Вестник отделения строительных наук РААСН 2011 №15

Подождите немного. Документ загружается.

РОССИЙСКАЯ

АКАДЕМИЯ

АРХИТЕКТУРЫ

СТРОИТЕЛЬНЫХ

НАУК

МОСКВА

–

ОРЕЛ

–

КУРСК

, 2011

270

_________________________________________________________________________________________________________________

нерации, транспортировки, распределения и потребления энергии и определить их роли на

энергетической «арене». Группировка участников позволяет применить системный подход к

формированию условий для устойчивого развития региона.

Таблица 1 – Положительные и отрицательные стороны этих стратегий

Наименование стра-

тегии

Положительные аспекты Отрицательные аспекты

Ввод новых энерге-

тических мощностей

1. Формирование новых рабо-

чих мест, дополнительных на-

логовых отчислений.

2. Обновление основных фон-

дов, снижение вероятности ава-

рий, сбоев и проч.

3. Повышение нового качества

энергоносителей.

1. Отвлечение значительного количе-

ства финансовых ресурсов вследствие

капиталоемкости проектов и невоз-

можность их использования в других

отраслях экономики.

2. Недостаточный уровень повышения

энергоэффективности в регионе.

3. Возможное повышение тарифов в

кратко- и среднесрочной перспективе.

Повышение энерго-

эффективности в ре-

гионе на действую-

щих мощностях

1. Снижение удельных затрат

на производство энергии.

2. Внедрение новых современ-

ных энергосберегающих техно-

логий.

3. Существенное повышение

энергоэффектиности в регионе

1. Повышение трудоемкости проекти-

рования реконструкции действующих

объектов.

2. Повышение затрат на проведение

реконструкции действующих систем.

3. Усложнение организации работ на

действующих объектах.

Основные группы участников энергетической системы, оказывающие влияние на ус-

тойчивое развитие, включают:

1. Государственный сектор (включая правительственные органы и чиновников госу-

дарственной службы).

2. Частный сектор (включая энергетическую промышленность и другие отрасли про-

изводства товаров и оказания услуг).

3. Общественный сектор (включая неправительственные организации и представите-

лей различных общественных групп).

4. Научно-образовательный сектор (включая высшие и средние специальные учебные

заведения, научно-исследовательские институты, ученых, организации, оказывающие кон-

сультационные услуги).

5. Средства массовой информации.

6. Потребители (физические и юридические лица).

Эта группировка может быть организационно более полезна при рассмотрении вопро-

сов устойчивого развития, чем укрупненное понятие «энергетический сектор». Одной из

важнейших задач на региональном уровне, в том числе в Северо-западном регионе, является

необходимость проведения динамической оптимизации регионального топливно-

энергетического баланса.

Под динамической оптимизацией регионального топливно-энергетического ба-

ланса понимается процесс выбора наиболее целесообразной для данного региона стратегии

развития системы производства и потребления различных видов топлива и энергии во вре-

мени. Он включает: экономию суммарной стоимости потребленных топливно-

энергетических ресурсов, снижение нагрузки на региональный бюджет и повышение эколо-

гической эффективности производства и потребления ТЭР на весь расчетный период.

На наш взгляд, проведение динамической оптимизации регионального топливно-

энергетического баланса целесообразно осуществлять в разрезе регионов и отдельных терри-

РОССИЙСКАЯ

АКАДЕМИЯ

АРХИТЕКТУРЫ

СТРОИТЕЛЬНЫХ

НАУК

МОСКВА

–

ОРЕЛ

–

КУРСК

, 2011

_________________________________________________________________________________________________________________

271

торий, таких, как Северо-западный регион, например, Санкт-Петербург и Ленинградская об-

ласть, Ханты-Мансийский автономный округ, Печорский угольный бассейн и т.п. При этом

энергетические ресурсы должны быть подробно классифицированы по видам, учитывающим

технологию их получения и транспортировку.

Методика проведения динамической оптимизации топливно-энергетического баланса

содержит несколько этапов:

1. На основании статистических данных об объемах потребления топливно-

энергетических ресурсов в данном регионе заполняются столбцы таблицы баланса топливно-

энергетических ресурсов за предыдущие и текущий период (…, N-2, N-1, N).

