Вы здесь

Системы автоматизации энергоэффективного панельного жилого дома в Минске

Версия для печати

Введение

На отопление и горячее водоснабжение жилого фонда Республика Беларусь в настоящее время тратит около 35–40% потребляемых в стране энергоресурсов. В этой связи интенсивный поиск путей снижения энергопотребления при эксплуатации жилых зданий является задачей общегосударственной значимости.

В странах северного пояса Западной Европы активно происходит переход к строительству зданий в стандарте “пассивный дом”, уровень теплопотерь которых составляет 10–20% общего существующего [1], [2].

Исследования, проведенные в ГП “Институт НИПТИС им. Атаева С.С.”, результаты которых изложены в [3] и [4], позволили сформулировать требования к конструкции и инженерным системам энергоэффективных зданий с учетом структуры жилого фонда и климатических условий Беларуси. На их основании специалистами института выполнен проект, а ОАО “МАПИД” – строительство энергоэффективного экспериментального панельного жилого дома серии 111–90 [5] (рис. 1).

С точки зрения тиражирования энергосберегающих решений панельные дома, пользующиеся высоким спросом из-за сравнительной дешевизны и высокой скорости строительства, наиболее привлекательны для создания массового энергоэффективного жилья.

Существенным элементом здания как энергетической системы является автоматизированная система управления микроклиматом в квартирах и диспетчеризации данных. Ее наличие гарантирует достижение расчетных параметров энергоснабжения и оптимальных для каждого жильца параметров микроклимата в помещениях. Опыт эксплуатации экспериментального энергоэффективного здания в течение отопительных сезонов 2007/08 и 2008/09 гг. подтвердил правильность осуществленных проектных и технических решений.

Система управления микроклиматом в квартирах энергоэффективного здания и диспетчеризации данных

При строительстве экспериментального объекта отработаны технические решения по уменьшению уровня затрат тепловой энергии на его отопление до 30 кВт?ч/м2 в год без изменения существующих планировочных решений здания серии 111–90 МАПИД и модернизации технологического оборудования на предприятии.

Обеспечить 3-кратное, по сравнению со строящимися сегодня типовыми зданиями, снижение энергопотребления [5] позволили следующие научные и практические результаты:

  • новый принцип вентиляции жилых помещений на основе квартирных систем принудительной приточно-вытяжной вентиляции с механическим побуждением и рекуперацией тепла вентиляционных выбросов с эффективностью возврата тепла более 85% [8];
  • окна нового поколения с сопротивлением теплопередаче R = 1,2 м2?град/Вт
    [6], [7], разработанные специалистами института на основе композитного профиля (дерево–пенополиуретан–дерево) и 2-камерного стеклопакета с двумя низкоэмиссионными стеклами и аргоновым заполнением;
  • неоднородное по контуру здания утепление оболочки, снизившее разницу в потреблении тепловой энергии для квартир, расположенных в различных частях здания, включая торцы и верхние этажи;
  • стеновые панели с увеличенным сопротивлением теплопередаче в среднем от 3,2 м2?град/Вт до 5,2 м2?град/Вт;
  • система отопления с горизонтальной разводкой, позволившая создать автономную автоматизированную систему регулирования режимами отопления и воздухообмена с автоматическим климат-контролем в каждой квартире и поквартирным учетом тепла;
  • система автоматического контроля работы квартирных блоков управления, обеспечивающая регистрацию параметров микроклимата, режимов работы вентиляторов и подачи тепла, а также аварийные ситуации в работе индивидуальных блоков.

Автоматизированная система управления микроклиматом, которой оборудована каждая квартира энергоэффективного здания, дает возможность поддерживать в ней требуемые температуру и уровень воздухообмена как в дневное, так и в ночное время суток. Функциональная схема системы управления приведена на рис. 2.

Блок управления обеспечивает 9 ступеней работы приточного и вытяжного вентиляторов, включение и выключение канального нагревателя и управление подачей теплоносителя на входе в квартиру с целью поддержания заданной температуры. Канальный нагреватель воздуха автоматически включается при опускании температуры на выходе вытяжного канала теплообменника ниже 1 °С и выключается при +2 °С, что предотвращает замерзание конденсата в теплообменнике при низких (ниже –7 °С) температурах. Расход электрической энергии для этой цели, как показал практический опыт работы в течение отопительного сезона 2007/08 гг., не превышает 200 кВт?ч за сезон.

Жильцы по своему усмотрению могут изменять значения температуры от 14 до 25 °С, уровня воздухообмена – от 0 до 9 (значение 0 соответствует отсутствию принудительного воздухообмена, значения 1, 2, 3 оптимальны для всех типов квартир и обеспечивают нормативный уровень воздухообмена, выше 3 повышают уровень воздухообмена, но усиливают уровень шума).

