архив» все записи»

Автор: Т. А. Ахмяров, В. С. Беляев, А. В. Спиридонов, И. Л. Шубин
Дата: 06.09.2013
«СтройПРОФИ» № 15
Рубрика: Энергосбережение


«Активное» энергосбережение (продолжение)

Получены результаты экспериментальной оценки эффективности элементов системы «активного» энергосбережения. Удельные расходы на отопление можно снизить до показателей европейских «пассивных» домов.

Энергосберегающая вентиляция

На рис. 4 приведена принципиальная схема совместного действия приточно-вытяжной установки и энергоэффективных вентилируемых ограждающих конструкций (ЭВОК) здания. В варианте, показанном на этой схеме, представлена децентрализованная поквартирная приточно-вытяжная вентиляция с обменом тепла и влаги, а также наружное ограждение, состоящее из внутренней конструкции, внешней облицовки (остекления) и теплоотражающего экрана. Приток и выброс использованного воздуха происходит через внешние вентиляционные шахты на фасаде здания. Это позволяет несколько увеличить жилую площадь, а также отказаться от теплого чердака.

«Активное» энергосбережение

Рис. 4

Приточный очищенный воздух поступает из вертикальной шахты и разводится по каналам в нижней части ЭВОК. Чем эффективней теплоотражающий экран, тем сильнее он нагревается под воздействием теплового излучения. Поэтому, когда экран находится в более холодной зоне и постоянно охлаждается потоком холодного воздуха с последующей рекуперацией тепла в помещении, теплотехнический эффект повышается. Как показывают исследования, за время прохода снизу вверх воздушный поток нагревается примерно на 3–5 °C (в отсутствие теплосъема — на 12–15 °C). Далее воздух через канал поступает в рекуператор, где обменивается теп-лом и влагой с вентиляционными выбросами. Примерное распределение температуры при прохождении потоков воздуха по системе показано на рис. 4. Следует отметить, что после вертикального участка со съемом тепла, уходящего в атмосферу, можно установить дополнительные теплообменники и теплохладоаккумуляторы для повышения энерго-эффективности системы.

Система рекуперации тепла

Возможная схема совместного функционирования сис-темы рекуперации тепла вентиляционных выбросов и тепла, уходящего через наружные ограждения, для типовой 2-комнатной квартиры представлена на рис. 5. Рекуператор размещен в остекленной лоджии. Принцип движения воздушных потоков такой же, как в предыдущем случае (рис. 4).

Впервые опыты по повышению теплотехнической эффективности светопрозрачных ограждающих конструкций за счет использования продольно-поперечной вентиляции межстекольного пространства с последующим применением рекуперации были проведены В. С. Беляевым в 1988 г. [10]. Были получены очень высокие значения теплотехнической эффективности оконных блоков — 2,27 м2·°C/Вт. Однако в то время эти работы не могли быть продолжены. Только в последние годы это направление повышения энергетичес-кой эффективности ограждающих конструкций получило дальнейшее развитие [11, 12].

В 2010–2012 гг. в климатических камерах НИИ строительной физики РААСН были проведены эксперименты по определению эффективности принципиально новых ограждающих конструкций, разработанных для использования в системе «активного» энергосбережения.

Принципиальная схема базовой модели экспериментального образца (вентилируемое деревянное окно с тройным остеклением и съемным теплоотражающим экраном), на котором проведены три серии испытаний, приведена на рис. 6.

Результаты экспериментов представлены на рис. 7 для десяти различных вариантов остекления, теплоотражающих экранов и режимов вентиляции.

Результаты экспериментов

Максимальное значение теплотехнической эффективности такого довольно несложного окна с обеспечением вентиляции межстекольного пространства достигает 6,7 м2·°С/Вт, что в несколько раз выше показателей наиболее эффективных современных светопрозрачных конструкций.

