«Фундамент» энергоэффективных зданий – конструктивные схемы организованного воздухообмена

 Практически весь фонд многоэтажных зданий в стране оснащен общедомовыми системами учета и регулирования потребления тепловой энергии. Обязательность их установки предусматривают определенные нормативы.  Следующим шагом развития можно предвидеть автоматическую дистанционную передачу данных об учете и регулировании потребления энергоресурсов на центральный пункт учета и распределения тепловой энергии и диспетчеризации, как это сделано в системах АСКУЭ для автоматизированного учета электрической энергии. Основные задачи, решаемые в процессе совершенствования инженерного оборудования – повышение энергоэффективности зданий, комфорта проживания и эксплуатационных характеристик. Неиспользованные резервы в нашей стране связаны с применением принудительных систем вентиляции, когда одновременно производится утилизация тепла источников теплоснабжения зданий.

Одна из основных особенностей порядка вентиляции в жилых зданиях – организация общего воздухообмена в квартирах, когда свежий воздух поступает в жилые помещения, а удаляется из кухни, санузла и ванной комнаты. Для утилизации тепла вентиляционных выбросов удаляемый из квартиры воздух должен поступать на один из входов теплообменника, на второй вход которого поступает свежий воздух. Таким образом, в жилых зданиях минимальный уровень централизации при организации воздухообмена. Такая система воздухообмена делает проблематичным использование индивидуальных (для каждой комнаты) утилизаторов теплоты с использованием теплообменных аппаратов типа «теплая форточка», потому что вне воздухообмена остаются санузел и ванная комната. Дополнительный недостаток полностью децентрализованной системы состоит в том, что при такой системе воздухообмена отсутствует возможность использования избытков тепла в одной из комнат для нагрева воздуха в других помещениях. К этому можно добавить, что эффективность рекуператоров при индивидуальном использовании должна быть ниже того уровня, при котором возможно выпадение конденсата в канале уходящего воздуха, т.к. отсутствует возможность его удаления. Следовательно, при организации воздухообмена в жилом здании необходимо обеспечить удаление воздуха из кухни, санузла и ванной комнаты каждой квартиры, теплообмен удаляемого воздуха с поступающим в теплообменник наружным и приток свежего воздуха в жилые помещения.

При организации принудительного воздухообмена жилых помещений возможны варианты исполнения систем вентиляции с различной степенью централизации. Например, централизованная схема вентиляции многоэтажного жилого здания: вентиляционные выбросы отдельных квартир через рекуператор вентиляционной шахты уходят наружу. Приток также организуется через общий приточный воздуховод, рекуператор и при помощи магистральных воздуховодов разводится по квартирам.

В рекуператоре происходит воздухообмен между приточным и вытяжным воздухом, из него выполняется отвод конденсированной влаги. Приток и вытяжка организованы общим приточным и вытяжным вентиляторами.

Но этой схеме показаны недостатки, характерные для всех централизованных систем: отсутствие индивидуального регулирования, сложность наладки аэродинамического режима системы, необходимость вентиляторов с большим напором и, как следствие, высокий уровень шумов установки. Поэтому такие схемы могут быть использованы для небольших зданий на 5–6 квартир или для индивидуальных зданий на одну семью.

Схема вентиляции здания с вентилируемой прослойкой

 Более часто используются системы вентиляции с различной степенью децентрализации. Например, поэтажная схема вентиляции, в которой централизация сочетается с индивидуальными приточным и вытяжным вентиляторами. Она оснащается индивидуальными регуляторами в квартирах, обеспечивает хорошее «управление» воздухообменом при сохранении централизованного воздухоснабжения. Данная схема вентиляции выполнена в проекте энергоэффективного здания для г. Караганды сотрудниками ГП «Институт жилища – НИПТИС им. С.С.Атаева».

Для многоэтажных зданий предпочтительнее выглядит децентрализованная система вентиляции с общей вытяжной вентиляционной шахтой: в каждой квартире имеется рекуператор тепла, приточный и вытяжной вентилятор, фильтры и другие элементы системы. Для крупных городов с неудовлетворительным качеством воздуха целесообразно выполнить и общий забор воздуха с уровня верхних этажей. Например, существует схема, где показано как вентиляционные выбросы квартир различных этажей собираются в общую вентиляционную шахту. Дополнительно может быть введен общий вытяжной вентилятор. При организации общей вытяжной вентиляционной шахты с целью исключения проблем, связанных с возможностью конденсации влаги на наружной поверхности воздуховода, целесообразно расположить вытяжную вентиляционную шахту снаружи здания. Важно обеспечить ее утепление для исключения замерзания конденсата внутри шахты.

