Наш опыт в области энергоэффективности составляет более 10 лет. В нашем понимании высокая энергоэффективность – это когда собственник или пользователь здания платит как можно меньше за коммунальные ресурсы, такие как электричество, тепло, воду, газ и другое.
К сожалению, Российские нормы (СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий) регулируют энергоэффективность только в части сбережения тепла зданием. Что часто никак не сказывается на том, сколько в конечном счете заплатит пользователь.
В нашей работе мы используем международные стандарты и практики для оптимизации затрат на коммунальные ресурсы. Например, такие стандарты как ASHRAE 90.1-2016. Данный стандарт учитывает все аспекты энергопотребления зданием и прилегающей территории и непрерывно совершенствуясь, обновляясь каждые три года.
Оптимизация энергопотребления
Энергоэффективность здания – 6 шагов
Чтобы достичь высокой энергоэффективности нужно рассматривать здание как сложную систему. Анализ оптимизации энергопотребления идет от общего к частному:
- Анализ местоположения и климата
На этом этапе мы должны оценить график температуры в течение года, максимальные и минимальные температуры, влажность, солнечную радиацию и розу ветров. Эти данные крайне необходимы для анализа конкретных архитектурных и инженерных решений.
- Снижение нагрузок
Во вторую очередь мы занимаемся снижением пиковых нагрузок. Дело в том, что общая мощность оборудования подбирается именно по максимальным нагрузкам: тепловая мощность, электрическая, холодильная. Например, сокращение пиковой электрической нагрузки может сильно сэкономить не только расходные на энергопотребление, а также стоимость подключения к коммунальным сетям и стоимость устанавливаемого оборудования.
Для сокращения тепловых нагрузок используются традиционные методы:
- Утепление стен и кровли
- Утепление окон
- Использование рекуперации на приточно-вытяжных установках
- Оптимизация площади остекления
- Герметизация ограждающих конструкций
Для сокращения мощности на кондиционирования можно использовать все те же решения что для сокращения мощности на отопления плюс, следующие:
- Подбор атермального остекления (Low-e, низко эмиссионное покрытие, солнцезащита)
- Использование элементов затенения и солнцезащиты на окнах и остекления кровли (козырьки, ламели – статичные и динамические)
- Оптимизация площади остекления, в том числе на кровле.
- Определение помещений и графика работы здания, для того-чтобы исключить помещения, в которых не требуется кондиционирование
- Подбор холодильного оборудования. Например, в сухом климате работают орошаемые градирни. Они расходуют воду, но при этом имеют в разы выше скорость теплоотдачи. Также использование более эффективных холодильных машин может сократить электрическою нагрузку до двух раз.
- Использование бесплатной энергии
Здесь идет речь о пассивных технологиях по отоплению и кондиционированию, вентиляции и освещению.
Для пассивного отопления можно использовать:
- Энергию солнечного света для отопления здания
- Строительные материалы с высокой теплоемкостью, например красный кирпич или бетон. Такие материалы нагреваются, когда тепло и долго остывают, когда прохладно или наоборот работают на охлаждение.
- Ориентация здания для максимизации отопления здания солнцем.
Для пассивного охлаждения можно использовать:
- Естественное проветривание, когда на улице температура ниже, чем в помещении
- Принудительное проветривание с помощью вентиляционных установок.
- Проектировать естественную вентиляцию или комбинированную вентиляцию.
- Использовать испарительное охлаждение. Например, фонтан в атриуме или устройство специальной вертикальной шахты, в которой разбрызгивается вода. Вода испаряется, охлаждая воздух. Данное решение хорошо работает в сухом климате.
- Популярно использования Free-cooling. Для этого система кондиционирования должна быть оборудована сухими охладителями, которые отводят тепло из здания без включения холодильных машин, когда на улице прохладнее чем в здании.
Большой эффект по экономии электрической энергии приносит максимизация естественного освещения. Для этого предусматриваются:
- Зенитные фонари на кровли площадью 4-5% от площади кровли
- Остекление на высоте от 2-х метров
- Световые полки на отселении для повышения глубины проникновения света внутрь здания
- Специальной формы потолок
- Светлые тона отделочных материалов (потолок, стены, пол)
- Специальные решения – световые трубки или оптические световоды.
- Эффективность работы инженерных систем
Следующим этапом оптимизации является энергетическая эффективность инженерных систем и конкретных компонентов.
В первую очередь нужно обратить внимание на следующие компоненты:
- Водогрейные и паровые котлы. КПД котлов составляет от 80% до 99%. Например, небольшие конденсационные котлы имеют КПД до 99%. А хорошие промышленные порядка 90%.