Задача разработки приточного устройства с частичным подогревом наружного воздуха за счет теплового потока через оконное заполнение (экономайзерный эффект) требует решения комплекса вопросов, в том числе:
- расчет температуры приточного воздуха на выходе из устройства во всем реальном диапазоне температур наруж-ного воздуха и нормируемых расходов воздуха (от 25 до 60 м3/ч), подкрепленный результатами лабораторных или натурных испытаний;
- аэродинамический расчет сопротивлений отдельных участков воздушного тракта с определением требуемой площади отверстий для поступления и выпуска воздуха;
- определение параметров воздушной струи в помещении в диапазоне изменения температур и количества наружного воздуха по п. 1, которыми характеризуется приемлемость и эффективность рассматриваемого решения.

Табл. 1. Варианты исполнения экспериментального образца оконного блока и основные параметры исследований

Варианты

Выбор ограждающих систем

На основе проведенных испытаний и исследований были разработаны различные схемы светопрозрачных конструкций для системы «активного» энергосбережения. На рис. 8 представлен вариант светопрозрачной конструкции из ПВХ-профиля. Окно состоит из двух автономных оконных коробок с различными материалами светопро-зрачных заполнений, в том числе теплоотражающими. Воздушный поток проходит между коробками, регулируется заслонками и поступает в помещение через распределитель или рекуператор.

Варианты

На рис. 9а, 9б представлены возможные варианты конструкций стен с навесной фасадной системой с вентилируемым воздушным зазором (НФС ВВЗ). Предлагаемое техническое решение можно реализовать с использованием облицовочных панелей и вентилируемого воздушного зазора, а также за счет размещения в слое утеплителя дополнительного воздушного зазора с теплоотражающим экраном. Вариант с использованием однослойной железобетонной панели и организованным вентилируемым воздушным зазором удобен при реконструкции существующих зданий.

варианты конструкций стен с навесной фасадной системой с вентилируемым воздушным зазором

С 2010 г. проводится натурный эксперимент по применению и оценке эффективности системы «активного» энергосбережения. Двухкомнатная квартира (общая площадь 57 м2) на 10 этаже 22-этажного дома в Москве оборудована оконной системой, где верхняя часть работает на приток воздуха в комнату, а нижняя часть — на вытяжку. Мониторинг работы системы показывает, что светопрозрачная конструкция обеспечивает комфортный режим микроклимата во всей квартире.

Полученные результаты экспериментальной оценки эффективности элементов системы «активного» энергосбережения достаточно интересны, однако требуют дополнительного исследования и оценки. В настоящий момент рассматриваются следующие шаги в развитие обоснования возможности использования систем «активного» энергосбережения в массовом строительстве и реконструкции зданий в климатических условиях России:
- экспериментальная оценка теплотехнической эффективности вентилируемых наружных ограждающих конструкций зданий с рекуперацией теплового потока, уходящего через ограждающие конструкции (проводятся работы со специально разработанными опытными образцами);
- разработка и опытное внедрение в проектирование пилотных проектов типовых энергоэффективных вентилируемых ограждающих конструкций с рекуперацией тепла (светопрозрачные конструкции, стены, крыши и тепло вентиляционных выбросов);
- разработка и внедрение в проектирование специальной децентрализованной приточно-вытяжной системы вентиляции с рекуперацией тепла на базе энергоэффективных вентилируемых ограждающих конструкций, теплообменников, устройств с использованием нетрадиционных и возобновляемых источников энергии (солнцезащитные устройства, солнечные коллекторы, фотоэлементы, тепловые насосы, ветровые аккумуляторы энергии и другие системы).

