Впровадження концепції будівлі з майже нульовим споживанням енергії викликало інтерес, опір і сподівання. Що далі? Зниження енергоємності будівель - це тенденція, яку можна спостерігати в розвитку будівництва з 1980-х років. У різні часи, головним чином у зв'язку зі зміною цін на енергоносії, це виділяється і згодом придушується, але загалом це тривалий і більш-менш безперервний процес.

енергії

На початку цього тисячоліття були проведені поглиблені аналізи використання енергії в будівлях, в результаті чого було виражено 40% загального споживання енергії в будівлях у Європі [3]. Ця величина також перевищує частку споживаної енергії на транспорті чи в промисловості (рис. 1).

Фіг. 1 Розвиток споживання енергії в країнах МЕА в Європі з 1972 по 2008 рік [5]

Енергетика та будівлі

Будинки створюють штучне внутрішнє середовище та захищають користувачів від зовнішнього середовища. Ця основна функція - створення внутрішнього середовища - забезпечується огородженням будівлі та технічним обладнанням, які регулюють параметри внутрішнього середовища відповідно до вимог користувача. Однак для зміни параметрів внутрішнього середовища потрібні різні форми енергії, найчастіше теплова енергія. У наших кліматичних умовах це в основному системи опалення, охолодження або вентиляції, обробка вологості та фільтрація повітря або штучне освітлення. Частка окремих компонентів споживання енергії у створенні внутрішнього середовища змінюється як залежно від призначення будівлі (наприклад, басейн проти сімейного будинку), так і з часом, оскільки вимоги до якості огороджувальних конструкцій будівель змінюються - Приклад збільшився в 5 разів за останні 20 років. Ще одне значне споживання енергії в будівлях пов’язане з приготуванням гарячої води для покриття потреб людини в гігієні. Це значення не демонструє суттєвих змін у довгостроковій перспективі, але незначно зростає у зв'язку зі збільшенням вимог до комфорту.

Енергетичні показники будівель

Директива [3] визначає вимоги до загальної загальної структури для розрахунку енергетичних показників будівель та їх компонентів. Відповідно до [3], енергетичні характеристики будівлі означають "розрахований або виміряний обсяг енергії, необхідної для покриття енергетичних потреб, пов'язаних із типовим використанням будівлі, що включає, серед іншого, енергію, що використовується для опалення, охолодження, вентиляції, гарячого вода та освітлення. "у визначенні окремо не вказується енергія, необхідна для регулювання вологості в системах кондиціонування, цей елемент - який не є незначним у будівлях з кондиціонером - повинен враховуватися при розрахунках. Термін "кількість енергії" відноситься до періоду в один рік і може бути виражений на декількох рівнях (рисунок 2).

Фіг. 2 Енергоефективність будівель (ВДЕ - відновлювані джерела енергії, ВДЕ - невідновлювані джерела енергії, ЦТ/СН - централізоване постачання тепла/холоду)

Будинки з майже нульовим споживанням енергії

Однією з вимог директиви про енергоефективність будівель немає. 2010/31/ЄС [3] полягає в тому, що до 31 грудня 2020 року всі нові будинки повинні бути "майже нульовими енергетичними будівлями" - новими будівлями, що використовуються та перебувають у власності державних органів після 31 грудня 2018 року. Для цілей цієї Директиви означає майже нульова енергія будівлі означає будівлю, енергетична ефективність якої визначається відповідно до методу, викладеного в цій Директиві, дуже низька. Майже нульове або низьке споживання необхідної енергії повинно бути покрито значною мірою за рахунок відновлюваних джерел, включаючи відновлювану енергію, що виробляється на майданчику або навколо нього. Ця дуже амбіційна мета досягається на основі національних планів окремих держав-членів, де визначено, як це буде зроблено та які будівлі будуть звільнені від цієї вимоги.

Знову акцент робиться на економічній ефективності заходів, що ведуть до впровадження цих будівель. З технічної точки зору, у розробників цього тексту існує велика кількість невизначеності чи намірів, які у визначенні використовують "м'які" терміни, такі як "дуже низький", "значний діапазон" або "в або навколо місця ". Для кінцевого споживача буде неприємною знахідкою, що термін technicus "майже нульова енергія будівлі" не відображає фактичне споживання енергії, а лише той факт, що споруда буде мати нижче споживання, ніж інші в своїй категорії, і значна частина цього буде повинні покриватися відновлюваними джерелами енергії. Крім того, термін енергоспоживання відноситься до первинної енергії, яка є енергією первинних джерел, які не зазнали жодного процесу перетворення (наприклад, вугілля, газ, атомна енергія, деревина, сонячна енергія).