2. На основании прослеживающихся тенденций строится прогноз объемов потребле-

ния топливно-энергетических ресурсов в данном регионе на последующие годы – заполня-

ются столбцы таблицы баланса топливно-энергетических ресурсов (N+1, N+2, …).

3. Определяется суммарная величина стоимости потребления данных топливно-

энергетических ресурсов всеми группами потребителей в каждый год.

4. Выбор стратегии развития системы производства и потребления различных видов

топлива и энергии производится на основании ряда критериев:

- возможности обеспечения необходимого объема инвестиций для осуществления ин-

новационных мероприятий;

- максимального уменьшения суммарной стоимости потребления топливно-энерге-

тических ресурсов в перспективе;

- снижения нагрузки на региональный бюджет;

- максимальной экологической эффективности;

- удовлетворения спроса.

5. На основании изменения тенденций потребления топливно-энергетических ресур-

сов строится уточненный баланс потребления топливно-энергетических ресурсов в данном

регионе, в котором учитываются необходимые инвестиции на проведение мероприятий и

снижение суммарной стоимости потребления топливно-энергетических ресурсов за счет уве-

личения спроса на потенциально более экологически чистые и более дешевые виды ТЭР.

Потребное количество топливно-энергетических ресурсов определяется по формуле:

где C

– стоимость единицы топливно-энергетического ресурса, руб.; A

– годовое потребле-

ние данного вида топливно-энергетического ресурса в регионе, тыс. тонн условного топлива.

В то же время стоимость единицы топливно-энергетического ресурса в случае необхо-

димости проведения инновационных мероприятий в отношении производства и распределения

данного вида ресурса в соответствии с выбранной стратегией учитывает необходимый объем:

1) единовременных инвестиций, а также совершенствование системы управления;

приобретений технологий; создание генерирующих мощностей, создание сетей, стимулиро-

вание спроса.

2) дополнительных годовых текущих затрат на:

- эксплуатацию генерирующих мощностей;

- эксплуатацию сетей;

- оплату труда менеджеров и производственного персонала;

- поддержание спроса по объему и структуре.

3) компенсации экологической нагрузки (среднегодовая величина).

Таким образом, формула принимает вид

rdpsgdsgtur

AЭCCCCIIIIICr

)(

где C

– текущая стоимость единицы топливно-энергетического ресурса, руб.; I

– ин-

вестиции в совершенствование системы управления на единицу дополнительно получаемого

ТЭР, руб.; I

– инвестиции в приобретение технологий на единицу дополнительно получае-

мого ТЭР, руб.; I

– инвестиции в создание генерирующих мощностей на единицу дополни-

РОССИЙСКАЯ

АКАДЕМИЯ

АРХИТЕКТУРЫ

СТРОИТЕЛЬНЫХ

НАУК

МОСКВА

–

ОРЕЛ

–

КУРСК

, 2011

272

_________________________________________________________________________________________________________________

тельно получаемого ТЭР, руб.; I

– инвестиции в создание сетей на единицу дополнительно

получаемого ТЭР, руб.; I

– инвестиции в стимулирование спроса на единицу дополнительно

получаемого ТЭР, руб.; C

– дополнительные годовые текущие затраты на эксплуатацию ге-

нерирующих мощностей на единицу дополнительно получаемого ТЭР, руб.; C

– дополни-

тельные годовые текущие затраты на эксплуатацию сетей на единицу дополнительно полу-

чаемого ТЭР, руб.; C

– дополнительные годовые текущие затраты на оплату труда менедже-

ров и производственного персонала на единицу дополнительно получаемого ТЭР, руб.; C

–

дополнительные годовые текущие затраты на поддержание спроса на единицу дополнитель-

но получаемого ТЭР, руб. Э – компенсация экологической нагрузки на единицу дополни-

тельно получаемого ТЭР, руб.

