Резкое сокращение запасов топливно-энергетических ресурсов, проблемы изменения климата и экологические аспекты загрязнения окружающей среды заставили пересмотреть и изменить отношение к вопросам энергопотребления и энергосбережения. За последние годы на украинском рынке появилось большое количество современной инженерной техники с высоким КПД, новых строительных материалов с хорошими теплоизоляционными свойствами и электронных автоматических систем контроля, управления и регулирования внутридомовых инженерных систем.

Комплексное использование новых технологий в строительстве позволяет в несколько раз снизить потребление энергоносителей и, как следствие, значительно сократить эксплуатационные расходы с одновременным сокращением выбросов вредных веществ в атмосферу. С целью снижения потребления энергоносителей на законодательном уровне внесены соответствующие изменения и дополнения в строительные нормы и правила и другие нормативные документы. Например, повышены нормативные требования к сопротивлению теплопередаче ограждающих конструкций для жилых и общественных зданий. Однако, до сего времени не выработана концепция и программа строительства и эксплуатации энергоэффективных зданий. В последние годы много сделано в этом направлении, но еще больше проблемных вопросов предстоит решить.

С точки зрения методологии системного подхода необходимо рассматривать тепловую эффективность здания в целом, как результат трех основных элементных параметров тепло и холодоснабжения и электроснабжения здания, как единой энергетической системы, а именно: климатических параметров в районе строительства; архитектурно-планировочных решений и теплоизолирующих свойств, принятых проектом ограждающих конструкций; параметров инженерного оборудования здания, направленных на создание комфортных условий. По экспертным оценкам, реализация энергосберегающих мероприятий может обеспечить сокращение теплопотребления в здании в 2–2,5 раза. При этом энергосбережение за счет оптимизации градостроительных решений составляет 8–10 %, архитектурно-планировочных решений — до 15 %, правильного выбора решений ограждающих конструкций — до 25 %, инженерного оборудования — до 30 %, внутридомовых систем автоматизации и учета — до 20 %.Для определения и сокращения тепловых потерь необходимо составление теплового баланса. На рис. 1 приведены возможные поступления и теплопотери энергии в здании. Учитывая это, наибольшую экономию энергии можно получить за счет утепления и снижения теплопотерь, через строительные конструкции, применения современного и модернизации существующего инженерного оборудования, в сочетании с комплексной автоматизацией внутридомовых процессов, остановимся на них более подробно.

Engineering equipment of energy efficient buildings. 4/2012. Фото 1

Данное положение и лежит в основе технологии строительства энергоэффективных зданий. Представляется, что проекты таких зданий должны отвечать следующим основным требованиям: качественная разработка проектносметной документации; применение регулирующих устройств для оптимального отопления; механическая вентиляция помещений; применение эффективного отопительного оборудования; экономное расходование воды для горячего водоснабжения; использование гелиотермальных и геотермальных установокдля получения тепловой энергии; использование воздуховодов и трубопроводов, имеющих наименьшее гидравлическое сопротивление; применение энергоэффективной бытовой и внутридомовой техники; использование для аккумуляции тепловой энергии строительных конструкций; отказ от излишних архитектурных деталей и выбор архитектурных форм с наименьшей площадью ограждающих конструкций.

Принципиальное отличие энергоэффективных зданий заключается в том, что они имеют значительно меньшую потребность в тепловой энергии для отопления, чем здания, построенные по действующим строительным нормам.

Однако до сего времени, термин «энергоэффективный дом» не получил официального разъяснения, в связи, с чем часто безосновательно применяется по отношению к зданиям, не отвечающим данным требованиям.

Исходя из опыта строительства подобных зданий в Западной Европе, такими зданиями считаются дома, которые потребляют на 25 % тепловой энергии меньше, чем принято нормативными документами. Соответственно, по европейским нормам максимальная годовая потребность в тепле для отопления составит Qmax = f(A/V), и, в зависимости от отношения общей суммарной площади теплопереноса A к строительному объему V, она не должна превышать значения 40–75 кВт⋅ч на м2 отапливаемой площади в год. На практике потребление колеблется от 35 до 80 кВт⋅ч/(м2⋅год), что приблизительно соответствует расходу от 3,5 до 8 л дизельного топлива, либо 3,5–8 м3 природного газа в год на 1 м2.Энергоэффективные здания имеют незначительную потребность в тепловой мощности необходимой для отопления. Однако для обеспечения горячего водоснабжения, покрытия затрат на теплопотери и вентиляцию ее приходится иногда увеличивать в три-пять раз. Для создания комфортных условий в жилом доме, имеющего потребность на нужды отопления около 6 кВт, на горячее водоснабжение может понадобиться до 24 кВт тепловой энергии.

Этот пример наглядно показывает, что экономии топлива можно достичь, в первую очередь за счет сокращения энергетических затрат на горячее водоснабжение. Надо отметить, что расчеты теплопотребления должны основываться на создании комфортных условий в здании и учитывать, что увеличение потребности в тепле в процессе эксплуатации, либо не достаточной мощностью выбранного оборудования, в последующем всегда связаны с дополнительными трудностями и значительными капиталовложениями.

Выбор системы зависит от множества факторов — если в многоэтажных, многоквартирных и гражданских зданиях основным критерием являются инвестиционные затраты, то в индивидуальном коттеджном строительстве больше внимания уделяется последующим эксплуатационном затратам, в значительной степени зависящем от цены на различные виды энергии.

