроэнергии покрывается за счет фотогальванических элементов, установленных на крыше. Более того, на крыше установлены солнечные коллекторы, способные нагревать, особенно в летнее время, хорошо изолированный водяной бак объемом около 10 м3. Этот водяной бак расположен в подвале, на месте «масляного бака», который уже не используется. Водяной бак является системой аккумуляции сезонной энергии, и позволяет использовать в зимнее время часть солнечной энергии, накопленной летом.

В проектах подобных домов  следует учитывать расход энергии за весь период жизненного цикла здания, т. е. расход энергии на строительство, эксплуатацию, снос и утилизацию здания. При расчете жизненного цикла здания необходимо учесть не только потоки энергии, но и потоки материалов и отходов. Иначе для здания с низким энергопотреблением, но построенного с большими энергетическими затратами, общие затраты энергии за период жизненного цикла могут оказаться очень велики.

Решающим значением для любой национальной экономики и экологического успеха в области сбережения энергии, затрачиваемой на отопление, является принятие адекватных энергосберегающих мер не только в отношении новых строящихся зданий, но и уже существующих зданий старой постройки. Повышение энергетической эффективности существующих зданий должно неукоснительно выполняться параллельно с модернизацией их конструктивных эле-ментов. Очевидно, что создание в XXI веке городов с нулевыми выбросами возможно только в случае энергетической модернизации большого количества зданий старой постройки. Этого невозможно добиться за несколько лет, но такая задача должна быть поставлена и выполнена в течение оставшихся 90 лет этого столетия.

Поделиться статьей в социальных сетях:

Статья опубликована в журнале “Энергосбережение” за №3'2007

распечатать статью распечатать статью


Реклама
Реклама на нашем сайте
Яндекс цитирования

Подписка на журналы

АВОК
АВОК
Энергосбережение
Энергосбережение
Сантехника
Сантехника
Онлайн-словарь АВОК!


Реклама на нашем сайте