Инженерные системы энергоэффективного жилого дома

А. Л. Наумов, вице-президент НП «АВОК»;

И. А. Агафонова; Л. В. Иванихина, ООО «НПО ТЕРМЭК»

Рисунок 1. Экспериментальный энергоэффективный 18-этажный жилой дом на 260 квартир

В 2003 году был сдан в эксплуатацию 18-этажный жилой дом на 260 квартир по Красностуденческому пр., 6 (рис. 1). Проектом предусмотрено комплексное решение, в котором функционально связаны энергосберегающие архитектурно-планировочные решения, эффективные ограждающие конструкции и инженерные системы нового поколения. Научный руководитель концепции – президент НП «АВОК», профессор Ю. А. Табунщиков, архитектурно-планировочные и конструктивные решения – мастерская П. П. Пахомова «Архитекторы – ХХI век», инженерные системы – ООО «НПО ТЕРМЭК».

Важную роль в реализации энергосберегающих решений дома сыграла конструктивная позиция заказчика строительства – Московской сельскохозяйственной академии им. Тимирязева (проректор – профессор Р. Ф. Байбеков) и генподрядчика – ООО «Восход-Бис» (директор Алимов А. Ю.).

В доме оборудована подземная автостоянка на 92 автомобиля. Имеется общественный центр на 1 этаже, оздоровительный комплекс на 17–18 этажах. На пятнадцати жилых этажах размеще1но 260 квартир. В плане дом напоминает П-образную конструкцию, разделенную на 4 секции. Квартиры предусматривают по две туалетные комнаты, встроенные гардеробные, постирочные комнаты. Стены дома представляют собой монолит с эффективным утеплителем, облицованным кирпичом. Окна – в металлопластиковых переплетах с двухкамерными стеклопакетами. Лоджии остеклены сдвижными однослойными рамами, заполненными тонированным стеклом.

Расчетные сопротивления ограждающих конструкций:

- стены – 3,33 м²•°C/Вт;

- окна – 0,61 м²•°C/Вт;

- верхнее покрытие – 4,78 м²•°C/Вт.

Внутренние параметры воздуха для холодного периода года приняты следующими:

- жилые комнаты – 20 °C;

- кухня – 18 °C;

- ванная – 25 °C;

- туалет – 18 °C.

Система отопления

Основные энергосберегающие решения связаны с системами отопления и вентиляции.

Рисунок 2. (подробнее) План горизонтальной поквартирной системы отопления с периметральной разводкой трубопроводов по квартире

В доме запроектирована горизонтальная поквартирная система отопления с периметральной разводкой трубопроводов по квартире (рис. 2). Металлопластиковые трубы с теплоизоляцией в защитной гофре замоноличены в подготовку «черного» пола. Надо отметить, что в конструкции пола и капитальных стен (наружные стены и периметр квартиры) использован эффективный 20-миллиметровый теплозвукоизоляционный материал. В качестве отопительных приборов использованы стальные панельные радиаторы с нижней подводкой теплоносителя (рис. 3). На все здание площадью около 44 тыс. м² в системе отопления всего 4 пары стояков (подающий и обратный) – по числу секций. На каждом этаже в лифтовом холле к стоякам присоединены распределительные коллекторы к квартирам. Коллекторы оборудованы запорной арматурой, балансировочными вентилями и квартирными счетчиками теплоты (рис. 4).

Рисунок 3. В качестве отопительных приборов использованы стальные панельные радиаторы с нижней подводкой теплоносителя

Счетчики размещены в металлических шкафах антивандального исполнения, доступ к которым имеется у жильцов и службы эксплуатации.

Отопительные приборы оборудованы термостатической регулирующей арматурой.

	Рисунки 4,5. Коллекторы оборудованы запорной арматурой, балансировочными вентилями и квартирными счетчиками теплоты

О достоинствах горизонтальных систем поквартирного отопления уже много говорилось. Отметим ее удобство во время монтажа здания. Запуск системы проводился зимой 2002–2003 гг. параллельно с процессом строительства. На первом этапе были закольцованы стояки системы и по ним пущен теплоноситель. Затем по мере устройства окон последовательно этаж за этажом подключались квартирные системы. При этом не имело значения, осуществлялся монтаж с нижних этажей вверх или наоборот. Устройство временного отопления с помощью тепловых «пушек» достаточно было обеспечить в 1–2 квартирах, где производился запуск водяного отопления. Параллельный монтаж здания и системы отопления позволил сократить сроки строительства и отказаться от энергоемкого временного отопления всего дома.