Экономико-математическая модель оптимизации топливно-энергетического баланса

региона будет иметь вид:

min)(

)1(

)(

)э1(

ттт

1 1

тэтэ

1 1

→+

−

∑∑∑∑

= == =

iij

ijiij

RSS

. (1)

При ограничениях

где i – вид топлива или источника энергии, в том числе необходимо рассматривать электро-

энергию как один из видов источника энергии для выработки тепла; I – количество видов то-

плива (источников энергии) известных в настоящее время; S

– себестоимость выработки

электроэнергии с использованием i-го вида топлива (источника энергии); S

– себестоимость

выработки тепла (холода) с использованием i-го вида топлива (источника энергии); j – зона

энергетического потребления на территории; J – количество зон энергетического потребле-

ния на территории; S

тэ

– себестоимость транзита электроэнергии от i-го источника энергии

в j-ю зону энергетического потребления; K

– потери при транзите электроэнергии от i-го

источника энергии в j-ю зону энергетического потребления; S

ТТ

– себестоимость транзита

тепловой энергии от i-го источника энергии в j-ю зону энергетического потребления; K

–

потери при транзите тепловой энергии от i-го источника энергии в j-ю зону энергетического

потребления; N

– максимальная мощность i-го источника электрической энергии; N

–

максимальная мощность i-го источника тепловой энергии; M

– максимальное потребление

электрической энергии в j-ой зоне энергетического потребления; M

– максимальное по-

требление тепловой энергии в j-ой зоне энергетического потребления; R

– количество элек-

трической энергии направляемой от i-го источника энергии в j-ю зону энергетического по-

требления; R

– количество тепловой энергии направляемой от i-го источника энергии в j-ю

зону энергетического потребления.

Ниже приведены класси фикация факторов, влияющих на повышение энергоэф-

фективности в регионе и концептуальная модель инновационного потенциала повы-

шения региональной энергоэффективности. Целесообразно выделить пять основных кате-

горий факторов, влияющих на повышение энергоэффективности в регионе, а именно: при-

родно-климатические, технико-технологические, организационно-правовые, организацион-

но-экономические и финансовые.

1. Природно-климатические факторы:

• наличие месторождений углеводородов (нефть, газ, уголь);

• наличие геотермальных ресурсов;

• наличие биотопливного потенциала;

∑∑∑∑

====

+≥+

MMNN

1111

тэтэ

∑∑

≥

MэNэ

РОССИЙСКАЯ

АКАДЕМИЯ

АРХИТЕКТУРЫ

СТРОИТЕЛЬНЫХ

НАУК

МОСКВА

–

ОРЕЛ

–

КУРСК

, 2011

_________________________________________________________________________________________________________________

273

• наличие потенциала использования гидроэнергии;

• потенциал использования ветровой и солнечной энергии;

• климатические особенности.

2. Технико-технологические факторы:

- наличие потенциала энергосбережения на действующих модностях;

- наличие доступных энергосберегающих технологий;

- наличие необходимых технико-технологических условий;

- наличие квалифицированного персонала для реализации энергоэффективных проектов.

3. Организационно-правовые факторы:

- разработка региональной стратегии обеспечения энергоэффективности;

- принятие на уровне региона соответствующей нормативно-правовой базы.

4. Организационно-экономические факторы:

- наличие научно-методических разработок и опыта реализации проектов по повыше-

нию энергоэффективности;

- возможности использования различных экономических механизмов, например, ме-

ханизма ЭСКО;

- наличие экономистов-менеджеров, способных реализовать организационную и эко-

номическую сторону проектов в области энергоэффективности.

5. Финансовые факторы:

- наличие финансовых ресурсов для реализации проектов;

- благоприятный финансовый климат для внедрения энергоэффективных проектов в

регионе;

- доступность финансовых институтов, работающих со сферой энергетики, с сегмен-

том энергосберегающих проектов.

Все вышеуказанные факторы, при определенных условиях, могут прямо или косвенно

влиять на повышение энергоэффективности в регионе вследствие успешной реализации

энергоэффективных проектов и мероприятий на региональных отраслевых предприятиях.

Количественная оценка влияния факторов отдельных отраслевых предприятий на по-

вышение эффективности энергосбережения возможна на основе экспертного метода. В каче-

стве экспертов могут выступать специалисты муниципальных администраций, отраслевых

предприятий, а также независимые эксперты.

Схематически концептуальная модель оценки инновационного потенциала в энерго-

сбережении представлена на рисунке 4 и условно разделена на несколько этапов, а именно:

1. Выявление инновационных идей и технологий энергоэффективности различных хо-

зяйствующих субъектов.

