Поквартирная система вентиляции с утилизаторами теплоты

Пилотный проект жилого дома

С. Ф. Серов, ООО «МИКТЕРМ», otvet@abok.ru

А. Ю. Милованов, ООО «НПО ТЕРМЭК»

Федеральный закон № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» предусматривает значительное снижение энергопотребления системами отопления и вентиляции жилых зданий.

Проектом приказа Министерства регионального развития Российской Федерации [1] планируется ввести нормируемые уровни удельного годового расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию. В качестве базового уровня энергопотребления вводятся показатели, соответствующие проектам зданий, выполненным по нормативам 2008 года до ввода в действие федерального закона.

Так, постановлением Правительства Москвы № 900-ПП [1] удельное потребление энергии на отопление, горячее водоснабжение, освещение и эксплуатацию общедомового инженерного оборудования в многоквартирных жилых домах установлено с 1 октября 2010 года на уровне 160 кВт·ч/м²·год, с 1 января 2016 года запланировано снизить показатель до 130 кВт·ч/м²·год, а с 1 января 2020 года – до 86 кВт·ч/м²·год. На долю отопления и вентиляции в показателях 2010 года приходится примерно 25–30%, или 40–50 кВт·ч/м²·год. На 1 июля 2010 года норматив в Москве составлял 215 кВт·ч/м²·год, из которых на отопление и вентиляцию приходилось 90–95 кВт·ч/м²·год.

Повышение энергоэффективности зданий может быть достигнуто за счет повышения уровня теплозащиты оболочки здания [2] и совершенствования систем отопления и вентиляции.

В базовых показателях распределение расходов тепловой энергии в типовой многоэтажной застройке осуществляется примерно поровну между трансмиссионными теплопотерями (50–55%) и вентиляцией (45–50%).

Примерное распределение годового теплового баланса на отопление и вентиляцию:

• трансмиссионные теплопотери – 63–65 кВт·ч/м²·год;
• нагрев вентиляционного воздуха – 58–60 кВт·ч/м²·год;
• внутренние тепловыделения и инсоляция – 25–30 кВт·ч/м²·год.

Можно ли только за счет повышения уровня теплозащиты ограждений здания добиться достижения нормативов?

С введением требований энергоэффективности правительство Москвы предписывает увеличение сопротивления теплопередаче ограждений здания к уровню 1 октября 2010 года для стен с 3,5 до 4,0 град·м²/Вт, для окон с 1,8 до 1,0 град·м²/Вт. С учетом этих требований трансмиссионные теплопотери понизятся до 50–55 кВт·ч/м²·год, а общий показатель энергоэффективности – до 80–85 кВт·ч/м²·год.

Эти показатели удельного теплопотребления выше минимальных требований. Следовательно, только теплозащитой проблема энергоэффективности жилых зданий не решается. К тому же отношение специалистов к значительному повышению требований к сопротивлению теплопередаче ограждающих конструкций неоднозначное [3, 4].

Надо отметить, что в практику массового строительства жилых зданий вошли современные системы отопления с использованием комнатных термостатов, балансировочных клапанов и погодозависимой автоматики тепловых пунктов.

Сложнее обстоят дела с системами вентиляции. До настоящего времени в массовом строительстве используются естественные системы вентиляции. Применение стеновых и оконных саморегулирующих приточных клапанов является средством ограничения сверхнормативного воздухообмена и кардинально не решает проблему энергосбережения.

В мировой практике широко используются системы механической вентиляции с утилизацией теплоты вытяжного воздуха. Энергетическая эффективность утилизаторов теплоты составляет до 65% для пластинчатых теплообменников и до 85% для роторных.

При использовании этих систем в условиях Москвы снижение годового теплопотребления на отопление и вентиляцию к базовому уровню может составить 38–50 кВт·ч/м²·год, что позволяет снизить общий удельный показатель теплопотребления до 50–60 кВт·ч/м²·год без изменения базового уровня теплозащиты ограждений и обеспечить 40%-ное снижение энергоемкости систем отопления и вентиляции, предусмотренное с 2020 года.

Проблема состоит в экономической эффективности механических систем вентиляции с утилизаторами теплоты вытяжного воздуха и необходимости их квалифицированного обслуживания. Импортные квартирные установки достаточно дороги, и их себестоимость в монтаже под ключ обходится в 60–80 тыс. руб. на одну квартиру. При действующих тарифах на электроэнергию и стоимости обслуживания они окупаются за 15–20 лет, что является серьезным препятствием для их применения в массовом строительстве доступного жилья. Приемлемой стоимостью установки для жилья эконом-класса следует признать 20–25 тыс. руб.

Квартирные системы вентиляции с пластинчатым теплоутилизатором

В рамках федеральной целевой программы Минобрнауки РФ ООО «МИКТЕРМ» провело исследования и разработало лабораторный образец энергосберегающей квартирной системы вентиляции (ЭСВ) с пластинчатым теплоутилизатором. Образец разработан как бюджетный вариант установки для жилых зданий эконом-класса.

При создании бюджетной квартирной установки, удовлетворяющей санитарным нормам, были приняты следующие технические решения, позволившие снизить стоимость ЭСВ:

• теплообменник изготовлен из пластин сотового поликарбоната;
• исключен электроподогреватель N = 500 Вт;
• за счет низкого аэродинамического сопротивления теплообменника расход энергии составляет 46 Вт;
• использована простая автоматика, обеспечивающая надежную работу установки.

