Строительство энергоэффективных домов

Итоги и перспективы развития энергоэффективных домов

Строительство энергоэффективных домов // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2002. №6. C.2-5

ИТОГИ СТРОИТЕЛЬСТВА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОГО ДОМА В НИКУЛИНЕ

27 апреля 2002 года на заседании научно-технического совета Комплекса архитектуры, строительства, развития и реконструкции города правительства Москвы под председательством заместителя председателя НТC доктора технических наук, профессора А.Н. Дмитриева были рассмотрены итоги строительства экспериментального энергоэффективного дома в Никулине, разработанного под руководством члена-корреспондента РААСН президента АВОК Ю.А. Табунщикова и специалистов ОАО ?ИНСОЛАР-ИНВЕСТ?

В связи с высокой актуальностью и практической значимостью рассматриваемой проблемы редакция журнала публикует заслушанные на НТС доклады и пункты решения, принятые в обеспечение развития строительства энергоэффективных домов.

В соответствии с Долгосрочной программой энергосбережения в Москве, Министерством науки и техники Российской Федерации, Правительством Москвы и ВСК МО РФ в целях создания и апробации технологий, обеспечивающих снижение до 50% затрат энергии на теплоснабжение, реализован проект энергоэффективного жилого дома в микрорайоне ?Никулино-2?

Концепция зданий с эффективным использованием энергии (энергоэффективных зданий) разработана в Российской академии архитектуры и строительных наук в конце 1990-х годов.

В соответствии с этой концепцией, энергоэффективным является экологически чистое здание, в котором с заданной обеспеченностью поддерживается комфортный микроклимат и реализован комплекс мероприятий, обеспечивающих существенное снижение расхода энергетических, материальных и других ресурсов, в том числе за счет использования вторичных и возобновляемых источников энергии.

Решение проблемы создания такого жилья основано на комплексном системном подходе, когда здание и его инженерное оборудование рассматриваются как единая теплоэнергетическая система, а эффект энергоресурсосбережения достигается оптимальным сочетанием архитектурно-градостроительных, объемно-планировочных решений, повышением теплозащиты оболочки и совершенствованием систем инженерного оборудования.

Не случайно при выборе представительского здания для данного пилотного проекта предпочтение было отдано серии 111/350 МО, отличающейся от широко применяемой в московском строительстве серии П-44 лучшими объемно-планировочными решениями и удельными энергетическими показателями.

Разработке проекта жилого дома и его инженерного оборудования предшествовало тщательное технико-экономическое обоснование энергоэффективных технологий, выполненное под руководством Технического управления КС МО, АВОК и ОАО ?ИНСОЛАР-ИНВЕСТ?, специалистами 26 ЦНИИ МО РФ, ВИТУ и других научно-исследовательских и проектных организаций.

Повышение теплозащиты оболочки здания обеспечивается за счет применения трехслойных наружных панелей с эффективным утеплителем - пенополистиролом с приведенным сопротивлением теплопередаче более 3,2 м2 град/Вт, установки эффективных оконных блоков, а также остекления лоджий. Последнее решение приводит к снижению (до 5%) расчетных тепловых потерь зданий и годового расхода тепла (до 8%) за счет поглощенного солнечного излучения.

Важное место при обосновании и разработке проекта уделялось созданию комфортных условий внутренней среды помещений и, в частности, обеспечению нормативного воздухообмена, который, как правило, естественным образом не достигается в случае применения современных герметичных окон со стеклопакетами.

При обосновании системы вентиляции учитывался как зарубежный, так и отечественный опыт, при этом в качестве критериев принималось: обеспечение надежной и регулируемой подачи воздуха, его чистоты, газового и ионного состава, безопасности жильцов, возможность утилизации тепла, а также приемлемые капитальные затраты. Анализировались схемные решения по центральной приточно-вытяжной механической вентиляции, местной (квартирной) системе с рекуператорами тепла, а также системе с утилизацией тепла на подогрев воды для горячего водоснабжения, в том числе с использованием тепловых насосов.

В результате в проект была заложена организация воздухообмена за счет использования естественного притока свежего воздуха через специальные клапаны в оконных блоках и центральной механической вытяжной системы с установкой в каждой квартире вытяжных клапанов с автоматическим регулированием расхода воздуха. Для этого на 78 заводе Минобороны изготовлены специальные оконные блоки с коробкой увеличенной высоты переплета для установки регулируемых приточных решеток.

Такое решение позволило утилизировать тепло вытяжного воздуха, на подогрев которого уходит около 50% всего потребляемого тепла на отопление здания.

Поддержание необходимой температуры воздуха в помещениях обеспечивается по-квартирной двухтрубной системой центрального водяного отопления с подплинтусной горизонтальной разводкой и квартирными расходомерами воды с выводом данных на домовую систему автоматизированного учета тепла. Отопительные приборы - конвекторы ?Универсал-ТБ? оборудованы автоматическими термостатическими клапанами, сокращающими потребление тепла при поступлении солнечной радиации и бытовых тепловыделений за счет индивидуального регулирования.