2. Количественное определение совокупной экономии затрат за счет внедрения энер-

гоэффективных технологий путем реализации инновационных инвестиционных проектов.

3. Количественное определение совокупного увеличения прибыли за счет внедрения

энергоэффективных технологий путем реализации инновационных инвестиционных проектов.

Первым этапом в оценке инновационного потенциала является выявление имеющихся

и потенциальных инновационных энергоэффективных технологий различных хозяйствую-

щих субъектов.

На втором этапе осуществляется качественная оценка инновационного потенциала,

который складывается из следующих составляющих:

1. Совокупная экономия затрат (Э

) за счет внедрения в регионе энергоэффективных

технологий, а именно:

РОССИЙСКАЯ

АКАДЕМИЯ

АРХИТЕКТУРЫ

СТРОИТЕЛЬНЫХ

НАУК

МОСКВА

–

ОРЕЛ

–

КУРСК

, 2011

274

_________________________________________________________________________________________________________________

- сокращение затрат на электрическую и тепловую энергию;

- сокращение затрат на заработную плату производственному персоналу (вследствие

повышения степени автоматизации производств);

- сокращение затрат на сырье и материалы и проч.

Рисунок 4 – Упрощенная концептуальная модель оценки инновационного потенциала

повышения энергоэф фективности в регионе

2. Совокупное увеличение прибыли (Э

) за счет внедрения в регионе энергоэффектив-

ных технологий, а именно:

- за счет повышения конкурентоспособности продукции;

- за счет продвижения на рынки инновационной продукции.

3. Прочие эффекты (Э

), выраженные:

- в снижении нагрузки на экологию (экологический эффект);

- в снижении уровня производственных травм, повышения уровня эргономичности

производств (социальный эффект);

- в повышении отчислений в бюджеты всех уровней и прочие.

Все перечисленные факторы вместе составляют совокупный эффект от внедрения ин-

новационного потенциала. При этом детальное описание указанных эффектов формирует ка-

чественную оценку инновационного потенциала. Для определения количественного значе-

ния инновационного потенциала необходимо в количественной форме оценить все вышеука-

занные эффекты.

РОССИЙСКАЯ

АКАДЕМИЯ

АРХИТЕКТУРЫ

СТРОИТЕЛЬНЫХ

НАУК

МОСКВА

–

ОРЕЛ

–

КУРСК

, 2011

_________________________________________________________________________________________________________________

275

УДК 697.11:697.12:697.13:697.14:697.9

ТАБУНЩИКОВ Ю.А.

(Московский архитектурный институт, г. Москва)

ПАССИВНЫЕ ЗДАНИЯ – РАЗВИТИЕ ПЕРСПЕКТИВНЫХ

НАПРАВЛЕНИЙ В ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИИ

Анализ структуры теплопотерь современного здания с достаточно высокими показа-

телями теплозащиты показывает, что трансмиссионные теплопотери и теплопотери на ин-

фильтрацию и вентиляцию в таком здании примерно равны. Уменьшение трансмиссионных

теплопотерь возможно за счет увеличения толщины теплоизоляции, тщательной проработки

конструкций наружных ограждений, устранении «мостиков холода» и т. д. Но даже в самом

идеальном случае, при сведении трансмиссионных теплопотерь к минимуму, остаются за-

траты энергии на подогрев вентиляционного воздуха. Уменьшение этих затрат невозможно

за счет снижения воздухообмена, поскольку это приведет к ухудшению микроклимата по-

мещений [1]. Требуется поиск новых путей снижения энергопотребления. В этой связи опре-

деленный интерес представляет концепция так называемого «пассивных зданий».

Концепция «пассивного здания» (см., например, [2]), предполагает системный подход:

«пассивное здание» является единой энергетической системой, все элементы которой энерге-

тически взаимосвязаны. Очень высокие показатели теплозащиты предполагают тщательную

проработку конструкций оболочки здания, устранения «мостиков холода», а также очень низ-

кую воздухопроницаемость ограждающих конструкций; это обуславливает применение меха-

нической приточно-вытяжной вентиляции, что создает предпосылки для применения тепло-

утилизации, что в сочетании с высокой теплозащитой и низкой герметичностью позволяет от-

казаться от отдельной системы отопления. Рассмотрим эти положения подробнее.

