ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЕ ЗДАНИЯ

Общие положения

Использование энергии в системах инженерного обеспечения зданий связано с потреблением первичных энергетических ресурсов, т.е. органических топлив, и нетрадиционных возобновляемых источников энергии, а также конечной высокоорганизованной, например электрической, энергии, подведенной непосредственно к установкам систем.

Разработаны проекты зданий, выполненные с учетом различных подходов к экономии энергоресурсов. Известны проекты энергоактивных, энергоэффективных, пассивных, «умных» и других зданий. Но наиболее часто используются принципы проектирования энергоактивных и энергоэффективных зданий.

К энергоактивным относятся здания, для теплоснабжения которых широко используются нетрадиционные источники энергии.

Энергоэффективными называют здания, для которых предусмотрен комплекс мероприятий по эффективному использованию первичных и вторичных источников энергии.

Современные здания обладают большими возможностями по повышению их тепловой эффективности на базе формирования теплового и воздушного режимов, оптимизации потоков теплоты и массы как в помещениях, так и в ограждающих конструкциях.

Между научно обоснованными принципами использования энергии и практикой проектирования и строительства зданий и их инженерных систем существует разрыв. В теории строительства разрабатываются различные концепции энергетически эффективных и экологически чистых зданий. Существуют концепции здания с нулевым использованием энергии, «умного» здания, здания высоких технологий и т.д.

Профессор Ю.А. Табунщиков предлагает следующее определение концептуального подхода к проектированию зданий XXI в.: «Энергоэффективное здание — здание, в котором эффективное использование энергоресурсов достигается за счет применения инновационных решений, которые осуществимы технически, обоснованы экономически, а также приемлемы с экологической и социальной точек зрения и не изменяют привычного образа жизни» [29J.

Указанные выше принципы трактуют задачи создания энерго- эффективных зданий с учетом качества микроклимата помещений, экологических и экономических требований.

В то же время на сегодняшний день не создана единая теория проектирования энергоэффективных зданий. Обычно в проект энергоэффективного здания включаются независимые инновационные энергосберегающие решения, к которым относятся:

  • ? оптимизация архитектурных форм здания с учетом возможного воздействия ветра;
  • ? расположение здания, обеспечивающее возможность максимального использования солнечной радиации;
  • ? увеличение сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций здания (наружных стен, покрытий, перекрытий над неотапливаемыми подвалами);
  • ? сведение к минимуму количества имеющихся в конструкции тепловых мостиков и уменьшение их теплопроводности;
  • ? повышение сопротивления теплопередаче светопрозрачных ограждающих конструкций;
  • ? обеспечение регулируемого поступления наружного воздуха с использованием как механических систем, так и систем с естественным побуждением;
  • ? создание в помещениях систем вентиляции с организацией утилизации теплоты удаляемого воздуха;
  • ? создание систем отопления, обеспечивающих учет и регулирование расхода теплоты и индивидуального регулирования температуры воздуха в каждом помещении;
  • ? использование как централизованного, так и децентрализованного теплоснабжения.

Анализ используемых технических решений дает возможность определить три основополагающих направления при создании энергоэффективного здания:

  • 1) обеспечение комфортного микроклимата помещений;
  • 2) максимальное использование энергии окружающей среды;
  • 3) оптимизация энергетических элементов инженерных систем здания и самого здания как целого.

Указанные направления взаимосвязаны, и совместное их решение должно обеспечить основную задачу — создание комфортной среды обитания человека.

Осуществление указанных принципов возможно на основании положений системного анализа. Методология системного анализа наиболее часто используется для построения и реализации математических моделей сложных объектов. Данный подход использован в [28J при построении математических моделей теплового режима здания, состоящих из описания совокупности всех физических факторов и процессов, определяющих тепловую обстановку в его помещениях. Математические модели позволяют выполнять общий анализ взаимодействия отдельных факторов на уровне систем. Например, при проектировании энергоэффективного здания необходимо правильно выбрать архитектурно-планировочное решение. При этом должны быть учтены ориентация здания, топография участка, характеристики грунта, количество солнечной энергии, ветровые характеристики, осадки, наличие водоемов и растительности. Перечисленные факторы в той или иной степени влияют на эксплуатацию здания, т.е. на энергопотребление. Поэтому выбор ориентации здания может быть сделан только после оценки всех факторов окружающей среды, влияющих на микроклимат в его помещениях.

Так, на внутренний микроклимат помещений оказывают влияние солнечная энергия и естественная вентиляция, которые непосредственно зависят от ориентации здания и преобладающих ветров. Рациональной может быть и такая ориентация здания, при которой обеспечивается максимальное теплопоступление от солнечной энергии в холодный период года.

Анализ математических моделей здания на уровне систем дает возможность выбирать оптимальное решение его расположения для конкретных условий местности и климата.

Здания и сооружения состоят не только из оболочки. Ограждающие конструкции — это наружные стены, покрытия, чердаки из различных материалов, оконные заполнения из дерева, пластмасс, металла или композиционных материалов со стеклопакетами и без них, угловые сопряжения стен, стыковые сопряжения панелей, теплопроводные включения и т.д. Каждая из инженерных систем обеспечения микроклимата зданий — это совокупность оборудования, приборов и магистралей, решающих различные задачи и выполняющих разные функции. Воздушная среда зданий представляет собой смесь неконденсирующихся и конденсирующихся газов, неадекватно ведущих себя при изменении теплового и влажностного режимов помещений. Возможная конденсация водяного пара на поверхности или внутри ограждающих конструкций серьезно ухудшает микроклимат помещений и теплозащитные качества конструкций.

Существует необходимость рассмотрения особенностей проектирования зданий и сооружений не только на уровне систем, но и на уровне отдельных элементов инженерных систем, ограждающих конструкций. Сопряжение оконных блоков с наружными стенами, выполнение стыковых соединений панельных зданий, организация притока и удаления воздуха в помещениях, выбор и установка нагревательных приборов, подготовка воздуха имеют не меньшее значение, чем выбор варианта ограждающей конструкции, инженерных систем или архитектурно-планировочного решения. Перечисленные задачи являются чисто конструктивными и теплотехническими.

Энергосбережение зданий связано с экономией тепловой, электрической и (в меньшей степени) механической энергии. Их энергопотребление оценивается по уровню общего расхода энергии, используемой на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение здания. Отдельной статьей учитывается электроэнергия, расходуемая на освещение. Строительные нормы государств регламентируют энергопотребление зданий. Европейские нормы устанавливают потребление энергии на уровне 80... 100 кВт ? ч/(м2 • год). Но уже разработаны концепции энергоэффективного дома с нормой 15 кВт ? ч/(м2 • год), которые реализуются в Европе в районах, лежащих на широте южнее 50°. В Республике Беларусь проводятся эксперименты по снижению теплопотребления энергоэффективными зданиями до 30 кВт ? ч/(м2 ? год).

Энергоэффективность зданий оценивается на основании строительных норм энергопотребления и теплозащиты. Расчетный удельный расход энергии на здание не должен превышать нормируемых значений.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >