Система «активного» энергосбережения с рекуперацией тепла для энергоэффективных зданий. II часть

I часть

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 году [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 энергетической эффективности ограждающих конструкций получило дальнейшее развитие [11, 12].

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

Принципиальная схема базовой модели экспериментального образца, на котором проведены три серии испытаний в климатических камерах, представлена на рис. 6. Образец представлял собой вентилируемое деревянное окно с тройным остеклением из листового стекла и съёмным теплоотражающим экраном.

Рис. 6. Схема базовой модели экспериментального образца светопрозрачной конструкции  

Результаты экспериментов представлены на рис. 7 для 10 различных вариантов остекления, теплоотражающих экранов и режимов вентиляции.  

Рис. 7. Теплотехническая эффективность (сопротивление теплопередаче) R светопрозрачных конструкций при различных вариантах исполнения оконного блока и параметров экспериментальных исследований в НИИСФ («легенда» - см. Табл.1).

Таблица 1
Варианты исполнения экспериментального образца оконного блока и основные параметры исследований

Максимальное значение теплотехнической эффективности такого довольно несложного окна с обеспечением вентиляции межстекольного пространства составило 6.7 м² ºС /Вт, что в несколько раз выше показателей наиболее эффективных современных светопрозрачных конструкций. Результаты исследований подтверждены соответствующими документами.

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 наружного 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.

На основе проведенных испытаний и исследований были разработаны различные схемы светопрозрачных конструкций, которые возможно использовать в системе «активного» энергосбережения. В частности, на рис. 8 представлен вариант светопрозрачной конструкции из ПВХ - профиля. Окно состоит из двух автономных оконных коробок с различными вариантами светопрозрачных заполнений, в том числе теплоотражающими. Воздушный поток проходит между коробками с регулированием заслонками и выходит в помещение через распределитель или рекуператор. 

Рис. 8. Вариант решения светопрозрачной конструкции для использования в системе «активного» энергосбережения

На рис. 9 представлены возможные варианты конструкций стен с навесной фасадной системой с вентилируемым воздушным зазором (НФС ВВЗ). Возможно использование фиброцементных и асбестоцементных плит с декоративным покрытием, а также иных известных облицовочных материалов. Варианты предлагаемого технического решения можно реализовать с использованием облицовочных панелей и вентилируемого воздушного зазора, а также за счет размещения в слое утеплителя дополнительного воздушного зазора с теплоотражающим экраном. Один из представленных вариантов с использованием однослойной железобетонной панели и организованным вентилируемым воздушным зазором удобен при реконструкции существующих зданий.  

Рис. 9. Варианты решения навесных вентилируемых фасадов для использования в системе «активного» энергосбережения

Начиная с 2010 года проводится натурный эксперимент по применению и оценке эффективности системы «активного» энергосбережения. В двухкомнатной квартире (общая площадь 57 кв. м) на 10-м этаже 22-х этажного дома в г. Москве оборудована система, где верхняя часть окна работает на приток воздуха в комнату, а нижняя часть - на вытяжку (рис. 10). Мониторинг работы смонтированной системы показывает, что светопрозрачная конструкция обеспечивает комфортный режим микроклимата во всей квартире.  

Рис. 10. Общий вид окна в системе «активного» энергосбережения (натурные испытания)  

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).  

Из изложенного выше можно сделать следующие основные 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 экономически целесообразными. 
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» энергосбережения 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 составило от 2.27 м2•°C/Вт (данные В.С.Беляева, 1988 г.) до 3 – 6 м2•°C/Вт (эксперименты, проведенные нами в 2010 – 2012 г.г. 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 годов натурный эксперимент в двухкомнатной квартире многоэтажного жилого дома в г. Москве показал высокую эффективность разрабатываемой системы «активного» энергосбережения. 
8. При использовании системы «активного» энергосбережения в ограждающих конструкциях становится возможным применение новых материалов в связи с тем, что в вентилируемом промежутке с активным теплосъёмом 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 годы. 

Список использованных источников 

1. Федеральный закон Российской Федерации от 23 ноября 2009 г. N 261-ФЗ "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации " 48 
2. А.Архипов «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, стр. 145 – 150. 
3. О.Панитков «Опыт реализации активного дома. Следующие шаги», Материалы конференции «Технологии проектирования и строительства энергоэффективных зданий PassiveHouse», 2012, стр. 155 – 157. 
4. И.Шубин, А.Спиридонов «Законодательство по энергосбережению в США, Европе и России. Пути решения», Научно-технический журнал «Вестник МГСУ», №3/2011, т.1, стр. 4 - 14. 
5. В.Файст «Основные положения по проектированию пассивных домов», М., Издательство АСТ, 2011, 144 стр. 
6. «Пакет проектирования пассивных домов PHPP2007 (2012)», PassivHaus Institut. 
7. М.Бродач, В.Ливчак «Здание с близким к нулевому энергетическим балансом», журнал АВОК, №5, 2011 
8. И.Шубин, А.Спиридонов «Проблемы энергосбережения в российской строительной отрасли», журнал «Энергосбережение», №1, 2013, стр. 15 – 21. 
9. Ю.Табунщиков «Малозатратные оперативные мероприятия по экономии энергии», журнал «Энергосбережение», №8, 2012, стр. 4 – 9. 
10. В.Беляев, Л.Хохлова. Проектирование энергоэкономичных и энергоэффективных зданий. М.: Изд. Высшая школа. 1992г. 255 с. 
11. В.Беляев, Ю.Граник, Ю.Матросов «Энергоэффективность и теплозащита зданий», Москва, Издательство АСВ, 2012, 400 стр. 
12. В.Беляев, В.Лобанов, Т.Ахмяров «Децентрализованная приточно-вытяжная система вентиляции с рекуперацией тепла», журнал «Жилищное строительство», №3, 2011, стр. 73-77.