Учетно-биллинговая схема

Дом оборудован индивидуальным тепловым пунктом с домовыми счетчиками тепла и воды (рис. 6).

Рисунок 6. Дом оборудован индивидуальным тепловым пунктом с домовыми счетчиками тепла и воды

Тепловой пункт полностью автоматизирован и управляется с диспетчерского пункта.

На экспериментальном доме планируется реализовать в полном объеме современную учетно-биллинговую схему. Оплата и электроэнергии, и тепла, и воды будет производиться по реальному потреблению ресурсов жителями квартир. Вместе с тем следует отметить, что квартирные счетчики теплоты, строго говоря, не являются коммерческими. Это связано с тем, что в диапазоне малых тепловых нагрузок в переходные периоды года порог чувствительности теплосчетчиков недостаточно высок. Наиболее разумной схемой представляется распределение расходов теплоты по показаниям домового узла коммерческого учета тепла пропорционально замерам квартирных теплосчетчиков. Такой подход минимизирует приборные ошибки, а с другой стороны, сохранит психологический стимул энергосбережения жителями. Возможен вариант двухставочного внутреннего тарифа, когда часть оплаты производится по установленной теплопроизводительности отопительных приборов, а вторая – по показаниям квартирных счетчиков. В этом случае устраняется искушение отапливаться за счет теплопоступлений через внутренние стены от более теплых квартир соседей.

В конечном итоге выбор учетно-биллинговой схемы устанавливается кондоминиумом.

Система вентиляции

Особое внимание в проекте этого дома было уделено вентиляции квартир. В специализированной литературе уже не раз писалось о так называемом синдроме «герметичного здания». С переходом на герметичные окна с металлопластиковыми переплетами и стеклопакетами традиционные системы естественной вентиляции, ориентированные на высокую воздухопроницаемость ограждающих конструкций, оказались неработоспособными. В итоге имело место резкое снижение качества внутреннего воздуха, повышенная влажность, приводившая к образованию грибковой плесени на стенах, перетекание загрязненного воздуха из одной квартиры в другую. Рекомендуемые для современного строительства системы центральной механической вентиляции, устройство приточных и вытяжных саморегулирующих клапанов хотя и помогают решить проблему, но и они не лишены недостатков.

Главные из недостатков – перерасход тепловой энергии и ограничение возможностей индивидуального регулирования воздухообмена.

Анализ работы вентиляции в квартирах с учетом результатов теплоэнергетических мониторингов позволяют сформулировать положения, определяющие основные требования к системам вентиляции современных домов:

1. Вентиляция – один из основных факторов инженерного обеспечения зданий, определяющий комфортность среды обитания и здоровья жителей. По результатам мониторинга жилых домов во Владимире у 80 % жителей отмечены 4–6 заболеваний за отопительный период, связанных с неблагоприятным воздушно-тепловым режимом в квартирах.

2. Расчетный расход тепла на вентиляцию квартир соизмерим, а в ряде случаев превышает трансмиссионные теплопотери современных зданий.

3. Потребность квартир в вентиляции, связанная с режимом их эксплуатации (приготовление пищи, стирка, переменное количество людей в течение суток и др.) характеризуется широким диапазоном необходимого воздухообмена, меняющегося по отдельным помещениям квартиры в течение суток. Минимальный воздухообмен в квартире должен обеспечить удаление из помещений вредностей, выделяемых строительными конструкциями, отделочными материалами, мебелью и т. п. (радон, фенолформальдегиды и др.). Максимальный воздухообмен может быть принят по данным стандарта НП «АВОК» «Организация воздухообмена в квартирах многоэтажного жилого дома». Потребная глубина регулирования воздухообмена в квартире в большинстве случаев находится в диапазоне 10–100 %.

4. Центральные системы естественной, механической вентиляции аэродинамически не устойчивы, что связано как с изменениями погоды, так и с взаимным влиянием регулирования воздухообмена на разных этажах. Практика проектирования центральных систем на расчетные «неблагоприятные» условия приводит к завышению воздухообменов и затруднениям по регулированию систем вентиляции в отдельных квартирах при условиях, отличающихся от расчетных.

5. Организация вентиляции тесно связана, с одной стороны, с защитой квартир от «городского» шума, особенно в застройках вблизи нагруженных транспортных магистралей, с другой стороны – с акустической защитой от шума, генерируемого самими системами механической вентиляции.

В проекте разработана поквартирная регулируемая приточно-вытяжная система механической вентиляции (рис. 7).