Engineering equipment of energy efficient buildings. 4/2012. Фото 2

В табл. 1 приводится зависимость теплопотребления односемейного жилого дома (площадью — 150 м2, количество жителей четыре человека) в сравнении с действующими СНиП П3–79 «Строительная теплотехника» с изменениями и дополнениями 1995 г. в сравнении с требованиями к энергоэффективным зданиям, принятым в Европейском Сообществе. Снижение теплопотребления достигается в первую очередь:

❏ сокращением удельного расхода тепловой энергии в связи со снижением общей тепловой нагрузки, уменьшением мощности отопительного котла, сокращением площади поверхности теплопередачи, снижением расчетных температур теплоносителя;

❏ применением котлов с высокими значениями КПД и коэффициента использования мощности установленного оборудования, использованием гелиотермальных и геотермальных контуров, тепловых насосов, когенерационных схем совместной выработки энергии и альтернативных ее источников;

❏ улучшенной изоляцией конструкций приводящей к повышению температуры внутренней поверхности ограждающих конструкций в сочетании со схемами аккумуляции тепловой энергии и аккумуляторами низкопотенциального тепла;

❏ использованием принудительной вентиляции с рекуперацией, для сокращения потерь тепловой энергии с вытяжной вентиляцией;

❏ повышением требований к автоматическому регулированию и контролю за генерацией и распределением тепловой и электрической энергии (методы снижения теплопотребления, с применением инженерного оборудования представлены на рис. 2).

Engineering equipment of energy efficient buildings. 4/2012. Фото 3

Отдельно следует остановиться на вопросе потерь тепла через ограждающие конструкции и в первую очередь воздухопроницаемости. До сего времени считалось, что ограждающие конструкции зданий должны пропускать влагу. Стремление исключить теплопотери привело к пересмотру данной концепции и строительству максимально утепленных, герметичных зданий.

Как контраргумент часто приводятся доводы, что в энергоэффективных домах, это приведет к появлению избыточной влажности и связанных с этим негативных последствий. Однако, при правильно работающей приточно-вытяжной вентиляции проблемы конденсации водяных паров внутри помещений не возникают, а строительные конструкции надежно защищены от влаги. Тем не менее, данный вопрос требует тщательного дополнительного рассмотрения проектными и научно-исследовательскими организациями.

На данном этапе можно отметить, что энергоэффективные дома более комфортны по сравнению с домами, построенными по традиционной технологии, за счет обеспечения энергетически оптимального режима эксплуатации, исключения образования сквозняков, сокращению шумовой эмиссии, исключения неприятных запахов и, в целом, эффективного снижение энергозатрат.

Показателем тепловой эффективности N здания принято называть величину: N = Qmin/Qmax, где Qmin — минимальные затраты энергии необходимые для создания комфортных условий в здании, объемом V, Qmax — действительные затраты энергии необходимые на обогрев и охлаждение здания.

При этом показатель тепловой эффективности здания N может быть записан как N = N1N2N3, где N1 — показатель тепловой эффективности, учитывающий воздействие климатических факторов на тепловой баланс здания; N2 — показатель тепловой эффективности, определяющий теплозащитные свойства наружных ограждающих конструкций; N3 — показатель тепловой эффективности, определяющий оптимальность выбора показателей внутридомового инженерного оборудования.

При этом максимальный показатель тепловой эффективности достигается при N = 1, в таких зданиях отмечаются минимальные потери тепла, что позволяет не только экономить инвестиционные капиталы (за счет применения хорошо подобранного по мощности инженерного оборудования), но и сократить до минимума эксплуатационные расходы на отопление, вентиляцию, водо- и электроснабжение.

Оценить правильность выбранного решения с финансовой точки зрения, помогут расчеты простой окупаемости, дающие возможность определить эффективность капиталовложений:

Инвестиция = Срок окупаемости Экономия

Обычно принято рассчитывать граничные пределы сроков окупаемости при минимальных и максимальных капиталовложениях. Проведенные расчеты показывают экономическую целесообразность строительства и эксплуатации энергоэффективных зданий, особенно это становится актуально в связи с постоянным удорожанием топливноэнергетических ресурсов.

Выводы таковы:

1. Применение современного инженерного оборудования в комплексе с автоматикой регулирования и надежной изоляцией ограждающих конструкций здания позволяет сократить расходы энергоносителей в 2–2,5 раза.

2. Снижение теплопотребления в здании возможно только при комплексном использовании методов энергосбережения всех внутридомовых систем.

3. Оценка эффективности при выборе оборудования должна основываться на показателях тепловой эффективности здания N и сроках окупаемости.

1. Курс энергетического аудита. ИЭЭ НТУ «КПИ». — Киев, 2003.

2. Ковалко М.П., Денисюк С.П. Енергосбереження — прюритетний напрямок державноi полiтики Украини. — Киев, УЕЗ, 1998.

3. Мхитарян Н.М. Энергосберегающие технологии в жилищном и гражданском строительстве. — Киев: Наукова думка, 2000.

5. Dr. Hans Viessmann. Viessmann Heizungshandbuch. Genter Verlag. Stuttgart. 1987.

6. Otmar Humm. Niedrigenergie Haeuser. Oekobuch Verlag. Staufen bei Freiburg. 2000.

7. HansPeter Sproten. SHKTechnik in Niedrigeenergiehaeusern. IKZHaustechnik Heft 10/2000.		 Engineering equipment of energy efficient buildings. 4/2012. Фото 4