Калькуляция стоимости разработанной ЭСВ приведена в таблице.

В отличие от импортных аналогов, в установке не используются электрические нагреватели ни для защиты от обмерзания, ни для догрева воздуха. Установка на испытаниях показала энергетическую эффективность не менее 65%.

Защита от обмерзания решена следующим образом. При обмерзании теплообменника происходит повышение аэродинамического сопротивления вытяжного тракта, которое регистрируется датчиком давления, дающим команду на кратковременное снижение расхода приточного воздуха до восстановления нормального давления.

На рис. 1 показан график изменения температуры приточного воздуха в зависимости от температуры наружного воздуха при разных расходах приточного воздуха. Расход вытяжного воздуха при этом постоянный и равен 150 м³/ч.

Рисунок 1. График зависимости температуры приточного воздуха после утилизатора tпр от наружной температуры tн

Пилотный проект энергоэффективного жилого дома

На базе квартирной установки с теплоутилизатором был разработан пилотный проект энергоэффективного жилого дома в Северном Измайлово в Москве. Проектом предусмотрены технические требования для квартирных установок приточно-вытяжной вентиляции с утилизаторами тепла. Для инновационной установки приведены характеристики ООО «МИКТЕРМ».

Установки предназначены для энергоэффективной сбалансированной вентиляции и создания комфортного климата в жилых помещениях до 120 м². Предусмотрена поквартирная вентиляция с механическим побуждением и утилизацией тепла вытяжного воздуха для нагрева приточного. Приточно-вытяжные агрегаты устанавливаются автономно в коридорах квартир и оснащаются фильтрами, пластинчатым теплообменником и вентиляторами. В состав комплектации установки входят средства автоматизации и пульт управления, позволяющий регулировать воздухопроизводительность установки.

Проходя через вентиляционную установку с пластинчатым утилизатором, вытяжной воздух нагревает приточный до температуры t = +4,0 ˚С (при наружной температуре воздуха t = –28 ˚С). Компенсация дефицита тепла на нагрев приточного воздуха осуществляется нагревательными приборами отопления.

Забор наружного воздуха осуществляется с лоджии данной квартиры, вытяжка, объединенная в пределах одной квартиры из ванн, санузлов и кухонь, после утилизатора выводится в выбросной канал через спутник и выбрасывается в пределах технического этажа. При необходимости отвод конденсата от теплоутилизатора предусматривается в канализационный стояк, оборудованный капельной воронкой HL 21 с запахозапирающим устройством. Стояк расположен в помещении санузлов.

Регулирование расхода приточного и вытяжного воздуха осуществляется посредством одного пульта управления. Агрегат может быть переключен с обычного режима работы с утилизацией тепла на летний режим без утилизации. Переключение осуществляется с помощью заслонки, размещенной в теплоутилизаторе. Вентиляция технического этажа осуществляется через дефлекторы. По результатам испытаний, эффективность применения установки с теплоутилизатором может достигать 67%.

Расчетный расход тепла на подогрев приточного воздуха на одну квартиру при применении прямоточной вентиляции составляет:
Q = L·C·γ·∆t, Q = 110 × 1,2 × 0,24 × 1,163 × (20 – (–28)) = 1800 Вт.
При применении пластинчатого теплоутилизатора расход тепла на догрев приточного воздуха
Q = 110 × 1,2 × 0,24 × × 1,163 × (20 – 4) = 590 Вт.
Экономия тепла на одну квартиру при расчетной наружной температуре составляет 1210 Вт. Всего экономия тепла по дому составляет
1210 × 153 = 185130 Вт.

Объем приточного воздуха принят для возмещения вытяжки из помещений санузла, ванны, кухни. Не предусмотрен вытяжной канал для подключения кухонного оборудования (вытяжной зонт от плиты работает на рециркуляцию). Приток разведен через звукопоглощающие воздуховоды по жилым комнатам. Предусмотрена зашивка вентиляционной установки в поквартирных коридорах строительной конструкцией с лючками для обслуживания и вытяжного воздуховода от вентиляционной установки до вытяжной шахты. На складе службы эксплуатации предусмотрены четыре резервных вентилятора. На рис. 2 представлена принципиальная схема вентиляции многоквартирного жилого дома, а на рис. 3 – план типового этажа с размещением вентиляционных установок.

Рисунок 2 (подробнее) Принципиальная схема системы вентиляции

Рисунок 3 (подробнее) Размещение вентиляционных установок на плане этажа

Дополнительные затраты на устройство поквартирной вентиляции с утилизацией теплоты вытяжного воздуха на весь дом оцениваются в 3 млн руб. Годовая экономия теплоты составит 19800 кВт·ч. С учетом изменения существующих тарифов на тепловую энергию простой срок окупаемости составит около 8 лет.

Литература

1. Постановление Правительства Москвы № 900-ПП от 5 октября 2010 года «О повышении энергетической эффективности жилых, социальных и общественно-деловых зданий в г. Москве и внесении изменений в постановление Правительства Москвы от 9 июня 2009 года № 536-ПП».
2. Ливчак В.И. Повышение энергетической эффективности зданий // Энергосбережение.– 2012.– № 6.
3. Гагарин В.Г. Макроэкономические аспекты обоснования энергосберегающих мероприятий при повышении теплозащиты ограждающих конструкций зданий // Строительные материалы.– 2010.– Март.
4. Гагарин В.Г., Козлов В.В. О нормировании теплопотерь через оболочку здания // Архитектура и строительство.– 2010.– № 3.