Е. О. Шилькрот - Эффективное использование энергии

Аннотация

Е. О. Шилькрот - Эффективное использование энергии – где и как? Энергосбережение – актуальная и, что скрывать, модная, в чем-то даже конъюнктурная, проблема строительного комплекса, обеспечивается в основном на стадиях проектирования и эксплуатации зданий.

Общая постановка задачи

Бесспорно, энергосбережение в строительстве – достаточно широкая и многогранная проблема, но определяющая роль в ней, по нашему мнению, принадлежит энергопотреблению систем климатизации – отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха (ОВК).

В ряде случаев с целью максимального энерго-сбережения занижается уровень комфортности в обслуживаемых помещениях, вместо оптимальных принимаются допустимые параметры и чистота воздуха, занижается эксплуатационная надежность систем. Общие принципы эффективного использования энергии при обеспечении жизнеспособности зданий различного назначения известны и изложены в работах отечественных и зарубежных авторов, регулярно публикуемых в журнале «АВОК». Достаточно подробное их обобщение имеется в книге1, изданной в серии «Техническая библиотека АВОК». Сегодня, когда существует устойчивая тенденция, что стоимость энергоносителей в России будет приближаться к мировой, эффективность использования энергии в системах ОВК не достигла современного уровня развития науки и техники.

В основе отставания лежит, по нашему мнению, несколько причин:

• Незаинтересованность инвесторов, строящих «на продажу». Энергоэффективные технологии требуют, как правило, дополнительных затрат, а дивиденды будет получать владелец, эксплуатирующий здание.

• Неправильно расставленные акценты: в каких системах и за счет каких мероприятий сегодня можно с большей эффективностью использовать энергию при отоплении и вентиляции (кондиционировании воздуха) зданий различного назначения.

Вопросы эффективного использования энергии в системах ОВК были подняты в середине 1970-х годов, когда была развернута компания по широкому внедрению утилизации тепла вентиляционных и, в меньшей степени, технологических выбросов нагретого воздуха и газов в атмосферу. Тогда впервые был включен в главу СНиП «Отопление, вентиляция и кондиционирование» раздел по использованию вторичных энергоресурсов. Был разработан и исследован ряд конструкций утилизаторов вытяжного воздуха, появились методики их расчета, подбора и экономической оценки их применения; схемы и системы прямого использования технологических тепловыделений, ассимилированных воздухом верхней зоны помещений для обогрева рабочей зоны и т. п. В тот период времени на фоне беспрецедентно низкой стоимости энергоносителей в СССР мероприятия по эффективному использованию энергии носили характер «очередной компании» и не получили своего развития.

Новый этап по сокращению энергоемкости зданий начался в 1986 году, когда постановлением Госстроя СССР № 241 от 19 декабря 1985 года были введены новые нормативы сопротивления теплопередачи ограждающих конструкций. Были разработаны МГСН 2.01–94 «Энергосбережение в зданиях», аналогичные ТСН для большинства регионов России, СНиП 23–02–2003 «Тепловая защита зданий», Федеральный закон «Об энергосбережении», региональные законы, в частности закон «Об энергосбережении в городе Москве», принятый 5 июля 2006 года. Обязательным разделом проектной документации является раздел «Энергоэффективность», включающий энергетический паспорт здания. Энергетический паспорт – это документ, который отражает баланс потребления энергетических ресурсов, показатели эффективности их использования в процессе хозяйственной деятельности организации, потенциал энергосбережения, а также сведения об энергосберегающих проектах и мероприятиях.

Основная направленность нормативно-методических документов по эффективному использованию энергии в строительстве – утепление здания за счет повышения сопротивления теплопередачи и герметичности ограждающих конструкций. Внедрение постановления Госстроя 1985 года позволило существенно уменьшить трансмиссионные потери тепла и, по существу, ликвидировать потери тепла на нагрев инфильтрационного воздуха в гражданских зданиях. Даже в нижних этажах высотных зданий необходимый вентиляционный воздухообмен больше инфильтрационного. Изменились доли составляющих в расходе тепла на ОВК. Если в производственных зданиях расход тепла на вентиляцию практически всегда превышал расход тепла на отопление, нередко в 5–8 раз, то сегодня и в гражданских зданиях, в том числе жилых, расход тепла на вентиляцию превосходит трансмиссионные теплопотери, собственно расход тепла на отопление. Несмотря на это многие специалисты не считают необходимым в зданиях, где нагрев воздуха происходит у отопительных приборов, чаще всего в жилых домах, дифференцированно определять расходы тепла на отопление и вентиляцию, что представляется затуманивающим пути и способы эффективного использования энергии.