Термин «пассивный» определяет суть концепции «пассивного здания»: это здание,

теплоснабжение которого осуществляется главным образом за счет утилизации теплоты вы-

тяжного воздуха для подогрева приточного, использования теплоты солнечной радиации и

внутренних тепловыделений – от людей, бытовой техники и т. д. Этим концепция «пассив-

ного здания» принципиально отличается от концепций, предусматривающих использование

альтернативных источников энергоснабжения непосредственно в здании. Примером такой

концепции является NZEB – Net Zero Energy Building – здание с нулевым энергопотреблени-

ем на климатизацию. Развитием этой концепции являются здания, в которых производство

энергии превышает потребление, и этот излишек поставляется другим потребителям.

В пассивных зданиях комфортные условия при существенно низком энергопотребле-

нии обеспечиваются за счет «пассивных» методов. Возобновляемые источники, как правило,

солнечные коллекторы и тепловые насосы, используются для горячего водоснабжения. С

точки зрения энергопотребления «пассивные здания» относятся к так называемым «ultra-low

energy buildings» – «зданиям с ультра-низким энергопотреблением». Концепция «пассивного

здания» не дает строгих определений его архитектурных или инженерных решений. «Пас-

сивное здание» может быть как жилым, так и зданием общественного назначения. К настоя-

щему времени существуют «пассивные» офисные здания, школы и дошкольные учреждения,

магазины. Как правило, «пассивные здания» вновь строящиеся, но есть и реализованные

проекты реконструкции существующих зданий с приведением их к концепции «пассивных».

Сама концепция «пассивного здания» была предложена в 1987-1988 годах шведским

ученым профессором Бо Адамссоном (Bo Adamson) из Лундского университета и доктором

Вольфгангом Файстом (Wolfgang Feist) из немецкого Института по жилищному строительству

РОССИЙСКАЯ

АКАДЕМИЯ

АРХИТЕКТУРЫ

СТРОИТЕЛЬНЫХ

НАУК

МОСКВА

–

ОРЕЛ

–

КУРСК

, 2011

276

_________________________________________________________________________________________________________________

и охраны окружающей среды (Institut Wohnen und Umwelt, IWU, г. Дармштадт). В 1991 году

было сдано в эксплуатацию первое «пассивное здание» – им стал трехэтажный четырехквар-

тирный жилой дом в Дармштадте. Этот дом успешно эксплуатируется и в настоящее время.

В 1996 году Вольфганг Файст основал в Дармштадте Институт «пассивного здания»

(Passivhaus Institut, PHI).

Вольфганг Файст определил термин «пассивное здание» не как стандарт, направлен-

ный на повышение энергетической эффективности, но как концепцию достижения высоких

показателей теплового комфорта и качества микроклимата при низких эксплуатационных за-

тратах. Согласно определению, данному Вольфгангом Файстом, «пассивное здание» – это

здание, в котором требования теплового комфорта в соответствии со стандартом ISO 7730

«Ergonomics of the thermal environment» достигаются только за счет догрева или доохлажде-

ния приточного воздуха, подаваемого в помещении в объеме, достаточном для обеспечения

качества микроклимата в соответствии со стандартом DIN 1946 «Ventilation and air

conditioning» без использования рециркуляции. Две ключевые особенности данного опреде-

ления – отсутствие каких-либо количественных показателей и независимость от каких-либо

климатических характеристик.

Исходя из определения «пассивного здания», данного Вольфгангом Файстом, в пер-

вую очередь необходимо обеспечить высокое качество воздуха при любых погодных усло-

виях, с другой стороны, требуется избежать избыточного воздухообмена, приводящего к не-

оправданному перерасходу тепловой энергии на подогрев (или охлаждение) сверхнорматив-

ного объема приточного воздуха. Это, в свою очередь, выполняется в случае совместного

использования герметичных ограждающих конструкций и механической приточно-

вытяжной вентиляции. При использовании неконтролируемого притока через неплотности

наружных ограждающих конструкций нормативный воздухообмен обеспечивается лишь в

достаточно узком диапазоне температурно-ветровых условий. Кроме того, при низкой герме-

тичности наружных ограждающих конструкций возникает проблема увлажнения конструк-

ций из-за эксфильтрации теплого и влажного воздуха из помещений (в условиях нашей стра-

ны эта проблема очень актуальна, см., например, статью В.Г. Гагарина «Взгляд на современ-

ные конструкции наружных стен с повышенными теплозащитными свойствами» [3]).