- Холодильные машины и кондиционеры. Чем крупнее здание, тем более эффективными должны стоять холодильные машины. Здесь представлен общий случай энергоэффективности холодильных машин от большего к меньшему:
Максимальная:
– Водоохлажаемые центробежные (центрифужные, турбокоры, турбокомпрессоры) –
– COP > 5,5(IPLV > 7)
Средняя:
– Водоохлаждаемые холодильные машины (спиральные, винтовые, поршневые)
– COP > 4,5 (IPLV > 6)
Пониженная:
– Воздухоохлаждаемые холодильные машины –
– COP > 3 (IPLV > 4)
– VRF COP > 3
Низкая:
– Сплит система
- Вентиляционные установки. Вентиляционные установки потребляют электричество, тепло и холод. Для оптимизации электричества нужно сокращать статическое давление во воздуховодах, уменьшая количество поворотов, увеличивая площадь сечения, уменьшая длину и количество устройств в каналах. Также подбирается премиальный электрический двигатель с вентилятором. Интегральный показатель эффективности вент машины является коэффициент SFP (specific fan power). SFP показывает сколько вентиляционная машина тратит энергии на перемещение 1 литра воздуха в секунду. Размерность вт/л*с. Также для экономии тепла и холода вент-установку оборудуют рекуператором. Наиболее эффективным считается роторный, далее пластинчатый и гликолевый. К сожалению, роторный не везде можно использовать, из-за того, что часть вытяжного воздуха смешивается с приточным. Еще в вентиляционных установках применяют технологию воздушного экономайзера. Данная технология редко применяется в России. А зря так как часто она очень эффективна. Суть в том, что вентиляционная машина использует наружный воздух для охлаждения или отопления здания. Например, если в здании прохладно, а на улице тепло, то вент установка подает в здание теплый воздух, и наоборот, если в здании жарко, а на улице прохладно, то вент установка подает в здание прохладный воздух с улицы. Такое часто происходит в межсезонье (осенью или весной)
- Освещение. В первую очередь нужно сократить установленную мощность. Для этого используем высокоэффективные светильники LED (светодиодное освещение). Подбор светильников нужно производить тщательно с запасом 20-30%. Так как светодиодные светильники тускнеют со временем. Далее, используем датчики естественного света и присутствия. Когда в помещении достаточно света или отсутствуют люди, освещение отключается автоматически.
- Тепловые насосы. Тепловые насосы, по сути, работают также как кондиционеры. Обычный кондиционер — это воздушный тепловой насос. Если систему включить в обратную сторону, то он может отапливать здание. Данное решение, может быть эффективно, в VRF системах или в центральных кондиционерах в межсезонье, когда отопление отключено, а здание следует отапливать. Это эффективнее примерно в 3-4 раза по сравнению с прямым электрическим нагревом. Также существуют тепловые насосы, которые используют тепло земли или воды. Такие тепловые насосы хорошо окупаются, если в здании нет дешевого газа. Систему следует использовать летом для кондиционирования, а зимой для отопления. В этом случае тепловой насос дает максимальный экономический эффект.
- Регенерация энергии
Часть в здании можно идентифицировать источники энергии, которые можно пустить повторно в работу. Мы уже писали выше про рекуперацию в вентиляционных системах. Также в можно снабдить лифт регенератором, который будет вырабатывать энергию при спуске для собственных нужд.
Если в здании есть большие тепло избытки, например от технологических процессов (дата центры, варка, кухня и др.), то данное тепло можно использовать для отопления.
Существует также рекуперация канализационных стоков для предподогрева воды для горячего водоснабжения.
- Возобновляемые источники энергии
После того, как мы провели полномасштабную оптимизацию энергопотребления, стоит рассмотреть возобновляемые источники энергии. К возобновляемым источникам энергии относят:
- Солнечную электростанцию. Солнечные панели сильно подешевели за последние три года. Они также имеют высокую энергоэффективность. Например, установка качественных солнечных панелей с инверторами мощностью 100 кВт в Москве вам обойдется всего в 4 200 000 рублей. Данная система будет генерировать около 100 000 кВт*ч энергии в год. А срок окупаемости такой системы составит 8 – 9 лет.
- Ветрогенераторы. Ветрогенераторы имеет смысл ставить в двух случаях. Первое – это когда есть стабильный ветер. Второе, когда вы ставите промышленный ветрогенератор мощностью от 100 кВт. А лучше более 1 МВт. По нашему опыту ветрогенераторы малой мощности имеют достаточно большой срок окупаемости, а промышленные имеют срок окупаемости от 7 лет. Как правило, крупные ветрогенераторы имеют высокую энергоэффективность.
- Солнечные коллекторы (гелеосистемы). Данная система используется для нагрева воды с помощью солнца. Вода нагревается в солнечные дни и храниться в утепленном резервуаре. Такое решение особенно эффективно, если существуют проблемы с подключением к газу, а зданием много использует энергии для горячего водоснабжения, например небольшие гостиницы на побережье черного моря в Краснодарском крае или в Крыму. Энергоэффективность солнечных коллекторов доказана практическим опытом в средиземноморских странах.
- Котельные на биомассе/биотопливе. Если у вас есть сырье (отходы мебельного производства, отходы сельского хозяйства, древесные отходы), то можно рассмотреть строительство котельной на биомассе.
- Гидроэлектростанции. Гидроэлектростанции малой мощности также являются возобновляемыми источниками энергии.
- Геотермальные станции. Геотермальные станции достаточно редкое явление, но они также являются возобновляемыми источниками энергии.
Следуя данной методике по повышению энергоэффективности можно очень сильно сократить расходы на энергопотребление. Например, можно достичь энергетически-нейтрального здания, или здания с нейтральными выбросами парниковых газов.
Тем не менее, нельзя применять все технологии сразу и необдуманно. Чтобы оценить архитектурные и инженерные решения в динамике в течение всего года мы строим цифрового двойника здания, на котором тестируем различные варианты и комбинации решений.
Концепция использования альтернативных и возобновляемых источников энергии
Разработка стратегии комплексного энергоснабжения и энергоэффективности
Оптимизация энергопотребления