Сегодня основным резервом повышения энергоэффективности систем ОВК является совершенствование систем вентиляции и кондиционирования воздуха (В и КВ) и рациональное управление их работой. Известно, что «идеальная» энергоэффективность помещения обеспечивается соответствием поступления и отвода тепла, холода и воздуха в каждый момент времени в каждую точку рабочей (обслуживаемой) зоны. Граничными условиями баланса воздуха и тепла являются условия теплового и воздушного комфорта и потребительские свойства систем: безопасность и эксплуатационная надежность. В этом случае в обслуживаемом помещении отсутствуют избыточный обогрев, охлаждение и вентилирование. Очевидно, что для обеспечения «идеальной энергоэффективности» энергоэффективного здания необходим комплексный подход к зданию как к «единой энергетической системе» или единое решение «трех задач воздушно-теплового режима здания». В случае рассмотрения одного или нескольких элементов, влияющих на сокращение энергетических затрат, в частности, совершенствование систем вентиляции и кондиционирования воздуха и рациональное управление их работой, речь идет о здании с эффективным использованием энергии.

В частности, существует множество технических решений энергоэффективных систем В и КВ.

Многие из них основаны на исследованиях и разработках советских ученых и инженеров, хотя свою техническую реализацию получили за рубежом. В качестве примеров можно привести системы вытесняющей вентиляции (Displacement Ventilation), основанные на явлении температурной стратификации в помещении, описанном А. Н. Селиверстовым в 1934 году и исследованном Е. В. Кудрявцевым, И. А. Шепелевым и другими отечественными специалистами задолго до появления таких систем в Скандинавии. Популярные сегодня «холодные балки» (Cool Beam), использующие принцип эжекционного доводчика, разработанный и внедренный О. Я. Кокориным и Л. И. Ставицким. Системы с переменным расходом воздуха (Variable Air Volume), исследованные и разработанные в ЛИОТ ВЦСПС и «ЦНИИПромзданий» и т. п.

Казалось бы, имеется достаточный набор способов, схем и оборудования для быстрого повышения энергоэффективности зданий за счет применения эффективных систем В и КВ. На наш взгляд, сдерживающим фактором является недостаточная ориентация существующих нормативно-методических документов на проблемы В и КВ. Относительно новые нормативы: МГСН 2.01–99 «Энергосбережение в зданиях. Нормативы по теплозащите и тепловодоэлектроснабжению», СНиП «Тепловая защита зданий», как уже отмечалось, по-прежнему направлены в основном на совершенствование ограждающих конструкций зданий. Они качественно не учитывают те изменения, которые произошли после внедрения утепленных ограждений и герметичных окон, в частности отсутствие инфильтрации в рабочее время, расходы энергии на выработку холода в системах КВ и др.

Применение «потребительского» подхода и показателей «удельного расхода тепловой энергии системой отопления..» (см. МГСН 2.01–99) можно считать прогрессивной полумерой. С одной стороны, они позволяют отойти от нормируемых значений сопротивления теплопередаче ограждений при сохранении предельных значений «удельного расхода тепловой энергии…», с другой стороны, сами значения удельных расходов можно распространить на небольшую группу зданий устаревших типов. Вместе с тем уже в «классическом» справочнике С. А. Рысина2 укрупненные (удельные) показатели расхода тепла на отопление и вентиляцию представлены дифференцированно, причем для большинства зданий, включая общественные, расхода тепла на вентиляцию больше чем на отопление.