Тепловые расчеты эффективности рекуператоров с учетом тепла, выделяемого при конденсации влаги в вытяжном канале, а также опыт их эксплуатации на объекте в течение 1,5 лет, подтвердил: КПД превышает 85% (опытные данные), а возврат тепловой энергии для 3-комнатной квартиры достигает 3800 кВт?ч. Суммарный годовой расход электроэнергии для работы вентиляторов и предотвращения замерзания конденсата в системе рекуперации тепла составляет около 440 кВт?ч/м2
в год. Следовательно, возврат тепловой энергии рекуператором из воздуха в 8,6 раза превышает затраты электрической энергии.

На рис. 3 представлена система диспетчеризации данных, реализованная в экспериментальном здании и включенная в проекты энергоэффективных домов в Витебске, Гродно и Гомеле.

Система диспетчеризации выполняет следующие основные функции:

  • получение информации о режимах функционирования оборудования всех квартирных регуляторов;
  • получение информации с квартирных счетчиков тепловой энергии, холодной и горячей воды, общедомового теплосчетчика и теплосчетчика утилизатора сточных вод;
  • получение информации с общедомового регулятора потребления тепловой энергии, а также обеспечение возможности оперативной коррекции режимов регулирования;
  • ведение архива полученной информации;
  • сжатие информации для последующей передачи по каналам сотовой связи на диспетчерский пункт;
  • синхронизацию встроенных таймеров реального времени во всех подключенных устройствах;
  • фиксирование возникновения аварийных ситуаций в функционировании оборудования.

Оборудование подключается к системе диспетчеризации по интерфейсам RS485 и M-Bus. Шкаф системы диспетчеризации располагается в помещении товарищества собственников либо в подсобном помещении.

В энергоэффективном здании в Минске функции системы диспетчеризации используются не в полном объеме. Она только проводит опрос квартирных и общедомового регулятора и передает данные на диспетчерский пункт.

Потребление тепловой энергии на отопление квартир в экспериментальном энергоэффективном доме

К-во комнат/этаж/

подъезд

Результаты измерений,

кВт?ч/м2 в год

Расчетные значения,

кВт?ч/м2 в год

Расчетные значения типового дома,

кВт?ч/м2 в год

1

4 к/1 эт/1

55,7

52

139,0

2

1 к/1 эт/1

39,4

42,4

134,7

3

4 к/1 эт/3

44,8

44,3

115,2

4

2 к/7 эт/3

24,0

22,9

97,4

5

2 к/7 эт/3

26,4

22,3

96,9

6

3 к/8 эт/3

23,9

26

91,0

7

2 к/5 эт/3

36,9

22,9

97,4

8

2 к/5 эт/3

24,1

22,3

96,9

9

3 к/9 эт/3

40,2

40,5

130,5

 

Определение эффективности приточно-вытяжной системы вентиляции и сравнение расчетных и фактических данных потребления энергии на отопление квартир энергоэффективного жилого дома по данным системы диспетчеризации здания

Перед сдачей энергоэффективного дома в эксплуатацию с целью обеспечения нормативных требований воздухообмена в каждой квартире был сбалансирован поток приточного и вытяжного воздуха: 110 м3/ч для 1–2-комнатных, 130 м3/ч для 3-комнатных и 180 м3/ч для 4-комнатных квартир. Баланс потоков воздуха в приточном и вытяжном каналах отрегулирован с учетом обеспечения нормируемых объемов вытяжки из кухни и санитарного узла. При равных потоках воздуха в приточном и вытяжном каналах разности температур на входах и выходах притока и вытяжки равны между собой. Поэтому коэффициент возврата тепла К системы рекуперации рассчитывается по формуле

К = (Тн. – Тпр.)/(Тн. – Ткв.),

где Тн. – температура наружного воздуха, °С;

Тпр. – температура на выходе приточного канала, °С;

Ткв. – температура внутри квартиры, °С;

Измерения температур в приточном и вытяжном каналах системы вентиляции и определение по этим данным значений эффективности рекуператоров проводились в 3- и 4-комнатной квартирах. На рис. 4 приведены типичные графики зависимостей температуры в каналах рекуператора от времени, по которым можно судить об эффективности возврата тепла рекуператором.

Значения КПД системы рекуперации тепла по итогам измерений составили [6]: для 4-комнатной квартиры – 84%, для 3-комнатной – 86%. Разница в значениях обусловлена различным уровнем воздухообмена: 130 м3/ч для 3-комнатной и 180 м3/ч для 4-комнатной квартир [7]. Полученные экспериментально результаты подтвердили возможность обеспечения низкого уровня тепловых потерь в здании.

В каждой из квартир установлены индивидуальные счетчики тепловой энергии, потребляемой на отопление. Зафиксированные фактические данные по ее расходу в отопительный сезон 2007/08 гг. свидетельствуют о незначительном их отклонении от расчетных значений (таблица). Как видно, затраты тепловой энергии на отопление однотипных квартир, расположенных на 1-м и 9-м этажах экспериментального дома, в 1,5–2 раза выше, чем в квартирах
2–8-го этажей, расположенных в середине фасада. Сравнение с расчетными показателями энергопотребления типового здания говорит о трехкратном и более снижении расхода тепла на отопление энергоэффективного здания.