Фіг. 4 Електрохроматичне вікно (Фото: автор)

Технічні заходи, спрямовані на будівлі з майже нульовим споживанням енергії

Технічний прогрес у галузі нових матеріалів та технологій для будівель призводить до зменшення експлуатаційного енергоспоживання будівель. Треба сказати, що поштовхом для розвитку цих технологій та матеріалів є соціальний тиск. Звичайно, розглядаючи питання енергоефективності, виникають також такі питання, як: «Скільки енергії мені потрібно для виробництва певного енергозберігаючого матеріалу або системи?» Ці питання не розглядаються чинною директивою про енергоефективність будівель на рівня закону, але розробляються такі методи та процедури, як такі. беруть до уваги факти. Типовим прикладом є загальне обговорення фотоелектричних елементів, в якому їх опоненти вказують на об'єктивно необгрунтовану ідею про те, що виробництво фотоелектричних елементів споживає більше енергії, ніж клітина виробляє протягом свого життя. З цією метою слід продемонструвати, що сучасний рівень картографування всіх технологічних процесів виробництва будівельних матеріалів та елементів систем будівельних систем не дозволяє об’єктивно обробляти ці оцінки, і тому ці методи комплексної оцінки знаходяться в стадії розробки та ще не є загальноприйнятими на практиці.

Міський вид

Тиск у суспільстві на використання відновлюваних джерел енергії, які не завжди постачають енергію, коли це необхідно, неминуче призводить до ідей щодо подолання нерівномірного постачання та споживання енергії в електромережі. Прикладами можуть бути відомі медіа проблеми із перевиробництвом електроенергії від вітрових електростанцій або надлишками теплової енергії в сонячних системах влітку. У галузі електроенергетики ця проблема вирішується на рівні розподільчих систем шляхом передачі енергії до мереж, де вона може бути використана. У галузі теплової енергії це вирішується локальним накопиченням тепла в резервуарах та утилізацією надлишкової енергії. В даний час системи зберігання теплової енергії в більшості випадків засновані на принципі накопичення енергії у воді в резервуарах. Вимірювання та розрахунки ефективності цього накопичувача тепла показують, що теплові втрати цих накопичувальних резервуарів складають близько десятків відсотків, і тому існує великий потенціал для економії. Ідеєю, що розвивається, є взаємозв’язок джерел енергії через мережі (теплові та електричні), що дозволить використовувати надлишок енергії в іншій частині мережі.

Конверт будівлі

Фіг. 5 Когенераційна установка біогазової установки (Фото: автор)

Опалення будівель

Однак при виборі та проектуванні технічного рішення для системи опалення будинків з низьким споживанням енергії часто трапляється ситуація, коли впровадження добре регульованої системи опалення є економічно незворотним через низьку продуктивність системи. Слід мати на увазі, що недостатньо відрегульована система опалення може призвести до того, що споживання тепла на опалення перевищує потребу, а інвестиції в якісний конверт будуть зірвані. У той же час очевидний вплив опалювального приладу на якість внутрішнього середовища будівель, про що не можна забувати, щоб задовольнити вимоги щодо теплового комфорту. У галузі джерел тепла існує значний тиск на використання відновлюваних джерел енергії, в наших умовах це головним чином сонячна енергія, екологічна енергія та біомаса. Очікується розвиток технічних рішень щодо підвищення ефективності використання сонячних колекторів, коефіцієнта нагрівання теплових насосів та будівництва нових джерел для використання біомаси. Тема централізації або децентралізації джерел та комбінованого виробництва тепла та електроенергії є і буде також обговорюваною темою.

