Перспективы использования энергосберегающих технологий в системах вентиляции жилых домов

Сообщение, сделанное заместителем директора УП "Институт НИПТИС" по науке Леонидом Данилевским на семинаре "Современные эффективные технологии, материалы, изделия и инженерное оборудование, применяемые при ремонте, реконструкции и тепловой модернизации жилищного фонда" в рамках выставки "Стройинвест-2004".

Представляется, и небезосновательно, что наиболее эффективно экономить энергию удается на конечном этапе ее прохождения к пользователю, то есть там, куда она должна поступать. В данном случае — собственно в жилых зданиях.
В этом отношении в 90-е годы сделано очень много. В частности, те здания, которые в настоящее время возводятся в Беларуси, по своему уровню теплопотерь (и, соответственно, отопления) являются примерно в 1,5-2 раза более экономными, чем здания предыдущего поколения, которые строились по старым нормативам. На сегодняшний день существуют еще очень большие перспективы снижения этих теплопотерь.
Уровень энергопотребления зданий старого жилфонда составляет примерно 160-200 кВт/м2 в год. Уровень расчетных теплопотерь зданий, строящихся сегодня, составляет примерно 90-110 кВт/м2 в год (в зависимости от этажности и конструктивного исполнения зданий). Сегодня дальнейшие перспективы снижения энергопотребления зданий зависят в первую очередь от снижения теплопотерь вентиляционных выбросов. Дело в том, что в настоящий момент распределение теплопотерь таково, что с вентвыбросами здание теряет около 50% энергии, необходимой для его отопления.
Что касается использования альтернативных источников энергии, то данный путь требует достаточно больших капиталовложений и изменения существующих технологий. Фактически единица энергии, произведенной с помощью любого из этих источников, сегодня обойдется гораздо дороже таковой, производимой традиционными методами.
Заметно, что стоимость сэкономленного с помощью оптимизации вентилирования зданий, а также их теплоизолирования киловатта энергии вполне сравнима со стоимостью произведенного киловатта энергии. Соответственно окупаемость экономии такого рода может быть достигнута в течение 10 лет, что представляется выгодным как для потребителя, так и для государства.

Сегодня следует обратить пристальное внимание на изменение вентсистем зданий. Дело в том, что сегодняшняя (свободная) система вентилирования имеет ряд системных недостатков. Имеется в виду, что эти недостатки невозможно устранить в рамках действующей свободной системы вентиляции. Речь идет о традиционной системе вентиляции, включающей только одну вентшахту для вытяжки. При этом приток не является организованным — он получается таким, как получается, и зависит от степени уплотнения оконных и дверных обрамлений, а также от степени уплотнения ограждающих конструкций здания в целом.
Существующие (свободные) вентсистемы обладают рядом недостатков. Во-первых, они не выполняют своей функции, то есть не обеспечивают того нормативного воздухообмена, который требуется для нормального функционирования здания. То есть кратность воздухообмена должна составлять 1,2 на жилую площадь здания. (3 м3 воздуха на 1 м2 жилплощади здания в час.) Существующие системы не обеспечивают данной степени воздухообмена. Во-вторых, воздухообмен здания со свободной вентиляцией зависит от очень большого количества факторов, которые невозможно учесть.
Что это за факторы? Во-первых, это этаж, на котором находится помещение. Во-вторых, характер и величина ветровой нагрузки на помещение. В-третьих, качество внутренней поверхности и чистоты вентканалов, которые по мере эксплуатации существенно зарастают, что, понятно, ухудшает вентиляцию. В-четвертых, степень герметизации здания.

В итоге получается вот что. Отечественная промышленность освоила производство окон с повышенными герметичностью и качеством сопротивления теплопередаче. Однако каждое такое окно приходится открывать каждый час для того, чтобы обеспечить нормативный воздухообмен, каковой при закрытых окнах никак не может быть обеспечен. Частично решает эту проблему установка клапанов в окнах. Однако в силу того, что все перечисленные минусы имеют системный характер, данное решение все же не поможет в плане общего подхода.
Например, возможно так называемое обращение вентиляции на восьмом этаже (в этом случае воздух из вентшахты уходит в окна). Кроме того, при достаточно низких минусовых температурах (например, -25°С) повышается уровень воздухообмена здания, хотя с точки зрения потерь энергии более желательным был бы обратный процесс.
Поэтому очевидной является необходимость перехода к приточно-вытяжным вентсистемам с механическим побуждением. При этом система должна быть полностью контролируемой и управляемой. Это позволит обеспечить нормативный уровень воздухообмена. Более того, само внедрение управляемой системы позволит экономить энергию. К примеру, хозяева покидают жилище и устанавливают систему на минимальную производительность. Возвращаясь же, приводят ее в соответствие с требуемыми параметрами комфорта. Уже на этом уровне возможно достижение определенной степени экономии энергии.
Но вот в чем дело. Установив систему приточно-вытяжной вентиляции с механическим побуждением, остается сделать еще один шаг до получения максимальной экономии энергии. То есть, установив в рамках данной системы блок рекуперации тепла уходящего воздуха, мы замыкаем эту систему и обеспечиваем как качество вентиляции, так и максимальную экономию энергии.
Системы такого рода существуют на Западе. В институте же НИПТИС ведутся работы в области внедрения подобных систем. В настоящее время системы рекуперации достаточно развиты. Существуют рекуператоры с КПД до 95%. Это означает вероятность экономии 45% тепла за счет внедрения вышеописанной приточно-вытяжной вентсистемы.