Выводы
1. Энергосберегающее домостроение, в том числе и возведение «пассивных» зданий, стало доминирующей мировой тенденцией. Россия пока значительно уступает Европе и США в объеме строительства домов с повышенной энергетической эффективностью, несмотря на принятый федеральный закон № 261-ФЗ.
2. Необходимые для энергоэффективных зданий ограждающие конструкции с использованием распространенных в мире и РФ технологий достигли своего предела по теплотехническим характеристикам и становятся все менее целесообразными экономически.
3. Одним из альтернативных и эффективных решений для энергосберегающего домостроения могут стать ограждающие конструкции с использованием систем «активного» энергосбережения с рекуперацией тепла, которые можно реализовать также и во многих существующих наружных ограждениях с минимальной модернизацией.
4. При применении систем «активного» энергосбережения имеется возможность значительного снижения теплопотерь через ограждающие конструкции и светопрозрачные заполнения за счет специальных теплоотражающих экранов и особым образом организованного потока наружного воздуха.
5. В основу предлагаемой системы «активного» энерго-сбережения положено использование высокоэффективных современных рекуператоров с высоким коэффициентом полезного действия (выше 90%) для исключения теплопотерь через наружные ограждающие конструкции, а также утилизации тепла вентиляционных выбросов.
6. Полученные в ходе предварительных исследований светопрозрачных конструкций значения условного сопротивления теплопередаче составили от 2,27 м2·°C/Вт (данные В. С. Беляева, 1988 г.) до 3–6 м2·°C/Вт (эксперименты, проведенные нами в 2010–2012 гг. в НИИ строительной физики РААСН) при широком диапазоне расхода приточного воздуха от 6 м3/час до 80 м3/час.
7. Проводимый в течение 2010–2013 гг. натурный эксперимент в двухкомнатной квартире многоэтажного жилого дома в Москве показал высокую эффективность разрабатываемой системы «активного» энергосбережения.
8. При использовании системы «активного» энерго-сбережения в ограждающих конструкциях становится возможным применение новых материалов в связи с тем, что в вентилируемом промежутке с активным теплосъемом и рекуперацией тепла можно применять материалы с большей теплопроводностью.
9. Применение системы «активного» энергосбережения в массовом строительстве позволит достичь требуемых показателей энергетической эффективности в строительной отрасли на 2016–2020 гг.

Литература.
1. Федеральный закон Российской Федерации от 23 ноября 2009 г. № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».
2. Архипов А. «Первый в России энергоэффективный дом, сертифицированный по европейским стандартам. Перспективы развития строительства энергоэффективных домов в России». Материалы конференции «Технологии проектирования и строительства энергоэффективных зданий PassiveHouse», 2012 г.
3. Панитков О. «Опыт реализации активного дома. Следующие шаги». Материалы конференции «Технологии проек-тирования и строительства энергоэффективных зданий PassiveHouse», 2012 г.
4. Шубин И., Спиридонов А. «Законодательство по энергосбережению в США, Европе и России. Пути решения» // «Вестник МГСУ», № 3. Т. 1., 2011 г.
5. Файст В. «Основные положения по проектированию пассивных домов». М.: АСТ, 2011 г.
6. Пакет проектирования пассивных домов PHPP2007 (2012 г.). PassivHaus Institut.
7. Бродач М., Ливчак В. «Здание с близким к нулевому энергетическим балансом» // АВОК, № 5, 2011 г.
8. Шубин И., Спиридонов А. «Проблемы энергосбережения в российской строительной отрасли» // «Энергосбережение», № 1, 2013 г.
9. Табунщиков Ю. А. «Малозатратные оперативные мероприятия по экономии энергии». // «Энергосбережение», № 8, 2012 г.
10. Беляев В., Хохлова Л. «Проектирование энергоэкономичных и энергоэффективных зданий», М.: «Высшая школа», 1992 г.
11. Беляев В., Граник Ю., Матросов Ю. «Энергоэффективность и теплозащита зданий», М.: АСВ, 2012 г.
12. Беляев В., Лобанов В., Ахмяров Т. «Децентрализованная приточно-вытяжная система вентиляции с рекуперацией тепла». //«Жилищное строительство», № 3, 2011 г.

Окончание. Начало в СтройПРОФИ № 5, 2013 г. «Активное» энергосбережение


Полная или частичная перепечатка материалов - только с письменного разрешения редакции!


«« назад