Во Франции и Швеции за последние пятьдесят лет получили распространение систе-

мы вентиляции с механической вытяжкой посредством низконапорных вентиляторов из по-

мещений кухонь и санузлов и естественным притоком в жилые комнаты посредством при-

точных клапанов. Такое решение вполне приемлемо с точки зрения обеспечения качества

микроклимата и оправдано в массовом жилищном строительстве, но не лучшее с точки зре-

ния оптимизации энергопотребления. Исходя из этих соображений, для пассивного здания

наиболее приемлемой признана система регулируемой механической приточно-вытяжной

вентиляции, организованной по обычной схеме: приток в более чистые помещения (жилые

комнаты), вытяжка из более грязных (кухонь и санузлов). При этом учитывается как необхо-

димость правильного воздухораспределения, так и правильного распределения воздушных

потоков между различными помещения; для этой цели используются перепускные межком-

натные воздушные клапаны.

Применение механической приточно-вытяжной вентиляции создает предпосылки для

дальнейшего уменьшения затрат энергии на подогрев (или охлаждение) приточного воздуха

за счет использования удаляемого воздуха посредством теплообменников. В «пассивных

зданиях» используются теплообменники, позволяющие утилизировать от 75 до 95 % затрат

энергии на подогрев (охлаждение) приточного воздуха при исключении перетоков (и вообще

рециркуляция исключается). При этом температура воздуха, подаваемого в помещения,

очень близка к требуемой температуре воздуха в помещениях. Это создает предпосылки для

минимизации пиковой отопительной нагрузки и оптимизации воздухораспределения внутри

РОССИЙСКАЯ

АКАДЕМИЯ

АРХИТЕКТУРЫ

СТРОИТЕЛЬНЫХ

НАУК

МОСКВА

–

ОРЕЛ

–

КУРСК

, 2011

_________________________________________________________________________________________________________________

277

здания, а за счет высокого уровня теплозащиты и низкой воздухопроницаемости наружных

ограждающих конструкций «пассивного здания», эффективным становится совмещение

функций вентиляции и воздушного отопления.

Принятая концепция организации в «пассивных зданиях» механической приточно-

вытяжной вентиляции с утилизацией теплоты вытяжного воздуха, совмещенной с функцией

отопления, позволяет оптимизировать капитальные затраты. Дополнительная экономия энер-

горесурсов на отопление и горячее водоснабжение «пассивного здания» может быть получе-

на в результате применения единой комбинированной установки, реализующей все три ос-

новные функции: отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение «пассивного здания».

Из других возможностей энергосбережения за счет использования инновационных

технологий можно отметить применение конденсационных котлов, а также использование в

качестве топлива биомассы в виде топливных гранул (пеллет), изготавливаемых из отходов.

Еще одна интересная возможность снижения затрат энергии на подогрев приточного

воздуха – использование для подогрева приточного воздуха грунтовых теплообменников. Эта

технология в настоящее время применяется уже достаточно широко, не только в «пассивных

зданиях». Для этой цели в грунте ниже глубины промерзания вырывается коллектор, в кото-

рый закладывается специальный коллектор, который играет роль грунтового теплообменника

для непосредственного подогрева или охлаждения приточного воздуха. Внутренняя сторона

этого коллектора может иметь специальное антибактериальное покрытие, содержащее сереб-

ро. В зимнее время приточный воздух, проходя через этот коллектор, подогревается, в летнее

охлаждается. После грунтового теплообменника приточный воздух поступает в приточную ус-

тановку или кондиционер, в котором окончательно догревается или доохлаждается до требуе-

мой температуры, после чего подается в помещения. Пример использования грунта для подог-

рева или охлаждения приточного воздуха приведен в книге «Энергоэффективные здания» [4].