При этом сразу выявляется ряд дополнительных преимуществ. Система рекуперации представляет собой дополнительную систему энергоснабжения здания. Дело в том, что в здании имеются локальные источники тепла, которое утилизируется непосредственно в том помещении, где оно выделяется (например, кухня). Данная же система осуществляет подачу всего выделяемого в помещении тепла (вместе с отработанным воздухом) на рекуператор. Итоговое же тепло распределяется по всей квартире. То есть по грамотному расчету к тому теплу, которое экономится благодаря утилизации вентвыбросов, следует прибавлять увеличение коэффициента использования внутренних источников тепла.
Так, если годовые теплопотери здания составляют примерно 100 кВтч/м2, то на отопительный сезон может приходиться такая мощность источника потерь, как 21 Вт/м2. Такой же энергообъем, характеризующий внутренние источники тепла (плюс солнечная энергия), нормируют соответствующие СНБ. Получается, что, если бы можно было соблюсти подобный баланс для всех зданий, которые сегодня возводятся, их попросту не нужно было бы отапливать. Фактически же такого выделения (21 Вт/м2) в жилищах не наблюдается. Наблюдения сегодняшнего дня позволяют руководствоваться цифрой 10 Вт/м2. То есть фактически есть возможность компенсации половины энергии, затрачиваемой на отопление зданий. А за какое примерно время может окупиться установленная в здании система приточно-вытяжной вентиляции с рекуперацией тепла уходящего воздуха? Специалисты НИПТИС уверены: таковой срок составляет примерно 15 лет.

Однако возможен еще один шаг вперед. Дело в том, что весьма заманчиво совместить вышеописанную систему при ее устройстве с системой воздушного отопления здания — с тем, чтобы существовала единая система, обеспечивающая и энергоснабжение здания, и его вентилирование. Когда отпадает необходимость в использовании системы водяного отопления, появляется возможность определенной экономии по стоимости. В свою очередь, система воздушного отопления предъявляет определенные требования и к утеплению оболочки здания.
В данной системе существует ограничение: температура воздуха как теплоносителя не может быть ниже +45°С. И для зданий старого жилфонда для того, чтобы компенсировать теплопотери, кратность воздухообмена должна примерно в 4-5 раз превышать таковую, необходимую для дыхания. И получалось, что такая система оказывалась весьма энергозатратной для зданий старого жилфонда, во-вторых, следует выдерживать оптимальную влажность воздуха (повышенная чревата появлением микроорганизмов, пониженная — электризацией и пересушиванием внутреннего воздуха и запыливанием интерьера).
Поэтому, если кратность воздухообмена здания будет совпадать с кратностью, необходимой для компенсации теплопотерь в системе воздушного отопления, то получается гармоничное сочетание систем воздушного отопления и вентиляции. В данном случае возможна экономия на системе отопления здания. Кроме того, уровень теплопотерь такого здания можно снизить до 20 кВт/м2 в год (то есть впятеро против существующего уровня теплопотерь).
Такое здание должно рассматриваться как единая энергосистема, в которой не следует рассматривать элементы (например, наружные ограждения и заполнение проемов) в отрыве от всего комплекса составляющих. Значит, и система утепления должна проектироваться с учетом параметров воздушного отопления. Срок окупаемости такого здания, 80% энергии, необходимой для нормальной эксплуатации которого может быть сэкономлено, составляет 8-10 лет (это приемлемая величина срока окупаемости).

Специалистами НИПТИС рассмотрены варианты устройства таких систем для 90-й, 111-й и 464-й серий КПД, которые сегодня выпускает МАПИД. Рассмотрены проекты как индивидуальных, так и многоэтажных зданий, оснащенных системами, о которых идет речь. В настоящее время ведутся переговоры с несколькими организациями о строительстве многоэтажного экспериментального дома в Минске. Можно надеяться, что в течение 2004 г. будет завершена работа над проектом, на возведение же объекта потребуется год-два.
На Западе строительство подобных объектов ведется достаточно активными темпами, и сегодня в Западной Европе существует уже несколько тысяч домов, проекты которых предусматривают минимизацию теплопотерь. Опыт эксплуатации этих зданий показал, что их теплопотери находятся на расчетном уровне. Сангигиенические условия вполне удовлетворительны (претензий от жильцов не поступает). В пользу же надежности систем, сочетающих функции вентиляции и отопления, говорит то, что они без сбоев работают уже более 10 лет.
В настоящее время разработанный специалистами НИПТИС блок приточно-вытяжной вентиляции с рекуперацией тепла находится в опытной эксплуатации на МАПИД. Неплохо зарекомендовавший себя агрегат снабжен системой управления с возможностью управления режимами как по теплоснабжению, так и по воздухообмену. Предусмотрена и автоматизация поддержания режимов.

Кроме того, в институте разработано (как еще один из необходимых элементов энергоэффективного здания) окно с сопротивлением теплопередаче, составляющим 1,1 (то есть с точки зрения минимизации теплопотерь вдвое лучше существующего). Сегодня стоит задача развертывания выпуска таких окон на предприятии "Барановичидрев". Можно ожидать, что уже в 2005 г. будет налажен выпуск этих изделий. Дополнительные затраты на внедрение системы составляют, по подсчетам специалистов НИПТИС, $8-15 на 1 м2 жилой площади — в зависимости от того, поквартирная или централизованная (один стояк обслуживается одной системой) система внедряется.

Подготовил Сергей ЗОЛОТОВ