Дата публикации: 09.04.2021
Отызбаев Бауржан Толегенович
Магистрант 2 курса
Евразийский национальный университет им. Л.Н.Гумилева
Казахстан, г. Нур-Султан
АННОТАЦИЯ
Данная статья посвящена одной из важнейших проблем XXI века – энергоэффективности и энергосбережению зданий и сооружений. Энергоэффективность приносит целый ряд преимуществ: сокращение выбросов парниковых газов, снижение спроса на импорт энергии, а также снижение затрат на уровне домохозяйства и экономики в целом. Повышение энергоэффективности является самым дешевым - и зачастую самым непосредственным - способом сокращения использования ископаемого топлива. В статье рассмотрены методы повышения энергосбережения посредством комплекса архитектурно-строительных решений, приведены методы оптимизации систем обеспечения микроклимата зданий и сооружений.
Введение
В условиях современного мирового экономического кризиса чрезвычайно актуальной является проблема энергоресурсосбережения и повышения энергоэффективности зданий и сооружений. Снижение потребления исчерпаемых природных ресурсов, затрачиваемых на системы отопления, вентиляции и кондиционирования (ОВК), является задачей первостепенной важности ввиду ограниченности этих ресурсов. В настоящее время в развитых странах Европейского союза перспективным направлением является проектирование и строительство энергоэффективных зданий или, так называемое, «зеленое строительство» [1, с. 163]. Зеленое строительство – метод проектирования, строительства и эксплуатации зданий, целью которого является снижение энерго- и ресурсопотребление зданий и сооружений при сохранении или повышении комфортных условий микроклимата.
Компоненты систем отопления, вентиляции и кондиционирования
Типичная система отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (рис. 1) состоит из заводского оборудования (чиллеры, бойлеры и т.д.), которое передает энергию через воздух, воду или хладагент в системы распределения воздуха, состоящие из серии вентиляторов и змеевиков. Эти распределительные системы обычно называются вентиляционными установками. Затем ГВС используют эту энергию для нагревания или охлаждения воздуха, подаваемого в офисные помещения.
Воздух нагревается или охлаждается по мере прохождения через нагревательные или охлаждающие змеевики в системе распределения воздуха. На этом этапе также требуется отвод избыточного тепла, собранного из помещения, в атмосферу. Отвод тепла также может происходить через оборудование установки, такое как градирни или испарительные охладители. [2, с. 24]
Основные тепловые нагрузки в коммерческом здании являются комбинацией:
— тепла, производимого людьми
— тепла, вырабатываемого компьютерами и оборудованием
— солнечного излучения через окна
— теплопроводностью через стены, окна и крышу
— тепла, вырабатываемого освещением.
Для обеспечения комфортных условий в помещении необходимо обеспечить подачу в здание свежего наружного воздуха. Это количество пропорционально количеству людей в помещении. Воздух снаружи обычно теплее летом и прохладнее зимой, чем желаемые условия в помещении; поэтому этот воздух должен быть кондиционирован. Кондиционирование этого свежего воздуха увеличивает нагрузку на систему.
Как правило, воздух транспортируется по воздуховоду, в то время как вода и хладагенты распределяются по трубопроводам. Весь процесс является энергоемким - основными потребителями этой энергии являются оборудования ОВК (вентиляторы и насосы). Насосы и вентиляторы требуют энергии в виде электричества для распределения воды и воздуха по зданию. Чиллеры и бойлеры могут работать как на электричестве, так и на газе.
Все системы в здании связаны через систему управления зданием (BMS), которая контролирует системы и обеспечивает точку, в которой проблемы могут быть диагностированы, а системы отрегулированы и оптимизированы.
Наибольшая часть (30-40%) энергопотребления в офисном здании потребляется системами ОВиК [3, с. 35]. Важно сократить общее потребление энергии и повысить энергоэффективность, обеспечивая при этом комфортные условия.
Оптимальный комфорт для сидячей работы составляет от 20°C до 26°C, в зависимости от времени года [4, с. 15]. Как правило, температура в офисных зданиях должна меняться в зависимости от температуры наружного воздуха и меняться от месяца к месяцу.
Для поддержания комфортной температуры и уровня влажности в здании система ОВК должна преодолевать все различные нагрузки в здании, которые работают против желаемых условий. Методы повышения энергоэффективности в системах ОВК здания можно разделить на две категории:
1. снижение нагрузок на системы ОВК
2. повышение эффективности оборудования и систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.
Снижение нагрузок на системы ОВК
— Уменьшение нагрузки на оборудование. Сокращение использования теплопроизводящего оборудования, такого как компьютеры, принтеры и освещение, уменьшит потребность в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха для кондиционирования воздуха в помещении. Простые вещи, такие как выключение мониторов, компьютеров или освещения, когда они не используются, снизят нагрузку на кондиционеры.
— Улучшения фасада (стен). Повышение изоляционных свойств строительных материалов в целом уменьшит количество требуемого охлаждения или нагревания, и, следовательно, снизит общее потребление энергии.