Для определения удовлетворенности жильцов условиями проживания в энергоэффективном здании проведено их анкетирование (рис. 5).

Система диспетчеризации обеспечивает получение информации о параметрах систем управления режимами воздухообмена и температуры, имеющихся в каждой квартире. На рис. 6 и 7 приведены обобщенные данные автоматического опроса работы квартирных систем. В настоящее время заселена и эксплуатируется в штатном режиме 81 квартира из 143. В 29 из них в момент съема информации системы отопления были автоматически отключены, так как для поддержания комфортной температуры оказалось достаточно тепла внутренних источников.

Вентиляторы имеют возможность 9-ступенчатого дискретного регулирования. Нормативный воздухообмен обеспечивает 2-ю или 3-ю ступень в зависимости от площади квартиры. Как видно, жильцы здания активно используют возможность индивидуального управления параметрами микроклимата.

Выводы

Опыт эксплуатации энергоэффективного жилого дома подтвердил корректность проектных и технических решений, использованных при его строительстве. Автоматизированная система управления микроклиматом помещений и диспетчеризации данных обеспечивает достижение расчетных параметров энергоснабжения здания и возможность индивидуального управления микроклиматом жильцами каждой квартиры. Система диспетчеризации позволяет осуществлять научное сопровождение эксплуатации здания, не нарушая спокойствия жильцов, а также оперативно устранять аварийные ситуации.

КПД системы рекуперации тепла, установленный в процессе эксплуатации жилых помещений, равен 84–86%. Разброс значений обусловлен различным уровнем воздухообмена в квартирах, в которых выполнялись измерения. Полученные экспериментально результаты подтвердили возможность обеспечения низкого уровня теплопотерь в экспериментальном здании, в то время как проектными требованиями к системе рекуперации тепла в качестве порогового установлено значение КПД рекуператора, равное 80%.

Анализ результатов эксплутационных затрат тепла на отопление и температурные режимы воздушной среды в жилых помещениях, полученных в период отопительных сезонов 2007/08 и частично 2008/09 гг., свидетельствуют о правильности выбранного направления проектирования и строительства энергоэффективного жилья.

Анкетирование жильцов показало, что более 80% удовлетворены условиями проживания в здании. Мониторинг в процессе его эксплуатации выявил также необходимость обеспечения более качественной технической эксплуатации инженерных систем, информирования жителей об их особенностях и возможностях в части регулирования тепловлажностного режима и энергопотребления. Как показывает практика, жильцы активно пользуются правом выбора комфортных параметров микроклимата с помощью автоматизированной системы управления в квартирах.

С учетом опыта строительства и эксплуатации экспериментального дома Советом Министров Республики Беларусь принято решение о поэтапном расширении энергоэффективного строительства и переходе в 2015 г. на массовое возведение жилья в энергоэффективном стандарте. Одновременно предусматривается организация в стране выпуска инженерного оборудования, комплектующих, материалов и изделий для обеспечения необходимых объемов строительства энергоэффективных зданий.

Литература

1. Feist, W. Das kostengünstige Passivhaus – Proektbeschreibung // Arbeitkreis kostengünstige Passivhäuser. Protokolband № 1. Darmstadt, 1996. – S. 9–21.

2. Feist, W. Gestaltungsgrundladen Passivhäuser // Verlag das Beispiel, 2001. Passivhäuser.

3. Данилевский, Л.Н. Основные требования к конструкции и инженерным системам энергоэффективных зданий // Строительные материалы, оборудование и технологии ХХI века. – 2006. – № 7 (90). – С. 66–67.

4. Данилевский, Л.Н. Особенности проектирования и длительность отопительного периода энергоэффективных зданий // Строительная наука и техника. – 2008. – № 1. – С. 35–42.

5. Данилевский, Л.Н., Пилипенко, В.М., Потерщук, В.А. Энергоэффективный панельный дом серии 111–90 МАПИД // Архитектура и строительство. – 2007. – № 2. – С. 98–101.

6. Данилевский, Л.Н., Таурогинский, Б.И. Исследование эффективности канальных теплообменников-рекуператоров воздух–воздух / Строительная наука и техника. – 2006. – № 4 (7). – С. 36–41.

7. СНБ 3.02.04–03 “Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха”.


comments powered by HyperComments
Читайте также
23.07.2003 / просмотров: 6 089
Геннадий Штейнман XVIII съезд Белорусского союза архитекторов завершил свою работу. Еще долго мы будем обсуждать его решения, осмысляя свои и чужие...
02.09.2003 / просмотров: 8 793
Центр Хабитат является органом, осуществляющим информационно-аналитическое обеспечение работ Минстройархитектуры по устойчивому развитию населенных...
02.09.2003 / просмотров: 17 458
Беларусь всегда была на передовых позициях в вопросах ценообразования в строительстве в бывшем СССР. Однако еще в конце 1980-х годов, когда страна...