CC BY
316
УДК 621.311
Р.С. Федюк, Е.А. Огрель, А.В. Мочалов, А.М. Тимохин, З.А. Муталибов, И.А. Мальцев
ФЕДЮК Роман Сергеевич - преподаватель Учебного военного центра Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток). E-mail: [email protected], ОГРЕЛЬ Елена Александровна - аспирант Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток), МОЧАЛОВ Александр Викторович - заместитель начальника Учебного военного центра Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток), ТИМОХИН Андрей Михайлович - начальник отдела энергетики Учебного военного центра Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток), МУТАЛИБОВ Забур Алаудинович - начальник цикла электроэнергетики Учебного военного центра Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток), МАЛЬЦЕВ Игорь Анатольевич - старший преподаватель Учебного военного центра Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток).
© Федюк Р.С., Огрель Е.А., Мочалов А.В., Тимохин А.М., Муталибов З.А., Мальцев И.А., 2012
Первые зарубежные энергоэффективные здания
Описана история строительства энергоэффективных зданий. Подробно рассматриваются энергоэффективные мероприятия, впервые примененные в данных зданиях. Ключевые слова: энергия, здания, строительство, энергопотребление, теплоемкость.
The first foreign energy efficient buildings. Roman S. Fedyuk, Elena A. Ogrel, Alexandr V. Mochalov, Andrey M. Timokhin, Zabur A. Mutalibov, Igor A. Maltsev - School of Engineering (Far Eastern Federal University, Vladivostok).
This article examines the historical background of energy efficient buildings. Detail the energy efficiency measures
which were first used in these buildings.
Key words: energy, construction, power consumption, heat.
Новое направление в экспериментальном строительстве - «энергоэффективные здания» - появилось после мирового энергетического кризиса начала 70-х годов XX в. Это направление стало ответом на критику специалистов Международной энергетической конференции (МИРЭК), изложенную в докладе на сессии ООН в 1972 г., ее суть: современные здания обладают огромными резервами повышения тепловой эффективности, но особенности формирования теплового режима недостаточно изучены, и на практике проектировщики не могут оптимизировать потоки тепла и массы в ограждениях и здании. В этом же докладе была сформулирована главная идея экономии энергии: энергоресурсы могут быть использованы более эффективно путем применения мер, которые осуществимы технически, обоснованы экономически, а также приемлемы с экологической и социальной точек зрения, т.е. обеспечивают минимум изменения привычного образа жизни [3, с. 23].
Проект первого энергоэффективного здания начал осуществляться в 1972 г. в Манчестере (США) архитекторами Николасом Исааком и Эндрю Исааком (рис. 1). В этот период газеты еще не пугали угрозой энергетического кризиса, но «его дыхание» уже чувствовалось: время дешевой энергии прошло. Энергопотребление зданий стало доминирующим критерием качества проекта.
Н. и Э. Исаак дают следующие рекомендации (они актуальны и при современном строительстве) по проектированию энергоэффективных зданий: необходимо, чтобы учет энергопотребления инженерными системами здания велся по всем аспектам здания на самой ранней стадии его проектирования. Цель учета - установить взаимосвязь между энергопотребляющими элементами здания и постараться определить их наилучшие параметры.
Это с самого начала проектирования требует от команды разработчиков понимания, что каждая сфера ответственности должна быть тщательно взвешена и сбалансирована. Времена, когда инженеры встраивали свои системы в конструкции, созданные архитекторами, в прошлом - необходимо включение энергосберегающих решений в программу строительства здания в качестве главного фактора. «Это делает необходимым тщательное системное изучение здания как системы в целом методами математического и физического моделирования. И этот процесс должен предшествовать началу работ по проектированию здания» [3, с. 45].
Рекомендации по выбору энергосберегающих мероприятий, которые были учтены в переработанном проекте здания, относились к форме и ориентации здания, оптимизации ветрового воздействия, повышению теплозащиты и теплоаккумуляционной способности наружных ограждающих конструкций, а также
Рис. 1. Первое демонстрационное энергоэффективное здание (Манчестер, Нью-Хэмпшир, США)
размещению в них теплоизоляционного слоя, уменьшению площади остекления и использованию солнцеза-щиты, а кроме того, тепла солнечной радиации в системе теплоснабжения здания.
В части выбора формы и ориентации здания было установлено, что «размеры и ориентация места застройки ограничивают выбор оптимальной формы здания и его ориентацию с точки зрения энергосбережения»: прямоугольная в плане форма здания с длинными фасадами, обращенными к югу и северу, «уменьшает теплопоступления от солнечной радиации в летнее время, при этом зимой, когда солнце расположено низко над горизонтом, можно использовать теплопоступления от солнечной радиации. Однако размеры строительной площадки не позволили построить здание такой формы и ориентации.