Важно, что экономические затраты за период «жизненного цикла» «пассивного зда-

ния», то есть общая стоимость проектирования, возведения, эксплуатации в течение 30 лет,

сноса «пассивного здания», не превышают затрат за период «жизненного цикла» здания

традиционной конструкции. Более высокие капитальные затраты «пассивного здания»

компенсируются снижением эксплуатационных затрат за счет существенного снижения

энергопотребления.

Институтом «пассивного здания» (Passivhaus Institut, PHI) сформулированы несколько

принципов, которые характерны для таких зданий:

1. Компактная форма здания и высокий уровень теплозащиты. Использование энерго-

эффективных окон. Очень важно при этом исключить «мостики холода.

2. Пассивное использование теплоты солнечной радиации как один из основных эле-

ментов энергоснабжения здания, определяющее, в свою очередь оптимизацию ориентации

здания и использование солнцезащитных устройств.

3. Высокая герметичность наружных ограждающих конструкций.

4. «Пассивный» подогрев приточного воздуха, например, посредством грунтовых теп-

лообменников. Желательно «пассивными» методами обеспечить температуру приточного

воздуха не менее 5 °C даже в самый холодный период года.

5. Использование высокоэффективной (75% и выше) утилизации теплоты вытяжного

воздуха для подогрева приточного (рекуперации).

6. Горячее водоснабжение за счет нетрадиционных возобновляемых источников –

солнечных коллекторов и низкопотенциальной теплоты посредством тепловых насосов.

7. Снижение электропотребления за счет использования бытовой техники с низким

энергопотреблением.

В Швейцарии и Лихтенштейне существует стандарт (по сути, система сертификации)

«MINERGIE», концепция которого очень похожа на концепцию «пассивных зданий». Для

одноквартирных домов предлагаются стандартные технические решения:

РОССИЙСКАЯ

АКАДЕМИЯ

АРХИТЕКТУРЫ

СТРОИТЕЛЬНЫХ

НАУК

МОСКВА

–

ОРЕЛ

–

КУРСК

, 2011

278

_________________________________________________________________________________________________________________

1. Использование низкопотенциальной тепловой энергии грунта посредством тепло-

насосных установок для отопления и горячего водоснабжения.

Использование низкопотенциальной тепловой энергии воздуха посредством теплона-

сосных установок для отопления и горячего водоснабжения.

2. Предварительный подогрев воды посредством солнечных коллекторов, окончатель-

ный догрев посредством котлов на твердом топливе (древесном).

3. Использование автоматических водогрейных котлов на топливных гранулах.

4. Использование районного теплоснабжения за счет отходящей теплоты.

5. Применение вентиляционных установок с рекуператорами.

Требования по теплозащите по стандарту «MINERGIE» ниже, чем для «пассивных

зданий», однако все равно достаточно высоки: значения приведенного сопротивления тепло-

передаче составляет для стен – 5 м

·°C/Вт окон – 0,8 м

·°C/Вт.

В заключение рассмотрим архитектурные и инженерные решения «пассивного здания»

«Energon», построенного в 2002 году в немецком городе Ульм. Это офисное здание является

крупнейшим в мире «пассивным зданием» – его полезная площадь составляет 6911 м

, оно

рассчитано на работу 420 сотрудников. Его годовое удельное энергопотребление составляет 12

кВт·ч/(м

·год), что подтверждено сертификатом Института «пассивного здания».

Ключевые особенности здания «Energon» – непосредственный подогрев или охлаждение

приточного воздуха в грунтовых теплообменниках, использование грунтовых теплообменников

для подогрева или охлаждения воды, использование разогрева или захолаживания ограждаю-

щих конструкций здания, использование атриума для воздухораспределителения, высокая теп-

лозащита, использование фотоэлектрических панелей для выработки электроэнергии.

Здание «Energon» имеет в плане треугольную форму с центральным атриумом, пере-

крытым сверху светопрозрачным покрытием. Толщина теплоизоляции достаточно существен-

на – для стен 350 мм, для нижнего перекрытия 200 мм, для покрытия 500 мм. Остекление –

трехслойное. Приведенное сопротивление теплопередаче непрозрачных ограждающих кон-

струкций заявлено на уровне 8-9 м

·°C/Вт, окон 1,2 м

·°C/Вт, стеклянного покрытия атриума

0,6 м

·°C/Вт. Для уменьшения теплопотерь в ночные часы окна закрываются плотными ру-

лонными шторами. Воздухопроницаемость оболочки здания по n

составляет 0,2 ч

–1

На кровле здания вне зоны атриума установлены фотоэлектрические панели общей

площадью 328 м

и мощностью 15 кВт. Годовая выработка электроэнергии составляет

12 000 кВт·ч. Кроме того, на покрытии входящего в комплекс гаража расположены фото-

электрические панели мощностью 135 кВт, и общая годовая выработка электроэнергии со-

ставляет 125 000 кВт·ч.