Как показали технико-экономические расчеты, наибольший эффект энергосбережения в жилых зданиях может быть достигнут за счет утилизации тепла вытяжного воздуха, сточных вод и грунта для нагрева воды в системе горячего водоснабжения с помощью тепловых насосов.

В отличие от отопления система горячего водоснабжения (ГВС) потребляет круглогодично воду с постоянной невысокой температурой, при которой достигаются приемлемые энергетические показатели электроприводных тепловых насосов.

Проектный расход тепла на ГВС жилого дома может быть полностью обеспечен утилизацией тепла воздуха и сточных вод, однако из-за отсутствия надежной Технологии очистки и теплообменного оборудования для сточной воды, в проекте заложена комбинированная система теплосбора, последовательно замкнутая на теплоутилизаторы вытяжного воздуха и грунтовые скважинные теплообменники (зонды), сооруженные вблизи здания.

Теплонасосная установка включает четыре тепловых насоса (см. рис. 2) теплопроизводительностью по 30 кВт, каждый из которых нагревает воду до 450С в подключенном к нему баке-аккумуляторе емкостью до 2 м3. При такой температуре обеспечивается оптимальный расход электроэнергии на привод тепловых насосов.

Догрев теплоносителя осуществляется в двух проточных электрокотлах мощностью по 18 кВт с накоплением в высокотемпературных аккумуляторах (800С). Эти котлы работают в ночное время с оплатой за потребленную энергию по льготному тарифу. Расчетная температура (550С) получается смешением в автоматическом смесительном клапане воды из низко- и высокотемпературных аккумуляторов.

Проектирование инновационной части проекта выполнено ИНСОЛАР-ИНВЕСТ при участии 53 ЦПИ МО РФ, а монтаж оборудования и пусконаладочные работы осуществляло 109 ССУ и ПРИМЭКОСТРОЙ. Расходы по смете на монтаж инновационной части составляют 6642 тыс. рублей (в ценах октября 2000 г.), или в удельных показателях -948 руб./м2, что составляет 10% дополнительной стоимости 1 м2.

В процессе пусконаладочных работ, эксплуатации и экспертиментальных исследований в течение отопительного сезона 2001 - 2002 года установлено, что система работоспособна и в основном выдерживает заложенные в проектах рабочие параметры. Средний коэффициент преобразования тепловых насосов находится в пределах 3 - 3,5. За счет использования низкопотенциального тепла возмещается около 80% теплопотребления. Эти результаты получены методом моделирования водопотребления в виду незначительного заселения дома. Более достоверные данные могут быть установлены при полном заселении с выводом системы в расчетный режим.

Вместе с тем выявлен ряд факторов, снижающих эффективность энергосбережения. Так, например, установленная мощность насосов и вентиляторов (более 15 кВт) сводит значения коэффициента преобразования установки в целом до двух. Требует дальнейшей доработки технологическая схема обвязки тепловых насосов и аккумуляторов для эффективного использования явления стратификации воды, а также система управления верхнего уровня (АСУ и диспетчеризации), обеспечивающая оптимальные режимы функционирования и контроля подсистем, раздельный автоматический учет электроэнергии тепловых насосов и других потребителей дома, что и предполагается выполнить в течение 2002 года. В целом, созданный в Министерстве обороны экспериментальный дом высокой энергетической эффективности позволяет после приобретения определенного опыта эксплуатации, рекомендовать наиболее удачные решения как для нужд Министерства обороны РФ, так и в интересах гражданского строительства.

А.П. Артемов, начальник отдела ТУ ЦОПУ КС МО РФ

РЕЗУЛЬТАТЫ НАТУРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОГО ДОМА

Уровень эффективности энергоиспользования является своего рода индикатором научно-технического и экономического потенциала страны, позволяющим оценивать издержки общества на удовлетворение своих энергетических потребностей. Сопоставление показателей энергоемкости экономики России и развитых западных стран показывает, что удельная энергоемкость валового внутреннего продукта (ВВП) в нашей стране выше, чем в развитых странах Западной Европы почти в 3 раза и в 1,8 раза больше, чем в США, длительное время активно проводящих энергосберегающую политику при финансовой поддержке и законодательном регулировании в сфере производства и потребления энергоресурсов.

Расчеты показывают, что потенциал энергосбережения в городском хозяйстве Москвы составляет около 40% всего энергопотребления города. При этом следует помнить о том, что инвестиции, необходимые для реализации энергосберегающих мероприятий у потребителей энергоресурсов в 3 - 4 раза ниже, чем затраты на производство соответствующего количества энергоресурсов. Реализация разумной энергосберегающей стратегии может оказать широкое и многогранное положительное влияние на развитие экономики Москвы, в том числе и на повышение уровня жизни москвичей.

В табл. 1 представлены проектные показатели энергоэффективности экспериментального дома, а в табл. 2 и 3 - результаты экспериментальных исследований, которые проводились ОАО ?ИНСОЛАР-ИНВЕСТ? с декабря 2001 года по апрель 2002 года.

Таблица 1. Проектные показатели энергоэффективности экспериментального дома