Первая школа без парниковых газов в Канаде

Райф Ха роуни, Лау риер Николс, Ма ри-Джудис Джин-Луис

Первая школа без парниковых газов в КанадеЗагрязнение парниковыми газами является глобальной проблемой и рассматривается на самом высоком международном уровне. Расчет количества образующихся парниковых газов приводит к неутешительным выводам, поэтому актуальным становится принятие любых мер по их уменьшению. Интересен опыт Канады в решении данного вопроса при реализации инновационного проекта школы École du Tournant в провинции Квебек.

Комиссия Scolaire des Grandes Seigneuries и школьный совет в провинции Квебек решили построить школу, не выделяющую парниковые газы. Эта цель была достигнута – сдано в эксплуатацию здание школы École du Tournant, которая стала самым энергоэффективным образовательным объектом в провинции Квебек: она на 80 % эффективнее, чем аналогичная школа, построенная в соответствии с действующими требованиями MNECB1.

Ключевые аспекты, выделяющие школу École du Tournant, – это применение инновационного метода проектирования при ее создании, а также улучшенное качество ограждающих конструкций и внедрение высокоэффективной системы освещения, системы ОВК с низким энергопотреблением и интеллектуальной системы
управления.

Первая школа без парниковых газов в Канаде
Рис. 1. Согласно результатам мониторинга Квебекского гидроисследовательского института, измеренное потребление энергии в школе École du Tournant составило 22 870 БТЕ/фут2 (0,26 ГДж/м2). Это на 80 % ниже, чем в типичной школе, построенной в соответствии с MNECB (114 350 БТЕ/фут2)

Инновационные методы проектирования

При проектировании школы École du Tournant использовались инструменты моделирования, которые помогли создать высокоэффективное здание. Моделирование компонентов и инженерных систем является требованием, позволяющим оценить их влияние на эффективность здания в целом. Проектировщик должен понимать, какие элементы в этом вопросе являются ключевыми, чтобы сконцентрироваться на выборе наиболее доступных и эффективных решений. Использование симуляций было мотивировано несколькими программами стимулирования и нормами энергоэффективности. Одним из примеров является программа стимулирования коммерческих зданий (The Commercial Building Incentives Program – CBIP) от Министерства природных ресурсов Канады. Похожие программы действуют и в США.

Первая школа без парниковых газов в Канаде

Высококачественные ограждающие конструкции здания

Материалы, использованные при устройстве крыши и наружных стен, делают теплозащитные характеристики данных ограждающих конструкций гораздо более высокими, чем предусмотрено требованиями MNECB. Большинство окон имеют двойное низкоэмисионное остекление с заполнением межстекольного пространства аргоном. Выбранные для ограждающих конструкций материалы позволяют существенно минимизировать теплопотери и удерживать тепло внутри здания.

Эффективная система освещения

Экономия энергии в системе освещения обеспечивается за счет оптимизации использования естественного освещения и установки высокоэнергоэффективных ламп.

Большинство помещений имеют окна, пропускающие солнечный свет. Помимо этого, установлены датчики движения, отключающие освещение, когда в помещении никого нет, и датчики интенсивности дневного света, регулирующие уровень искусственного освещения в зависимости от поступающего в помещение естественного освещения.

Энергоэффективные системы ОВК

Снизить энергопотребление здания позволяют два ключевых элемента системы ОВК – это геотермальный тепловой насос и приточная вентиляционная установка с солнечными стенами и теплообменником для предварительного подогрева наружного воздуха теплотой удаляемого воздуха.

• Геотермальный тепловой насос

Как известно, тепловые насосы потребляют как минимум в три раза меньше энергии, чем традиционные системы ОВК. Дополнительный эффект можно получить за счет подключения к грунтовому теплообменнику, который использует теплоту грунта для обогрева здания зимой и отводит избыточную теплоту для охлаждения здания летом.

Для отопления и охлаждения школы École du Tournant установлено в общей сложности 24 геотермальных тепловых насоса. Дополнительный тепловой насос используется в системе кондиционирования воздуха (см. рис. 2).

