Утилизация тепла вентиляционных выбросов — путь к современному энергоэффективному строительству

Следует отметить, что за последнее десятилетие в республике многое сделано в этом направлении, и в настоящее время нормативные требования к удельному уровню теплопотерь сравнимы с аналогичными, принятыми в России, Украине, Германии. Зададим себе вопрос: достаточны ли они для ощутимого снижения энергопотребления в Республике Беларусь? На рис. 1 и 2 представлены графики, иллюстрирующие изменение площади жилого фонда и энергопотребления для различных сценариев развития энергосберегающего строительства. �сходные данные взяты из прогнозных цифр строительства жилья до 2020 г. Расчет энергопотребления жилого фонда выполнялся при следующих предположениях: • ежегодно из-за износа выбывает из эксплуатации 800 тыс. кв. м жилого фонда с уровнем удельных теплопотерь 240 кВт.ч/кв. м в год; • ежегодно до 2020 г. проводится реконструкция 2 млн. кв. м жилого фонда зданий с доведением теплопотерь в этих зданиях до уровня действующих на момент реконструкции нормативов для нового жилья; • ежегодное строительство зданий соответствует прогнозу развития жилищного строительства в республике до 2020 г. В 2020 г., в соответствии с прогнозом развития жилищного строительства, площадь жилого фонда увеличится на 35% по сравнению с 2000 г. При сохранении в новом строительстве нормативных требований к уровню удельных теплопотерь зданий, действующих на настоящий момент и составляющих 90—110 кВт.ч/кв. м в год в зависимости от этажности и конструктивной системы зданий, годовое потребление энергии на отопление увеличится на 2%. При существенном увеличении площади жилого фонда эта цифра кажется вполне приемлемой. Однако достижимы более значительные результаты по снижению уровня энергопотерь при эксплуатации жилья. Рассмотрим иной сценарий развития энергосберегающих технологий. Допустим, начиная с 2005 г. принимаются новые нормативные требования к теплопотерям здания, устанавливающие их уровень на отметке 40 кВт.ч/кв. м в год. Это позволит при том же увеличении жилой площади снизить уровень энергопотребления в жилом фонде на 12,5%. Здесь уместно поставить вопрос: достижим ли и какими средствами такой скачок в снижении уровня теплоснабжения зданий? Будем исходить из следующих предпосылок: • снижение уровня энергопотребления должно достигаться в рамках уже известных и освоенных технических решений; • технические решения, используемые при строительстве и реконструкции зданий по новым нормативным требованиям, не должны существенно увеличить стоимость строительства. Срок их окупаемости за счет снижения потребления энергии не должен превышать разумные пределы — 10–15 лет. Следует вновь обратить внимание на тот факт, что в современных зданиях наибольшая экономия может быть достигнута путем утилизации вентиляционных выбросов из жилых помещений. �менно принудительная приточно-вытяжная вентиляция с рекуперацией тепла воздуха, уходящего из помещений, на наш взгляд, — тот путь, на который выводит логика развития современного строительства. К этому есть несколько причин, которые не могут быть устранены иным путем. Первая. Новые нормативные значения термического сопротивления ограждающих конструкций приводят к распределению уровня теплопотерь, имеющему вид, представленный на диаграмме рисунка 3. Максимальное значение теплопотерь относится к воздухообмену, достигая 50% от общего уровня, т. е. дальнейшие перспективы энергосбережения в зданих связаны, прежде всего, с возвратом тепла, уходящего с теплым воздухом из помещений. Вторая. Переход к утепленным ограждающим конструкциям и окнам нового поколения (с повышенным термическим сопротивлением) обостряет проблему поддержания нормативного воздухообмена в помещениях. Более того, имеются противоречия в требованиях существующих нормативных документов. СниП «Жилые помещения» говорит о необходимости путем свободного воздухообмена поддержания его кратности на уровне 1,2 1/час. В то же время в СНБ «Теплозащита зданий» говорится о минимальной воздухопроницаемости окон. По сути промышленные предприятия Республики Беларусь освоили выпуск окон практически герметичных. При утепленной стене, герметичных оконных конструкциях и герметичной заделке окон в стенную конструкцию не остается неплотностей, которые могли бы поддержать нормативный уровень воздухообмена, остается возможность поддержания необходимого воздухообмена лишь путем открывания окон или форточек. Однако, при этом почти теряется смысл в производстве окон нового поколения и, тем более, освоения окон с еще более высоким термическим сопротивлением. Устройство клапанов или сознательная разгерметизация окон не укладывается в логику развития современных оконных технологий. Не следует забывать, что окно прежде всего обеспечивает инсоляцию помещений. Задачу вентиляции помещений необходимо решать другими, проблемно ориентированными средствами. Третья. Решив все-таки какими-то техническими средствами, будь то клапаны в оконных или в стеновых конструкциях, задачу притока воздуха и сохранив свободный воздухообмен, мы не решаем задачу поддержания его нормативного значения. Уровень воздухообмена будет зависеть от массы причин: • уровня ветровой