Технологии энергосбережения для оболочки зданий, светопрозрачных конструкций, систем отопления достигли высоких значений, в некоторых случаях приблизившись к физическому пределу. Фокус внимания исследователей теперь направлен на системы вентиляции, воздухообмена и кондиционирования – именно здесь скрываются огромные резервы энергоэффективности
В мае 2010 года была принята Директива 2010/31/EC об энергосбережении в зданиях, согласно которой страны ЕС обязуются выполнить минимальные требования по строительству «активных» домов и резко сократить энергопотребление в коммунально-бытовом секторе до 2020 года. На момент принятия Директивы расход энергии на жилье составлял около 40% от всей энергетической потребности ЕС.
Это означает, что укоренными темпами проводится и будет проводиться тепломодернизация старого жилья, новое жилье будет строиться по нормам 40–70 кВт·ч/(м2 ·год), что примерно соответствует стандартам «пассивного» строительства, а все имеющиеся инженерные системы будут проинспектированы в рамках программы «Энергетический паспорт здания» и намечены жесткие сроки реконструкции энергозатратных компонентов зданий. Это же означает, что, в связи с высокими стандартами теплоизоляции, теплопотери в системах вентиляции занимают доминирующее значение в общей сумме потребностей энергии для зданий (см. рисунок).
Рисунок. Распределение потерь тепла в зданиях на примере Германии. Цифры справа – нормативное значение годового теплопотребления. По данным European Ventilation Industry Association (EVIA), Брюссель.
«Пассивные» дома не получили широкого распространения, в них потребление энергии на обогрев покрывается естественными возобновляемыми источниками (ВИ):
- поступлением солнечной энергии через окна;
- от самих жильцов;
- тепло от бытовой техники, прочее.
Дома-термосы обладают явным недостатком – системы естественной вентиляции, позволяющие соблюдать нормы пассивного энергопотребления, как правило, не справляются с необходимым притоком свежего воздуха. Нештатные ситуации, требующие активного проветривания, вызывают невосполнимые потери тепла одними только пассивными средствами. Любая банальная ситуация может стать «неплановой»: сбежавшее молоко на кухне или разлитая жидкость для снятия лака с ногтей в ванной. Поскольку в «пассивных» домах не предусмотрены средства активного восполнения теплопотерь, то любая нештатная ситуация может нарушить хрупкий тепловой баланс.
Исследование, проведенное в Институте оконной техники ift в г. Розенхайм (Германия) еще в 2007 году, показало, что закрытое типовое энергосберегающее окно стандартных размеров теряет около 40 Вт тепла, а в режиме проветривания (с одной откинутой створкой) – это уже 1280 Вт тепловой энергии, т. е. в 30 раз больше.
Идеи и решения, препятствующие теплопотерям, отработанные при реализации «пассивных» зданий по всему миру, получили развитие в зданиях с нулевыми (ZEB) или почти нулевыми (NZEB) потерями энергии. Хотя эти термины еще не получили нормативного определения, тем не менее принято считать, что ZEB (Zero Energy Building) – это дома, которые полностью или даже с лихвой покрывают свое энергопотребление, черпая энергию из окружающей среды. Дома NZEB (Nearly Zero Energy Building) большую часть энергии получают из возобновляемых источников, прибегая к дополнительной энергии из традиционных источников только в пиковых режимах.
Подсчитано, что в ЕС тепловые потери в зданиях, связанные с вентиляцией в отопительный сезон, достигают 369 ТВт·ч в год тепловой энергии. Эти громадные значения показывают, что концентрация внимания на электричестве для привода вентиляторов – заблуждение. Тепловые потери, а не затраты электрики – главный бич систем вентиляции. Эта тепловая энергия может быть восстановлена только системами рекуперации тепла. В ЕС также подсчитано, что за счет рекуперации можно восстанавливать порядка 80% вентиляционных теплопотерь.
Два способа и три источника
В принципе, есть два способа сокращения потерь энергии из-за вентиляции:
- снизить уровень вентиляции; и/или;
- восстановить энергию из вентиляции.
С другой стороны, существуют три главных источника выбросов в зданиях, которые нужно учитывать:
- человек (CO2 , влажность, запахи);
- выбросы, создаваемые человеком (вода в кухне, ванных комнатах и т.д.);
- выбросы самих зданий (загрязняющие вещества, растворители, запахи, летучие органические соединения (VOC).
В зависимости от назначения здания, его размеров, самой конструкции будут главенствовать разные источники выбросов. Это означает, что интенсивность вентиляции и величина воздухообмена не может быть меньше определенного предела (см. таблицу), так как это вызовет проблемы со зданием (например, увлажнение материалов) или у обитателей (например, из-за плохого качества воздуха). Контролируемая вентиляция – это стратегия, чтобы создать «нужную», уменьшить «ненужную» и устранить «вредную» вентиляцию.
Таблица. Показатели вентиляции для жилья по EN 15251 (соответствует ДСТУ Б EN 15251:2011)
В случае ZEB или NZEB возникает вопрос: действительно ли рекуперация тепла просто уменьшает потребность в энергии или рекуперация сама является источником возобновляемой энергии при ее использовании в системах вентиляции?
Нагрев поступающего наружного воздуха, как правило, следует рассматривать в качестве ВИ (например, внешний нагрев воздушного теплового насоса для отопления). Использование отработанного воздуха в качестве источника тепла за счет более высокой температуры более эффективно, чем использование просто наружного воздуха.
Рекуперация тепла также помогает снизить затраты энергии на охлаждение в жаркое время.
В большинстве европейских климатических зон, однако, восстанавливаемая летом энергия будет относительно небольшой по сравнению с зимним периодом, но уровень рекуперации может быть повышен косвенными системами увлажнения потока отработанного воздуха.
Охлаждающий эффект испарения воды можно использовать для охлаждения приточного воздуха в приточно-вытяжной установке. В европейских климатических зонах используется в основном косвенное охлаждение, чтобы приточный воздух улучшил температурные условия, но не увеличивал влажность в помещениях. Различают косвенное охлаждение с испарением отработанного воздуха и с испарением наружного воздуха.
В помощь тепловому насосу
С помощью рекуперации тепловые потери из-за вентиляции могут быть существенно восстановлены – можно вновь сделать доступной ту энергию, что уже была извлечена из внешней среды и была передана в здание. Рекуперация тепла больше, чем просто снижение энергопотребления. Поэтому вывод: машина, блок рекуперации тепла в системах вентиляции – это тоже возобновляемый источник энергии, по аналогии с тепловым насосом.
Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі та корисні відео на Youtube-каналі та у TikTok. Долучайтесь!
Переглянуто: 6 671