Первая школа без парниковых газов в Канаде
Рис. 2. Во время отопительного сезона свежий воздух поступает в здание через солнечные стены и нагревается за счет солнечного излучения. Затем воздух нагревается при помощи теплоутилизационной установки и, наконец, геотермальным тепловым насосом. Тепло от электрического сопротивления используется только в экстремальных погодных условиях

• Система вентиляции с солнечными стенами

Система вентиляции с солнечными стенами решает проблему подогрева холодного наружного воздуха, поступающего в здание. Расход наружного воздуха составляет 25,5 м3/ч на каждого ученика в классе2.

Обычно зимние температуры в провинции Квебек находятся в диапазоне от –25 до –10°C. Для подогрева такого воздуха до комфортных 22,2°C требуется много энергии. Благодаря правильным алгоритмам управления, использованию геотермального теплового насоса, утилизации тепла вытяжного воздуха и двум стенам с солнечными коллекторами проектировщики смогли существенно снизить энергопотребление здания.

Наружный воздух подается в соответствии с потребностями каждой зоны. Геотермальный тепловой насос нагревает или охлаждает воздух по необходимости, с минимальными затратами электроэнергии. Используется утилизация теплоты вытяжного воздуха для предварительного нагрева приточного воздуха.

Солнечные стены значительно повышают температуру наружного воздуха, снижая нагрузку на систему отопления. Оборудование стены солнечными коллекторами подтвердило свою эффективность. Так, по информации от заказчика, в безоблачные дни температура воздуха увеличивается с –22 до 4°C просто за счет его циркуляции через солнечную стену. Этот подогрев на 25°C происходит совершенно бесплатно!

•Интеллектуальная система управления

Один из простейших способов уменьшить энергопотребление – это отключать оборудование, когда в нем нет необходимости. Системы ОВК запрограммированы на выключение, когда в помещении нет людей, согласно данным датчиков движения.

Объем подаваемого наружного воздуха регулируется по концентрации СО2, зафиксированной соответствующими датчиками.

Система управления также предусматривает возможность выбора включения/отключения одной из двух или обеих солнечных стен, расположенных в разных частях здания. Это позволяет оптимизировать температуру наружного воздуха, подаваемого в здание, в зависимости от интенсивности солнечного излучения.

Качество внутреннего воздуха

Вентиляционная нагрузка для каждого помещения определяется на основании соответствующих требований стандарта ANSI/ASHRAE 62–20014. Для обеспечения вентиляции применяется выделенная централизованная приточная система со 100 %-ным расходом наружного воздуха. Ее цель заключается в подаче достаточного объема наружного воздуха, чтобы концентрация СО2 не превышала 500 ppm от содержания данного газа в наружном воздухе. При применении данной концепции предполагается, что из здания будут удалены другие загрязняющие вещества.

Особое внимание уделялось выбору отделочных материалов, мебели, предметов интерьера в здании3. Ковры нигде в помещениях не используются. Все полы имеют твердую поверхность для упрощения обслуживания и уборки. Все материалы, включая любые краски, клеящие вещества и герметики, обладают низким уровнем выделения летучих органических веществ.

Система управления и контроля энергопотребления отслеживает концентрацию СО2 и позволяет обеспечить достаточную вентиляцию, не используя избыточный объем наружного воздуха.

Точно так же уже эффективная система освещения дополнительно усовершенствована за счет использования датчиков движения и датчиков освещенности, определяющих, достаточно ли света попадает в помещение.

Первая школа без парниковых газов в Канаде
Рис. 3. Согласно результатам энергетического моделирования, школа должна была сэкономить на энергозатратах более 20 000 долл. США в год. Превзойдя все ожидания, счета за электроэнергию показали годовую экономию на энергозатратах 34 000 долл. США

Если естественного освещения достаточно, искусственное отключается; когда естественное освещение уменьшается, система настраивает интенсивность освещения в соответствии с потребностями помещения.