Область применения МГСН 2.01–94 распространялась на общественные здания таких категорий, как общеобразовательные, лечебные учреждения, поликлиники, дошкольные учреждения, то есть на ту группу зданий массового применения, которая строилась по типовым проектам. Заявленная область применения МГСН 2.01–99 распространяется на общественные здания, назначение которых не расшифровывается, а показатели «удельного расхода…» по-прежнему приводятся только для зданий массового применения. Сейчас большинство общественных зданий строится по индивидуальным проектам и целесообразность установления для них «удельного показателя» представляется, по меньшей мере, дискуссионной. Вряд ли одним и тем же удельным показателем можно характеризовать даже общественные здания одного назначения, например, спортивные сооружения, торговые комплексы, многофункциональные здания. Аналогичная картина складывается и с производственными зданиями. Ввиду большого разнообразия технологий и архитектурных решений в общественных и производственных зданиях создание базы данных по показателям их «удельного расхода…» представляется в ближайшие годы проблематичным. Более надежный путь – оценка энергоэффективности принятых в проекте способов и систем В и КВ.

В таблице представлен ряд технических мероприятий, позволяющих сократить расход энергии, затрачиваемой на В и КВ общественных и производственных зданий. Бесспорно, данные таблицы далеко не исчерпывают известное разнообразие таких мероприятий. Полагаем, что в настоящее время имеет смысл использовать мероприятия со сроком окупаемости до 5 лет.

Как в общественных, так и в производственных зданиях системы В и КВ целесообразно рассматривать как часть технологического процесса. В этом случае представляется реальным разработать удельные энергетические показатели, включая затраты электроэнергии различных технических решений систем В и КВ применительно к технологическим процессам. КВ перестало быть чем-то исключительным – расход холода в кондиционируемых помещениях часто не меньше, чем расход тепла на отопление. Однако затраты электроэнергии на КВ не учитываются ни в показателях «удельного расхода…», ни при оценке энергоэффективности здания. Технические мероприятия, позволяющие сократить расход энергии, затрачиваемой на вентиляцию и кондиционирование воздуха

№ п/п Мероприятие

1 Снижение температуры воздуха в нерабочее время

2 Устройство ночного проветривания в теплый период года

3 Учет инерционных свойств обслуживаемого помещения при выборе мощности периодически работающих систем

4 Установка местных охладителей-нагревателей

5 Устройство систем с переменным расходом воздуха

6 Установка утилизаторов

7 Рациональный выбор схем организации воздухообмена (перемешивающая или вытесняющая вентиляция) с целью сокращения воздухообмена

8 Использование технологических тепловыделений для обогрева холодных зон, участков

9 Устройство оазисов с использованием тепловых насосов

10 Применение локальных вентиляционных систем (местные отсосы, в том числе с обработкой удаляемого воздуха и его возврате в помещение, воздушные завесы, укрытия и т. д.)

11 Применение газоиспользующего оборудования для воздушного отопления и вентиляции

Расчет годовых затрат тепловой энергии при эксплуатации здании, цель раздела проекта «Энергоэффективность», недостаточно связан с базовым разделом проекта – разделом «ОВК» и разделом «Автоматизация».

Представляется, что энергоэффективность систем ОВК предопределяется технологическими схемами систем, возможностями оборудования и управления. Представляется логичным, когда расчетные расходы энергии в системах ОВК и алгоритмы их работы в течение суток, сезона, года и т. д. устанавливаются в разделе «ОВК» и затем интегрируются и оцениваются в разделе «Энергосбережение». Режимы эксплуатации систем, схемные решения и используемое оборудование, обеспечивающие их реализацию и эффективное использование энергии, – все эти аспекты должны стать составляющими раздела проекта «Энергоэффективность».

Сегодня, когда большинство технических положений в привычных нормативных документах из разряда обязательных перешли в разряд «добровольного применения», неизмеримо возросла роль эксперта. Эксперт должен уметь оценить не только и не столько правильность использования норм, сколько общую концепцию проекта, современность и эффективность принятых проектных решений и использованного оборудования.

Задача НП «АВОК» – на основе накопленного специалистами отрасли опыта постараться внести необходимые коррективы в документы, направленные на повышение энергоэффективности систем ОВК, в первую очередь общественных и производственных зданий.

Список использованной литературы

1. Табунщиков Ю. А., Бродач М. М., Шилкин Н. В. Энергоэффективные здания. – М.: АВОК-ПРЕСС, 2003.

2. Рысин С. А. Вентиляционные установки машиностроительных заводов. Справочник. – М.: Машгиз, 1961.