нагрузки; • высоты расположения квартиры в многоэтажном здании; • открытия окон и степени их уплотнения; • состояние вытяжных вентиляционных шахт. Четвертая. Сохранение свободного воздухообмена не позволяет решить задачу использования внутренних источников тепла и поступающей в помещение солнечной энергии в общей системе энергоснабжения помещений здания. Как правило, избыток тепла, в одной из комнат квартиры, например, на кухне или в комнате на освещенном фасаде, выпускается на улицу путем открывания форточки. Если учесть, что предлагаемая в СНБ «Теплозащита зданий» суммарное значение мощности внутренних источников тепла и поступающей в помещение солнечной энергии равно 21 Вт/м2, этот резерв может играть существенную роль в теплоснабжении. Для сравнения, теплопотери современных зданий панельного типа составляют около 100 кВт.ч/кв. м в год, что составляет в среднем за отопительный сезон около 20 Вт/кв. м, то есть полная 100% утилизация тепла внутренних источников и солнечной энергии позволила бы компенсировать теплопотери здания и обойтись без системы отопления. В то же время трудно найти хотя бы одну убедительную причину, не позволяющую перейти уже сегодня к механической вентиляции помещений. Можно ли решить проблему воздухообмена в два этапа: в начале перейдя к системе механической вентиляции, позволяющей решить задачу контролируемого нормативного воздухообмена, и на втором этапе — переход к системам с рекуперацией тепла, уходящего из помещений воздуха? Целесообразность такого подхода сомнительна. Две эти системы имеют значительное количество повторяющихся элементов: • приточный и вытяжной вентиляторы; • фильтры для очистки приточного и уходящего воздуха; • распределительные воздуховоды; • систему управления режимами воздухообмена. Для перехода от одной системы ко второй необходим только один элемент — рекуператор-теплообменник, обеспечивающий возврат тепла уходящего из помещений воздуха, т. е. не имеет смысла, прыгнув к принципиально новой системе воздухообмена, зависнуть в воздухе, остановившись на полпути. Существенным фактором, затрудняющим решение вопроса, является экономический фактор, т.е. необходимость затрат на дополнительную инженерную систему. Влияние этого фактора можно уменьшить, перейдя одновременно с системой приточно-вытяжной вентиляции к воздушному отоплению жилых зданий. Переход к проектированию и строительству зданий с приточно-вытяжной вентиляционной системой с рекуперацией тепла уходящего из помещений воздуха позволяет выйти на новый уровень энергоэффективности жилых зданий. В представленной ниже таблице приведены результаты расчетов, учитывающие поступление солнечной энергии через окна с различным термическим сопротивлением и мощность внутренних источников тепла в помещениях здания, которые позволяют найти комплекс условий, обеспечивающих уменьшение длительности отопительного периода в жилых зданиях или вовсе решить проблему строительства здания без системы отопления для условий Республики Беларусь (рис. 1). Рассмотрены два варианта реализации систем с приточно-вытяжной вентиляционной системой с рекуперацией тепла уходящего из помещений воздуха: с эффективностью возврата тепла 60% и 80%. В каждой клетке таблицы указано необходимое термическое сопротивление ограждающих конструкций, позволяющее компенсировать теплопотери в помещениях за счет внутренних источников тепла и солнечной энергии, поступающей в помещения через окна. При этом термическое сопротивление ограждающих конструкций выбирается в соответствии со свойствами используемых окон и коэффициентом эффективности системы рекуперации тепла уходящего из помещений воздуха? Для систем с возможностью рекуперации тепла при коэффициенте возврата тепла уходящего воздуха 60—80% реально уменьшение длительности отопительного сезона от 3 месяцев (для существующего стандарта окон R=0,6 кв. м°C/Вт) до обеспечения существования здания без отопления весь отопительный сезон (для окон типа R>1,34 кв. м°C/Вт). При этом переход к окнам с термическим сопротивлением 1,3—1,5 кв. м град/Вт позволяет решить эту проблему для значений сопротивления теплопередаче стен, которые ненамного превышают значения нормативных сопротивлений теплопередаче. Таким образом, перспективы дальнейшего повышения энергоэффективности зданий связаны, прежде всего, с внедрением систем приточно-вытяжной вентиляции с рекуперацией тепла уходящего из помещений воздуха. Объединение такой системы с системой воздушного отопления позволит упростить систему энергоснабжения зданий и решить проблему индивидуального учета потребления тепла для целей отопления. Например, в институте Н�ПТ�С выполнен ряд научно-исследовательских работ, доказывающих реальность строительства жилых зданий с современным инженерным оборудованием, включая системы принудительной приточно-вытяжной вентиляции. Выполнена разработка компактного блока приточно-вытяжной вентиляции с рекуператором тепла уходящего воздуха и блоком подогрева, испытана оконная конструкция с термическим сопротивлением более 1 кв. м град/Вт. Другими словами — создана теоретическая и техническая база строительства зданий нового энергетического стандарта с потреблением тепла для целей отопления менее 30 кВт.ч/кв. м в год.