Охолодження будівель

Фіг. 6 Приклад річного курсу потужності опалення та охолодження в сучасній офісній будівлі; на малюнку видно переважання необхідної потужності охолодження над опаленням (Джерело: автор)

Іншим способом зменшення енергоспоживання для охолодження є використання адаптивної моделі теплового комфорту, яка дозволить збільшити внутрішню температуру в критичні дні і, таким чином, зменшити необхідну охолоджувальну здатність. Використання цієї моделі теплового комфорту, звичайно, відбувається за згодою користувача, який повинен знати, що температура в приміщенні буде вищою під час екстремальних зовнішніх умов. Зниження внутрішньої температури в будинках з періодичною роботою, де перепади температур не шкодять внутрішньому обладнанню, є історично відомим методом нічного попереднього охолодження. Цей метод заснований на принципі, що температура зовнішнього повітря падає вночі, і якщо ми використовуємо більш холодне нічне повітря для інтенсивної вентиляції будівлі та охолодження масивних конструкцій, ми можемо використовувати такі попередньо охолоджені конструкції протягом наступного дня протягом повільніше підвищення температури в будівлі.

Нічне попереднє охолодження застосовується в будинках, де протягом дня допускаються коливання температури. Застосувавши заходи до огороджувальної конструкції будівлі та оптимізувавши внутрішні джерела теплового навантаження, в деяких будинках необхідно все-таки усунути теплове навантаження, іншими словами: охолодити будівлю. Для цього можуть бути використані традиційні активні системи, що використовують вентиляційні установки або інтегровані системи у вигляді охолоджувальних стель або балок. Усі ці системи потребують джерела холоду, яким може бути звичайний компресорний чилер або, у разі високотемпературного охолодження (що працює при температурі від 18 до 20 ° C), та поновлюваних джерел холоду, колодязна вода або енергетичний пілот. Абсорбційні програми охолодження з'являються у зв'язку з використанням відпрацьованого тепла або тепла від відновлюваних джерел.

Вентиляція

Фіг. 7 Подача повітря в приміщення під час примусової вентиляції сімейного будинку (Фото: автор)

Підготовка гарячої води

У галузі очищення гарячої води зменшення потреби є основною проблемою через збільшення гігієнічних вимог, і тому розробка зосереджена на зменшенні експлуатаційних втрат та оптимізації джерел енергії з використанням відновлюваних джерел, особливо сонячної енергії. Ще однією областю можливої ​​економії енергії для приготування гарячої води є використання рекуперації тепла зі стічних вод.

Висновок

Тенденція зниження енергоємності будівель - це процес, який працює в наших умовах тривалий час і природно в результаті зусиль з оптимізації інвестиційних та експлуатаційних витрат будівель. В даний час такі терміни, як низькоенергетичний та пасивний будинок, широко використовуються у професійній громадськості, і ці будівлі впроваджуються. Впровадження концепції будівлі з майже нульовим споживанням енергії викликало інтерес, опір та очікування експертів та широкої громадськості. На жаль, лінгвістичне значення цього терміна породжує очікування кінцевих споживачів, які, зберігаючи поточне визначення, в більшості випадків не будуть виконані.

Зберігаючи поточну тенденцію розвитку, можна очікувати, що будівля з майже нульовим споживанням енергії матиме кращу теплоізольовану оболонку, складну систему затінення вікон, добре контрольоване опалення, контрольовану вентиляцію та освітлення та, принаймні частково, забезпечить поновлюваними джерелами енергії ніж сьогоднішня звичайна будівля. Концептуальне проектування будівель з майже нульовим споживанням енергії повинно вирішуватися методом інтегрованого проектування, який координує проектування окремих підсистем і шукає можливість багаторазового використання елементів або систем для виконання багатьох функцій.

Література
1. Акт № 318/2012 Coll., Закон про внесення змін та доповнень 406/2000 Sb. з питань енергоменеджменту зі змінами.
2. Указ № 78/2013 Сб. щодо енергоефективності будівель.
3. Директива ЄП та Ради No. 2010/31/ЄС від 19 травня 2010 року про енергоефективність будівель (перероблено).
4. Доступно в Інтернеті: http://nkn.fsv.cvut.cz/.
5. Доступно в Інтернеті: http://www.iea.org.
6. Кабеле, К.: Концепція будівель HVAC з майже нульовим споживанням енергії. Матеріали конференції Опалення 2013, Товариство екологічної інженерії, 2013.

Текст: проф. Інж. Карел Кабеле, CSc. - автор - завідувач кафедри опалення та кондиціонування повітря в Празі SvF ČVUT.
Рецензент: проф. Інж. Душан Петрас, доктор філософії.

Стаття була опублікована в журналі ТЗБ ГАУСТЕЧНИК.