Были сформулированы следующие требования к температуре и влажности внутреннего воздуха:
• с октября по май, в рабочие дни, с 8:00 до 18:00 ч температура воздуха 21 °С, относительная влажность 30%;
• с октября по май, в рабочие дни, в ночное время с 18:00 до 8:00 ч и круглосуточно в выходные и праздничные дни температура воздуха 15,6 °С, относительная влажность 42%;
• с июня по сентябрь, в рабочие дни, с 8:00 до 19:00 ч температура воздуха 24 °С, относительная влажность 50%;
• с учетом того, что в здании в рабочие дни с 8 до 18 ч будут находиться 600 чел., общий объем приточного воздуха установлен на уровне 25 200 м3/ч, включая 7 500 м3/ч воздуха, поступающего за счет инфильтрации.
Данные цифры показывают, что впервые был сделан такой дифференцированный подход к проектированию внутренних параметров микроклимата (температура, влажность, воздухообмен) в зависимости от времени суток и времени года.
Второе здание, которое было запроектировано и построено как энергоэффективное - «ЕКОКО-Ьоше» в г. Отаниеми, Финляндия (рис. 2).
Концептуально это были экспериментальные лаборатории, в которых предстояло оценить эффективность архитектурных, инженерных и технологических мероприятий по экономии топливно-энергетических ресурсов, потребляемых зданиями. Особенностью проекта «ЕКОКО-Ьо^е» было строительство двух одинаковых внешне секций здания. Одна из них построена по существующим на тот момент строительным нормам и не содержала инновационных решений по энергосбережению. Такие решения были использованы при строительстве второй секции. В результате проектировщики получили уникальную возможность сравнить энергопотребление обеих секций и оценить энергоэффективность выбранных решений [2, с. 13].
За основные инновационные энергосберегающие решения здания «ЕКОКО-Ьоше» были приняты:
• эффективное использование внутреннего объема здания для минимизации площади ограждающих конструкций и уменьшения через них теплопотерь;
• эффективная теплоизоляция ограждающих конструкций для уменьшения теплопотерь;
Рис. 2. «EKONO-house»
• высокая теплоемкость ограждающих конструкций для накопления тепла и повышения теплоустойчивости здания;
• аккумулирование тепла солнечной радиации в основании здания для снижения нагрузки на систему отопления;
• применение вентилируемых окон для уменьшения теплопотерь в зимнее время;
• минимальные утечки воздуха (герметичность здания) и низкий расход наружного воздуха в системе вентиляции для снижения затрат энергии на отопление здания;
• эффективное освещение для снижения затрат электрической энергии;
• система автоматического управления оборудованием климатизации и освещением для оптимизации и учета потребления энергии.
Удельное теплопотребление здания «EKONO-house» составляет 70 кВт-ч/м2, удельное электропотребление - 57 кВт-ч/м2, что составляет примерно одну треть от энергопотребления традиционных зданий подобного типа. Расход тепла в здании «EKONO-house» распределялся следующим образом (цифры приводятся в %):
• теплопотери за счет теплопередачи - 35;
• теплопотери за счет негерметичности здания (вместе с утечками воздуха) - 30;
• затраты тепла на подогрев приточного воздуха - 20;
• затраты тепла на горячее водоснабжение (ГВС) - 15.
Распределение электропотребления следующее:
• потребление электроэнергии системой освещения здания - 44;
• потребление электрической энергии вентиляторами и насосами - 42;
• потребление электрической энергии прочим оборудованием - 14.
Важно отметить, что уже в 1970-е годы было предусмотрено использование тепла солнечной радиации и возможностей компьютерной техники для управления инженерным оборудованием. Первая тенденция продолжает успешно развиваться, в том числе даже в такой северной стране, как Финляндия (при экспериментальном строительстве жилого района VIIKI, Хельсинки, Финляндия), а вторая выросла в крупное направление в инженерии зданий, получившее название «интеллектуальные здания» [1, с. 32].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Андерсон Б. Солнечная энергия Основы строительного проектирования: пер. с англ. М.: Стройиздат, 1982. 375 с.
2. Поз М.Я. Основы специальности // АВОК-ПРЕСС. 1990. № 1 С. 8-14.
3. Табунщиков Ю.А., Бродач М.М., Шилкин Н.В. Энергоэффективные здания. М.: АВОК-ПРЕСС, 2002. 200 с. ил.
4. Daniels K. The Technology of Ecological Building. Boston: Birkhauser, Verlag, 1997.
X