— Улучшения фасада (окон). Нагрузка на окно возникает в виде солнечного излучения и проводимости. Солнечное излучение относится к теплу, создаваемому при прохождении прямых солнечных лучей через окно и попадании на твердую поверхность во внутреннем пространстве, поглощающем электромагнитное излучение. Под проводимостью понимается перемещение тепла с более горячей стороны окна на более холодную сторону. Затемняющие устройства сводят к минимуму солнечную нагрузку от окон и уменьшают нагрузку в пространстве [5, с. 36]. Типичное окно с двойным остеклением проводит в помещение значительно меньше тепла, чем типичное окно с одинарным остеклением. Другим аспектом, который следует учитывать, является герметизация воздуха, отсутствие которой может привести к повышению требований к кондиционированию.
— Вентиляция по требованию. Кондиционирование свежего воздуха требует значительных затрат энергии, так как часто температура воздуха в помещении значительно отличается от желаемой. Минимальное количество свежего воздуха требуется в помещении в соответствии с казахстанскими стандартами. Датчики на основе углекислого газа (CO2) могут быть использованы для определения минимального количества необходимого свежего воздуха и уменьшения количества подаваемого свежего воздуха, что позволяет экономить энергию.
2. Повышение эффективности оборудования и систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.
— Выбор системы. Значительная экономия энергии может быть реализована благодаря оптимальному выбору системы. Например, воздухообрабатывающая установка с переменным расходом воздуха (рис. 2) регулирует объем приточного воздуха в помещения в зависимости от требуемого количества отопления или охлаждения. Эта система позволяет более эффективно регулировать и сокращать расход воздуха, что снижает общее потребление энергии вентиляторами. Такое большее регулирование может также уменьшить потери энергии, связанные с повторным нагревом, когда система отопления противодействует системе охлаждения.
Рисунок 2. Воздцухообрабатывающая установка с переменным расходом воздуха
— Выбор оборудования. Выбор установки может существенно повлиять на общее энергопотребление здания. Например, конденсационные котлы, используемые для подогрева горячей воды, могут иметь брутто-коэффициент полезного действия более 90%.
— Рекуперация энергии. Рекуперация энергии включает в себя улавливание отработанного тепла и ее переработку. Вытяжной воздух, как правило, ближе к требуемой температуре в помещении, чем свежий наружный воздух, вводимый в систему. Из отработанного воздуха может быть забрано тепло или "охлаждение", которое используется для предварительного нагрева или охлаждения свежего воздуха, поступающего в систему, до того, как он достигнет воздухообрабатывающую установку. Это снижает количество энергии, используемой центральным кондиционером для кондиционирования свежего воздуха.
Рисунок 3. Рекуператор воздуха
— Использование интеллектуального управления. Существует множество примеров стратегий интеллектуального управления, достигаемых путем оптимизации СЭЗ и построения доступной для нее информации. Одним из вариантов является установка программного обеспечения интеллектуального управления, которое позволяет BMS определить оптимальные условия эксплуатации для всей системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, чтобы достичь наименьшего энергопотребления. Для достижения этого важно оптимизировать информацию о потреблении для отдельных частей системы ОВК. Это может быть достигнуто путем установки систем автоматического мониторинга. Системы автоматического мониторинга - это продукты, специально разработанные для измерения энергопотребления, регистрации и распределения данных измерения энергии, а также для анализа и составления отчетов по энергопотреблению.
— Экономный цикл. Экономный цикл подразумевает использование 100% наружного воздуха для подачи воздуха в помещение. Это происходит в то время года, когда наружные условия холоднее, чем температура рециркулирующего воздуха в режиме охлаждения. Это позволяет установке выключать охлаждающие змеевики и снижать потребление энергии чиллерами.
Заключение
Ввиду ограниченности исчерпаемых природных ресурсов и постоянного повышения их стоимости, уменьшение затрат энергоресурсов, разработка, проектирование и строительство энергетически эффективных и энергосберегающих зданий и сооружений является актуальной проблемой. Рассматриваемая проблема является многофакторной и может быть решена следующими методами:
— совершенствование архитектурно-строительных решений зданий и сооружений;
— оптимизация систем обеспечения микроклимата зданий и сооружений.
Данные методы позволяют значительно сократить потребление теплоты на отопление и вентиляцию зданий и сооружений в холодный период года, повысить их энергетическую эффективность и сократить использование энергоресурсов.
Список литературы
Беляев В.С. Энергоэффективность и теплозащита зданий / Ю. Г. Граник, Ю. А. Матросов // 2014.
Свод правил СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2009.
СНиП 11-3-79** Строительная теплотехника. –М.: ЦИТП Госстроя СССР. 1986.
Табунщиков Ю.А. Энергоэффективные здания / Н.В. Шилкин, М.М. Бродач // 2003.
Алоян Р.М., Федосов С.В., Опарина Л.А. Энергоэффективные здания – состояние, проблемы и пути решения – Иваново: ПресСто, 2016.