18 декабря 2016г.
В России один из самых больших в мире технический потенциал повышения энергетической эффективности – более 40% от уровня потребления энергии в стране. Использование этого резерва возможно только за счет комплексной политики.
Как показывают результаты прогнозирования энергетических перспектив развития общества, наиболее выигрышны сегодня два пути повышения энергоэффективности объектов строительства:
1. экономия энергии (снижение энергопотребления и энергопотерь, в том числе утилизация энергетически ценных отходов);
2. привлечением возобновляемых природных источников энергии.
Мероприятия, соответствующие преимущественной ориентации на один из этих путей, имеют принципиальные отличия и позволяют выделить два класса энергоэффективных зданий. Первый класс – здания, использующие энергию природной среды. Второй класс - здания, не использующие энергию природной среды.
Энергоэкономичные здания - не применяют альтернативные источники или энергию природной среды, обеспечивают снижение энергопотребления, в основном за счет усовершенствования систем их инженерного обеспечения (как наиболее "энергоемких" составляющих энергетического "каркаса" здания), конструктивных элементов, определяющих характер и интенсивность энергообмена с внешней средой (наружных ограждений, окон и т.п.). Актуальна и оптимизация архитектурных решений (повышение компактности объемов, сокращение площади остекления, использование градостроительных приемов и архитектурных форм, нивелирующих отрицательные воздействия природно- антропогенных факторов внешней среды - ветра, солнца и т.п.), направленная на сокращение потерь в энергетике.
Энергоактивные здания - ориентированы на эффективное использование энергетического потенциала внешней среды (природно-климатических факторов внешней среды) в целях частичного или полного (автономного) энергообеспечения посредством комплекса мероприятий, основанных на применении объемно-планировочных, ландшафтно- градостроительных, инженерно-технических, конструктивных средств, которые предполагают ориентированность пространств, архитектурных форм и технических систем на энергетические источники внешней среды (солнце, ветер, грунт и др.).
В данной статье будет рассказано об энергоактивных зданиях.
Идея этаких зданий явилась результатом поиска путей наиболее экономичных средств энергоснабжения объектов строительства. Эта цель достигается за счет возможности производства энергии непосредственно на объекте, сулящей перспективу полного отказа от устройства дорогостоящих и ненадежных в эксплуатации внешних инженерных сетей (тепло-, электросетей, сетей горячего водоснабжения).
При транспортировке любого вида энергии происходят большие ее потери. Отказ от устройства подводящих сетей позволяет исключить эти потери. Суммарная величина этих и других возможных экономических "выигрышей", соотнесенная со стоимостью необходимых для их получения мероприятий и средств, определяет в итоге целесообразную степень энергоактивности проектируемого здания. В современных экономических и технических условиях, как показывает практика, далеко не всегда экономически оправдано полное замещение традиционных энергоносителей возобновляемыми. В ряде случаев это объясняется невысоким коэффициентом полезного действия имеющихся сегодня технологических средств утилизации энергии природной среды при довольно значительной их стоимости. Разнообразные комбинированные схемы энергоснабжения, которые сочетают использование традиционных и одного (или нескольких) видов альтернативных средств, являются наиболее целесообразными.
Таким образом, мощность и доступность имеющихся на месте строительства природных и других энергетических ресурсов, характер, производительность и стоимость средств их использования определяют целесообразную степень энергоактивности объекта. По этому признаку различают здания:
• с малой энергоактивностью (замещение до 10% энергопоступлений);
• средней энергоактивностью (замещение 10 - 60%);
• высокой энергоактивностью (замещение более 60%);
• энергетически автономные (замещение 100%);
• с избыточной энергоактивностью (энергопоступления от природных источников превышают потребности здания и позволяют передавать излишки энергии другим потребителям).
Экспериментальное строительство 1970 - 1980-х годов показало, что экономически эффективными (по соотношению цена/ производительность), а следовательно, наиболее популярными сегодня и на видимую перспективу стали здания со средней энергоактивностью, в которых энергией возобновляемых природных источников обеспечивается от 40% до 60% общей потребности.
При проектировании зданий, использующих энергию природной среды, наиболее важной проблемой является поиск путей и средств эффективного управления процессами распределения энергетических (воздушных, тепловых, световых и др.) потоков с целью поддержания оптимальных микроклиматических параметров помещений в условиях циклических (суточных, сезонных) и периодических (облачность, осадки) изменений параметров внешней среды. При этом ключевое значение имеет решение трех задач:
1. как собрать энергию (как получить необходимое количество энергии, учитывая ее определенную рассеянность во внешней среде, т.е. компенсировать недостаточную мощность естественных энергетических потоков);
2. как хранить (аккумулировать) собранную энергию (как компенсировать характерное несовпадение во времени периодов и суточно-сезонную неравномерность поступления и потребления энергии);
3. как распределять энергию (как обеспечить регулируемое распределение энергии в здании для обеспечения требующихся в данный момент и в данное время функционально-технологических и микроклиматических параметров его элементов).
Существует два принципиально отличных подхода к организации среды обитания человека - техноцентрический и экологический. Они определяют две группы средств для решения указанных задач, обусловливая, как показывает практика, совершенно разные качества получаемых в результате архитектурно-градостроительных, конструктивных и инженерно-технических решений.