Инновации

Выделяет школу École du Tournant не только высокая энергоэффективность и нулевые выбросы парниковых газов, но и способы достижения этих результатов. Вместо того чтобы апробировать «новые и еще не подтвердившие свою эффективность» строительные технологии, проектировщики решили остановиться на известных методах снижения энергопотребления и выбросов парниковых газов. Ключевым элементом общей
эффективности здания стала концепция системы ОВК, максимально использующая возобновляемые источники энергии и работающая под контролем интеллектуальной системы управления.

•Использование возобновляемых источников энергии

В данном проекте отказались от загрязняющего окружающую среду бойлера, шумного чиллера и неприглядной градирни. Школа École du Tournant работает на чистой и тихой возобновляемой солнечной энергии. Благодаря геотермальной теплонасосной системе большая часть требуемого тепла в отопительный период берется из грунта, ранее нагретого солнцем. В период, когда требуется охлаждение, избыточное тепло забирается из здания и отправляется обратно в грунт.

Еще одним шагом в направлении увеличения эффективности является использование электрокалорифера в контуре подогрева теплового насоса, для обогрева в экстремально холодные дни, когда эффективность теплонасосной системы падает из-за низких температур наружного воздуха. Калорифер предварительного подогрева с гликолевым контуром не требуется. Две идеально встроенные солнечные стены и теплоутилизационная установка соответствуют требованиям нагрева холодного наружного приточного воздуха в зимнее время.

Эксплуатация и техническое обслуживание

По сравнению с другими школами, где установлены традиционные системы ОВК, обслуживание и эксплуатация такой системы в школе École du Tournant намного проще. Из-за небольшого количества подвижных частей, применения геотермальной системы с замкнутым контуром и централизованного управления система более устойчива и работает надежнее. Кроме того, большая часть компонентов оборудования находится под землей и, следовательно, защищена от атмосферного воздействия. Каждая магистраль, ведущая в землю и обратно в здание, оснащена отсечным и управляющим клапанами на подающей и обратной линиях. Это не только позволяет пользователю более эффективно контролировать количество тепла, поступающего в школу и выводимого из нее, но и в случае выхода из строя одной из магистралей гарантирует работоспособность системы в целом. Данный аспект повышает надежность системы при ее эксплуатации. При запуске данного здания очень полезными оказались правила ASHRAE по вводу систем в эксплуатацию.

Влияние на окружающую среду

Школа École du Tournant является одним   из немногих зданий в провинции Квебек, поощряющих устойчивое развитие и оказывающих положительное влияние на окружающую среду. Отчеты за прошедшие два года подтверждают, что большая часть энергии на отопление вырабатывается возобновляемыми источниками.

Другим источником тепла является гидроэлектростанция, которая не вырабатывает парниковые газы. В качестве альтернативы, учитывая малый объем потребляемой искусственной энергии, выделения парниковых газов при использовании природного газа для отопления будут близки к нулю.

Об авторах 

Райф Хароуни, старший инженер в компании Dessau-Soprin, г. Лонгвилль, провинция Квебек, Канада. Курировал механическую часть данного проекта

Лауриер Николс, старший инженер в компании Dessau-Soprin. Выполнял энергетический анализ в проекте. За этот проект в 2006 году был награжден ASHRAE Technology Award

Мари-Джудис Джин-Луис, инженер компании Dessau-Soprin, курировала вопросы создания энергетических симуляций


1 «Единый национальный энергетический кодекс в строительстве» (Model National Energy Code for Building – MNECB), действующий в Канаде. Разработан на основе стандарта ANSI/ASHRAE/IESNA 90.1 «Энергетический стандарт для зданий, за исключением малоэтажных жилых домов».

2 Определяется в соответствии со стандартом ANSI/ASHRAE Standard 62–2001 «Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality» («Обеспечение качественного микроклимата в помещении средствами вентиляции»).

3 Основанием служили требования Совета США по зеленому строительству (U.S. Green Building Council’s Leadership in Energy and Environmental Design®).

По материалам: zvt.abok.ru