В здании «Energon» применяются два типа грунтовых теплообменников. Один из них

представляет собой 28-метровый подземный канал диаметром 1,8 м, в котором производится

непосредственный подогрев или охлаждение наружного воздуха. Второй тип – грунтовые

теплообменники для подогрева или охлаждения воды, которая затем используется как для

подогрева (охлаждения) приточного воздуха, так и для разогрева или захолаживания конст-

рукций здания. Грунтовый теплообменник представляет собой U-образную петлю, помещен-

ную в скважину глубиной 100 м. Всего таких скважин 44. Скважины обеспечивают темпера-

туру воды как в летний, так и в зимний период равную 10 °C, тепловые насосы при этом не

используются. Таким образом, грунтовый массив по сути представляет собой огромный теп-

лоаккумулятор, который работает попеременно на отопление и охлаждение – это позволяет

избежать потенциальных проблем с замораживанием.

В зимнее время приточный воздух, забираемый с улицы, проходит четыре ступени

подогрева. Он поступает сначала в грунтовый теплообменник непосредственного нагрева.

Затем, при необходимости, подогревается водой из скважин. Следующая ступень – подогрев

РОССИЙСКАЯ

АКАДЕМИЯ

АРХИТЕКТУРЫ

СТРОИТЕЛЬНЫХ

НАУК

МОСКВА

–

ОРЕЛ

–

КУРСК

, 2011

_________________________________________________________________________________________________________________

279

приточного воздуха за счет утилизации теплоты воздуха вытяжного. Эффективность тепло-

утилизации составляет 65 %, а с учетом использования теплоты грунта – около 80%.

Окончательный догрев приточного воздуха производится в калорифере, после чего

воздух поступает в атриум, откуда распределяется по помещениям здания.

В летнее время используется двухступенчатая обработка приточного воздуха. Приточ-

ный воздух сначала охлаждается непосредственно в грунтовом теплообменнике, а затем окон-

чательно охлаждается водой из грунтовых. Эта же охлажденная в скважинах вода использует-

ся для захолаживания конструкций здания. За счет подмеса минимальная температура в змее-

виках не превышает 18 °C. Такая небольшая разница (всего 4°C) между температурой тепло- и

холодоносителя как раз и иллюстрирует особенность концепции «пассивного здания».

Кроме упомянутых, в рассматриваемом здании реализован и целый ряд других энер-

госберегающих мероприятий, которые позволили создателям здания «Energon» обеспечить

комфортную среду обитания при существенно низком энергопотреблении. Кроме этого, уда-

лось достичь существенного снижения выбросов в атмосферу парниковых газов – по расче-

там, ежегодное сокращение выбросов CO

составляет 172 т.

Библиографический список

1. Табунщиков, Ю.А. Микроклимат и энергосбережение: пора понять приоритеты

[Текст] / Ю.А. Табунщиков // АВОК. – 2008. – №5.

2. Ehhorn H., Reiss J., Kluttig H., Hellwig R. Энергоэффективные здания. Анализ со-

временного состояния и перспектив развития на основе реализованных проектов // АВОК,

2006. – №2.

3. Гагарин, В.Г. Взгляд на современные конструкции наружных стен с повышенными

теплозащитными свойствами [Текст] / В.Г. Гагарин // АВОК. – 2007. – №8.

4. Табунщиков, Ю.А. Энергоэффективные здания [Текст] / Ю.А. Табунщиков,

М.М. Бродач, Н.В. Шилкин. - М.: АВОК-ПРЕСС, 2003.

5. Гагарин, В.Г. Методы экономического анализа повышения уровня теплозащиты

ограждающих конструкций зданий [Текст] / В.Г. Гагарин // АВОК, 2009. – №1-3.