Энергосберегающие решения гражданских зданий при реновации

В рамках статьи даётся обзор нескольких инженерных решений в области энергосбережения гражданских зданий при реновации.

Непрерывный процесс техногенного развития заметно влияет на окружающую среду человека. Существующие научные публикации [1–3] предсказывают повышение холодопотребления в гражданских зданиях к концу текущего века, вызванное глобальным изменением климата. Поэтому разработка энергоэффективных систем отопления и вентиляции является актуальным направлением для исследовательской деятельности.

Известно, что естественные и частично механизированные (гибридные) системы вентиляции имеют значительный потенциал для развития [4, 5], который до сих пор не реализован в проектировочной практике в достаточной мере. Помимо снижения эксплуатационных и капитальных затрат, такие системы вентиляции создают более благоприятный микроклимат, оказывающий положительное влияние на самочувствие человека (в сравнении с механическими системами). Это объясняется тем, что при подаче воздуха в помещения через открытые проёмы в наружных ограждениях не происходит изменения его аэроионного состава. Таким образом, подача необработанного воздуха организует микроклимат, максимально приближенный к естественному, что снижает урбанистическую нагрузку на психику людей, находящихся в здании.

При механической вентиляции воздух полностью утрачивает естественный ионизационный фон во время обработки в секциях приточных установок, поэтому доля посетителей, удовлетворённых качеством воздуха в помещениях с такой вентиляцией, может быть ниже, чем в помещениях с естественной или гибридной вентиляцией. Следует отметить, что в зданиях с механическими системами кондиционирования проблема создания качественной воздушной среды не всегда бывает решена.

В рамках статьи рассматривается проект реконструкции здания штаб-квартиры компании Renson, производящей компоненты для систем естественной вентиляции. Здание расположено в промышленной зоне вблизи оживлённой трассы. Площадь двух этажей составляет 1350 м². Главный фасад ориентирован на юго-запад и имеет коэффициент остекления, равный 0,25. Северо-восточная сторона здания соединена с производственным залом. До реконструкции инженерных систем система вентиляции состояла только из специальных устройств с ручной регулировкой, расположенных над окнами. Из-за этого производительность системы сильно зависела от ветрового давления на фасаде, а формирующиеся воздухообмены были непредсказуемы.

Также посетителями и работниками отмечались проблемы с тепловым комфортом, связанные с перегревом остеклённых помещений в летнее время. Для повышения устойчивости системы вентиляции было принято решение заменить полностью естественную систему на гибридную (организовать механическую вытяжную вентиляцию при естественном притоке). Помимо этого, было предусмотрено автоматическое ограничение воздухообмена в нерабочие часы.

Для создания комфорта в тёплый период необходимо было ограничить теплопоступления от солнечной радиации. В этих целях применялись солнцезащитные завесы и специальное стекольное покрытие, которое пропускает лишь 34 % радиационных теплопоступлений, но при этом сохраняет требуемый уровень естественной освещённости.

Применение солнцезащитных завес позволило защитить от радиации более 80 % площади остекления.

Также в здании была применена технология ночной вентиляции. Суть её состоит в следующем: так как ночью температура наружного воздуха ниже, чем днём, то при включении вентиляции в определённое время массивные внутренние и наружные ограждения будут накапливать естественный холод и отдавать его в помещения в рабочие часы суток. Изначально в верхней части лестничной клетки был установлен вентилятор для перетока воздуха в соседнее производственное помещение. После реконструкции этот воздух стал выбрасываться на улицу через специальную вытяжную шахту с прозрачной верхней частью. Это позволило использовать потенциал естественных сил для создания воздухообмена и повысило освещённость лестничной клетки. Применение ночной вентиляции снизило температуру некоторых помещений в жаркие дни на 6 °C. Для эффективной ночной вентиляции необходимо, чтобы внутренние конструкции здания имели достаточную теплоёмкость и тепловую инерцию. Использование гипсокартонных перегородок и подвесных потолков значительно ухудшает эффект от этого энергосберегающего мероприятия.

В рамках статьи рассмотрим и другие проекты по реновации офисных зданий.

Их основной целью было снижение прямой и рассеянной солнечной радиации, снижение внутренних теплопоступлений и затрат на работу систем вентиляции, а также накопление и использование естественного холода в тёплый период. Для снижения прямой и рассеянной солнечной радиации использовались уже представленные выше солнцезащитные устройства, а также специальные солнечные отражатели, выполненные в виде алюминиевых пластин, установленных горизонтально в верхней части окон. Эти пластины располагались параллельно потолку, который окрашивался в белый цвет для повышения коэффициента отражения. Дневной свет попадал на пластины и сначала отражался в потолок, а от потолка — в помещение. При этом нижняя часть окна закрывалась солнцезащитным устройством. Площади верхней и нижней частей окна и размеры пластины подбирались так, чтобы в тёплый период в течение рабочего времени в помещении соблюдался минимальный уровень естественной освещённости.

Для экономии энергетических затрат на работу вентиляции вместо вытяжных систем предусматривалось сквозное проветривание. Для этого в дверях и внутренних стенах помещений, выходящих на разные фасады, устраивались переточные решётки, а в наружных ограждениях располагали приточно-вытяжные решётки особой конструкции. Также в этих целях использовались атриумы, куда устраивался переток воздуха из помещений с последующим удалением через кровлю. При отсутствии атриума система вентиляции зонировалась. Нижние этажи вентилировались сквозным проветриванием или естественными системами, где пространство в подвесном потолке использовалось в качестве вентиляционного канала.

Во избежание перерасхода теплоты на нагрев вентиляционного воздуха в холодный период года применялось автоматическое регулирование, которое ограничивало расход в рабочие часы и полностью отключало систему вентиляции в остальное время. Автоматическое регулирование проводилось по датчикам температуры или инфракрасным датчикам движения.

  1. Christenson M., Manz H., Gyalistras D. Climate warming impact on degree-days and building energy demand in Switzerland. Energy Conversion and Management. 2005. No. 47. Pp. 671–686.
  2. Frank T. Climate change impacts on building heating and cooling energy demand in Switzerland. Energy and Buildings. 2005. No. 37. Pp. 1175–1185.
  3. Kolokotroni M., Giannitsaris I., Watkins R. The eff ect of the London urban heat island on building summer cooling demand and night ventilation strategies. Solar Energy. 2006. No. 80. Pp. 383–392.
  4. Artmann N. Cooling of the building structure by nighttime ventilation: PhD thesis. Aalborg University. Departament of Civil Engineering Indoor Environmental Engineering Research Group. Denmark. 2008.
  5. van den Engel P., Kemperman R., Doolard H. Use the interaction of gravitational forces, the sun and wind for effective ventilation. REHVA. August 2012.

По материалам: https://www.c-o-k.ru