Недостатком данной схемы вентиляции является плохое качество воздуха на нижних этажах зданий в больших городах, поэтому рациональной является метод притока через общую вентиляционную шахту, вход в которую расположен на верхних этажах здания.

Независимо от принятой схемы вентиляции необходимо обеспечить приток воздуха в комнаты квартир и удаление отработанного воздуха. Поскольку действующие нормативы запрещают объединение вытяжных вентиляционных каналов кухни и санузла, в туалете сохраняется вытяжная вентиляционная шахта с естественным побуждением. С целью экономии энергии на входе в канал установлены клапан и вентилятор, включаемые в работу только при включении света в туалете. К недостаткам приведенных выше систем вентиляции можно отнести необходимость прокладки приточных воздуховодов внутри квартир здания. Это накладывает определенные ограничения на требования интерьера зданий и уменьшает объем квартир.

Воздух удаляется из квартир через общую вентиляционную шахту и поступает на вход теплообменника-утилизатора, удаляясь в окружающее пространство. На второй вход теплообменника поступает наружный воздух, проходит через теплообменник и направляется в воздушную прослойку в системе теплоизоляции здания. Затем свежий воздух проходит через отверстия, которые могут быть расположены в подоконной части жилых помещений над отопительными элементами. Движение воздуха происходит под действием вытяжных вентиляторов, расположенных в вытяжных вентиляционных шахтах в каждой квартире. Для исключения попадания пыли из прослойки в приточный воздух возможна доставка воздуха в квартиры воздуховодами, расположенными в прослойке теплоизоляции.

Наиболее удобна реализация такой схемы при выполнении энергоэффективной реконструкции зданий старого жилого фонда.

За последние 30 лет мировое потребление энергии выросло почти в два раза и составило в 2000 году 12,3 млрд т у. т. Среднегодовые темпы прироста мирового энергопотребления составили 2,7%. Одним из путей снижения уровня закупок энергоносителей является применение новых энергосберегающих технологий, использующих нетрадиционные возобновляемые источники энергии (НВИЭ). Преимущества технологий, использующих НВИЭ, по сравнению с их традиционными аналогами связаны не только со значительными сокращениями затрат энергии в системах жизнеобеспечения зданий и сооружений, но также с их экологичностью, с новыми возможностями в области повышения степени автономности систем жизнеобеспечения.

Перспективной областью их внедрения являются системы энергоснабжения зданий. При этом одним из наиболее эффективных в настоящее время считается широкое применение теплонасосных систем теплоснабжения (ТСТ), использующих в качестве повсеместно доступного источника тепла низкого потенциала, в частности, грунта поверхностных слоев земли, воздуха, грунтовых вод, водоемов и пр.

Экономическая эффективность использования тепловых насосов для отопления и горячего водоснабжения зданий определяется значением коэффициента преобразования (трансформации) тепла (СОР). Значение СОР равно отношению количества тепловой энергии, отданной ТН в систему отопления здания, к электрической энергии, затраченной на работу компрессора. Эффективность тепловых насосов увеличивается при уменьшении разности температур испарителя и конденсатора. Величина СОР зависит от многих факторов, важнейшим из которых является температура, до которой нагревается теплоноситель.

Для эффективной работы теплового насоса необходимо минимизировать температуру теплоносителя в системах отопления. Это доказывают проведенные расчеты. Регулирование параметров теплоносителя в системах отопления осуществляется по температурному графику.

Можно говорить о том, что с точки зрения эффективности использования тепловых насосов в наибольшей степени подходит напольное отопление. Все это доказывается при помощи формул и графиков. Таким образом, анализ схем применения систем принудительной приточно-вытяжной вентиляции с рекуперацией тепла вентиляционных выбросов может быть полезен при проектировании энергоэффективных жилых зданий. Использование тепловых насосов в системах теплоснабжения зданий должно быть увязано с типом используемой системы теплоснабжения зданий.

Леонид Данилевский,

первый заместитель директора

ГП «Институт жилища – НИПТИС им. Атаева С.С.»

 Материал подготовлен на основе доклада на V международной конференции «Энергоэффективное строительство в Республике Беларусь: современные технологии энергосбережения» Минск, 2013 г.