1. Техноцентрический или традиционный подход, рассматривающий здание как внутренне замкнутую систему, предполагает приоритетность задач по усилению изоляционных свойств ограждений и выражается использованием, преимущественно, инженерно-технических, или активных, средств повышения энергоэффективности здания, и в частности, использования природных источников энергии: сбор, хранение и распределение энергии осуществляется с помощью специальных систем технического оборудования, которыми оснащаются здания, а также других инженерных объектов, что предполагает "принудительный" характер протекания энергетических процессов, обеспечивающий возможность получения большого количества высококонцентрированной энергии. Однако, при этом инженерно-технические средства не только "дают", но и "берут": помимо довольно высокой себестоимости, они требуют расходов на содержание, технической осведомленности пользователя и квалифицированного обслуживающего персонала, что в сумме ограничивает область их экономически эффективного применения крупными общественными зданиями и промышленными объектами с высокой и избыточной энергоактивностью.
2. Экологический подход к проектированию энергоэффективных (и в частности, энергоактивных) зданий, рассматривая здание как изначально тесно взаимосвязанный с внешней средой организм и следуя логике природных явлений, ставит целью решение энергетических задач на основе целенаправленной организации особой материально- пространственной среды, обеспечивающей регулируемое, но естественное протекание требующихся энергетических процессов: само здание, его конструкции и пространства, объекты окружающей среды выполняют роль энергетической установки. Таким образом, приоритетное значение приобретают задачи по организации эффективных естественных обменных процессов внутри объема здания и с внешней средой, (в т.ч. в целях использования энергии природной среды), решаемые, преимущественно, ландшафтно- градостроительными, объемно-планировочными и конструктивными, или пассивными, средствами; технические системы при этом выполняют простые вспомогательные (в основном, корректирующие) функции. Строительством пассивных систем можно обеспечить около 50% потребности зданий в энергии, то есть энергетическая эффективность пассивных систем пока невысока. Однако, их хорошие эксплуатационные характеристики, простота использования, сравнительно небольшая себестоимость и подчеркнутая экологичность обусловили целесообразность их применения при проектировании любых архитектурных объектов. Более того, результаты многих программ по энергосбережению в строительстве, полученные в конце 1980-х годов, в целом, показали более высокую экономическую эффективность пассивных энергосистем относительно большинства активных: решающее значение приобрели стоимостные и эксплуатационные качества. (Т. А. Маркус, Э. Н. Моррис).
Методы проектирования энергоактивных зданий: А) На уровне градостроительства:
1. выявление факторов внешней среды (природно-климатических и антропогенных) как благоприятных так и неблагоприятных с энергетической точки зрения в районе строительства и оценка их возможных воздействий на энергетический баланс проектируемого объекта (в том числе с целью использования в качестве источника энергии);
2. выбор площадки строительства с наибольшим потенциалом энергетически благоприятных факторов и наиболее высокой степенью естественной защищенности от неблагоприятных;
3. организация новых природных и антропогенных форм ландшафта и целенаправленное использование существующих с целью концентрации энергетически благоприятных и защиты от неблагоприятных воздействий факторов внешней среды.
Б) На уровне объемно-планировочного решения:
1. с целью снижения удельной площади поверхности теплоотдачи повышение компактности объемных форм зданий;
2. оптимизация формы и ориентации объекта, направленная на максимальное использование благоприятных и нейтрализацию неблагоприятных воздействий внешней среды в отношении энергетического баланса здания;
3. обеспечение объемно-пространственной трансформативности здания как средства адаптации к меняющимся воздействиям внешней среды;
4. включение (или предусмотрение возможности включения) в объемно- пространственную структуру здания элементов, обеспечивающих приток и эффективное использование энергии внешней среды.
В) На уровне конструктивного решения:
1. оптимизация энергетической проницаемости (изолирующих свойств) ограждений с целью защиты от неблагоприятных и использования благоприятных воздействий внешней среды;
2. придание конструкциям здания дополнительных функций (введение дополнительных конструктивных элементов), обеспечивающих эффективное регулируемое распределение внешних и внутренних энергетических потоков в процессе эксплуатации объекта;
3. обеспечение геометрической трансформативности конструкций как основных средств адаптации объекта к изменению условий внешней среды.
Г) На уровне инженерно-технического обеспечения:
1. снижение энергопотребления системами инженерно-технического обеспечения зданий и территорий за счет улучшения их технико-эксплуатационных параметров;
2. утилизация вторичных энергетических ресурсов, образующихся в процессе функционирования систем инженерно-технического обеспечения зданий и территорий;
3. обеспечение автоматического контроля и регулирования процессов распределения энергии в системах инженерно-технического обеспечения зданий.
Таким образом, наиболее выгодны здания со средней энергоактивностью с экологическим подходом к проектированию. При этом применяются пассивные энергосистемы, способные обеспечить только половину потребностей в энергии здания, которые в то же время имеют низкую стоимость, просты в использовании, а потому более рациональны.
Список литературы
1. Гительман Л.Д, Ратников Б.Е. Энергетический бизнес. – М.: Дело, 2006. – 600 с.– 521 с.
2. Пилепенко В. Строительство энергоэффективных зданий/ В.Пилепенко, Л.Данилевский // Наука и инновации. - 2010. - № 6. - С. 22-24.
3. Ковалев В. Цель - экономия, или "Зеленый дом" - наше будущее?/ В.Ковалев // Идеи вашего дома. - 2010. - № 11. - С. 188-198.
4. Воротницкий В., Калинкина М., Апряткин В. Мероприятия по снижению потерь электроэнергии. // http://www.elcp.ru
5. Самарин О.Д. О методике оценки энергоэффективности зданий. (Сб. трудов «Современные системы теплогазоснабжения и вентиляции» к 75-летию факультета ТГВМГСУ) – М., 2003, с. 25- 31.