Рисунок 7. (подробнее) План поквартирной регулируемой приточно-вытяжной системы механической вентиляции

Компактный приточно-вытяжной агрегат с пластинчатым рекуперативным теплоутилизатором размещен в подшивном потолке «гостевого» туалета рядом с кухней. Забор воздуха осуществляется через отверстие в наружной стене, выходящее на лоджию кухни. Вытяжной воздух забирается из помещения кухни. Тепловой утилизацией охвачено примерно половина удаляемого из квартиры воздуха. Вытяжка из туалетов, ванной комнаты и постирочной не утилизируется.

Удаление воздуха из квартиры осуществляется в вытяжные шахты, выполненные из оцинкованных воздуховодов, через «спутники». В каждом помещении, из которого удаляется загрязненный воздух, кроме кухни, проектом предусматривается установка малошумных вентиляторов с обратным клапаном в форме автоматических жалюзи. Работа вентиляторов может быть сблокирована с выключателем освещения в помещении.

Учитывая, что через утилизатор приточно-вытяжного агрегата проходит в два раза больше приточного воздуха, чем вытяжного, он оборудован дополнительным подогревателем мощностью 2 кВт. Установка оснащена системой автоматики, позволяющей поддерживать постоянство температуры приточного воздуха, имеется также возможность регулировать количество приточного и вытяжного воздуха. Вытяжной воздух от установки удаляется в общую вытяжную шахту.

Приточный воздух выводится в холл квартиры, из которого он может быть разведен в жилые комнаты.

Функционально такая система вентиляции позволяет осуществлять регулирование воздухообмена не только в зависимости от режима эксплуатации квартиры в течение суток, но и по отдельным помещениям квартиры. Анализ вероятных режимов эксплуатации квартир показывает, что среднесуточный воздухообмен может составлять 30–50 % от расчетного. Значительную часть суток объемы приточного и вытяжного воздуха в теплоутилизаторе могут быть сбалансированы, а режим догрева приточного воздуха нагревателем может быть существенно сокращен во времени (рис. 8).

Рисунок 8. Требуемый режим работы вентиляции квартиры

Необходимость использования догрева приточного воздуха возникает при снижении температуры наружного воздуха ниже –5…-8 °C при необходимом воздухообмене более 75 % от расчетного. По нашим оценкам за отопительный сезон тепловая нагрузка на нагреватель не превысит 100–120 кВт•ч.

Можно было бы рассматривать систему вентиляции с утилизацией тепла без догрева приточного воздуха, поскольку приточный воздух поступает в квартиру с температурой значительно выше, чем в традиционных решениях с использованием открывания форточек или приточных клапанов, но, учитывая экспериментальный характер объекта и стремление обеспечить воздушно-тепловой комфорт не только при расчетных условиях, но и при низких температурах наружного воздуха, было принято решение установить догрев приточного воздуха.

Возможно, после проведения теплоэнергетического мониторинга этого дома необходимость догрева отпадет.

Показатели энергоэффективности

В таблице приведены показатели энергоэффективности экспериментального дома по отношению к московским городским строительным нормам 2.01-99. По своим расчетным характеристикам дом позволяет экономить до 30 % тепловой энергии на отопление и вентиляцию, а при реализации регулируемой вентиляции с переменным расходом воздуха и до 40 %. Такая экономия является результатом комплекса энергосберегающих мер, включая архитектурно-планировочные решения, теплозащиту ограждающих конструкций, новые инженерные решения.

Реальные показатели энергоэффективности могут быть получены в результате теплоэнергетического мониторинга, начиная с отопительного сезона 2004–2005 гг.

В настоящее время в квартирах дома ведутся отделочные работы, продолжительность которых, как показывает практика, составляет 6–10 месяцев. Этот период характеризуется повышенной теплопотребностью здания, связаннной как с затратами тепла на высушивание бетонных конструкций здания, так и с мокрыми процессами отделки (штукатурка, шпатлевка и др.). В этот же период необходимо отслеживать попытки жильцов «реконструировать» инженерные системы. За первые полгода официально обратилось примерно 5 % жителей с просьбой внести изменения в проекты системы отопления и вентиляции в связи с заменой типа приборов или их переносом на небольшие расстояния. Однако уже были зафиксированы попытки несанкционированной реконструкции систем, в том числе с отводом теплоносителя и установкой отопительных приборов на лоджиях.

Более подробная оценка качества принятых решений и оценка энергоэффективности будет выполнена по результатам мониторинга предстоящих двух отопительных сезонов.

Тел. (095) 482-3810