wrapper

Энергоэффективный дом

Анализируя процесс проектирования "зеленого" здания, вначале мы рассмотрим место его строительства. Выбирая расположение площадки для застройки, при участии инженеров мы можем определить характерные особенности проекта. Эти особенности таковы: место застройки, возможность использования возобновляемых источников энергии, ориентация здания на участке, строительный тип здания и его инсоляция.

Участие в работе инженеров на раннем этапе проектирования позволит улучшить защиту окружающей среды, уменьшить потребление энергии, снизить отрицательное воздействие на окружающую среду и даже использовать (в настоящее время или в будущем) возобновляемые источники энергии.

1. Расположение площадки застройки

Выбор площадки для застройки, как правило, не является сферой деятельности инженеров. Однако при выборе расположения застройки существует ряд моментов, которые могут повлиять на энергетические характеристики здания. Рекомендации инженеров могут помочь при выборе решения.

Во-первых, существует возможность попадания в здание загрязненного воздуха. Инженеры могут сообщить о потенциальных источниках загрязнения от близлежащих промышленных объектов, а также о качестве воздуха. Эти факторы могут оказывать существенное влияние на качество воздуха внутри здания. В частности, в пункте 8 "Качество внутреннего воздуха" (Indoor Air Quality) раздела "Здоровье и благополучие" (Health and Wellbeing) BREEAM упоминается о близости расположения источников внешнего загрязнения. Это особенно актуально для городов, где магистрали и промышленные объекты могут находиться в непосредственной близости с воздухозаборниками здания.

Во-вторых, инженеры могут определять существующий уровень грунтовых вод на участке и его топографию. И в BREEAM, и в LEED, и в DGNB рассматриваются вопросы отвода ливневых вод и уровень почвенных вод. Для более качественного дренирования (дренажа) площадки, выбора самой площадки с разной топографией и разным дренажом, инженеры могут посоветовать наиболее предпочтительные месторасположения застройки на данном участке.

В BREEAM ливневые стоки рассматриваются в двух пунктах (оба в разделе "Загрязнение" (Pollution) данной рейтинговой системы), тогда как LEED относит почвенные воды к разделу "Устойчивый участок" (Sustainable Site), пункт 1 — "Выбор участка" (Site Selection — SS), а ливневый сток к пунктам 6.1 и 6.2 SS.

Согласно BREEAM и LEED, инженеры могут оценивать местоположения, которые не приемлемы для дренажа. Или, с учетом выбранного участка, они могут порекомендовать пути дренажа или перенаправления водных потоков в соответствии  с требованиями пунктов BREEAM и LEED.

2. Возобновляемые источники энергии

На площадках застройки возможно использование возобновляемых источников энергии. При протяженном южном направлении возможна генерация солнечной энергии, открытое пространство дает возможность получения энергии ветра. В отдельных случаях возможно получение геотермальной энергии, вода из  ближайших источников может использоваться в системах теплообмена. Близлежащие фермы могут служить источником снабжения здания метаном.

Рейтинговые системы BREEAM и LEED дают баллы проектам, в которых используется получение возобновляемой энергии на месте или за пределами площадки. Система LEED — раздел  "Энергия и атмосфера" (Energy and Atmosphere — EA), пункт 2 "Местные возобновляемые источники энергии" (On-site Renewable  Energy) — дает от 1 до 7 баллов за использование возобновляемых источников энергии на месте. Начиная с 1 балла за 1% сокращения годовых затрат до 7 баллов за 13% сокращения годовых затрат на энергию оцениваются проекты, которые уменьшают использование ископаемого (невозобновляемого) топлива в энергопотреблении здания.

Пункт 6 "Зеленая энергия" (Green  Power) раздела EA системы LEED дает 2 балла проектам, которые используют, как минимум, 35% электрической энергии за счет ее  поставки от внешних источников. Пункт 5 "Низкая или нулевая углеродные технологии" (Low or Zero Carbon Technologies), пункт 5 "Энергия" системы BREEAM дает до 4 очков проектам, снижающим содержание СО2 на 10, 15 или 20% за счет использования специальных низкой или нулевой углеродных технологий. Эти технологии включают: солнечную энергию, воду, ветер,  биомассы, тепловые насосы (грунт, вода, воздух или геотермальные источники), когенерацию (с использованием биомассы, природного газа или биогаза в качестве источника топлива) и системы местного теплоснабжения (с использованием тепла, полученного   в процессе эксплуатации здания).

В пункте 4 "Выделения NОx от источника теплоты" (NОx  Emissions From Heating Source) раздела "Загрязнение" (Pollution)  система BREEAM рассматривает выделение оксидов азота NОx при сжигании природного топлива. Обычно при отоплении здания от сети электроснабжения выделяется NОx в количестве, превышающем требования BREEAM.

В перечне А9 BREEAM  записано, что в Российской Федерации среднее значение выделения NОx от электросети составляет 2300 мг/кВтч. Использование  таких возобновляемых источников энергии, как ветер или солнечная энергия, в качестве источников электроэнергии поможет  проекту получить до 3 баллов по этому пункту.

П Р И М Е Ч А Н И Е

Налоговая нагрузка на собственника жилья снижается пропорционально количеству набранных баллов.

3. Ориентация

Ориентируя основной фасад здания на южную сторону, получим дополнительную возможность обогрева здания за счет солнечной энергии в холодные месяцы года, что понизит стоимость  обогрева. Южное направление также увеличит использование светового дня, следовательно, снизится потребность в электрическом освещении в течение дня.

Южная ориентация здания также  может использоваться для получения солнечной энергии или нагревания воды для обогрева самого здания. Любая из этих стратегий поможет снизить общее энергопотребление здания. Использование солнечной энергии на площадке не только решает вопрос ориентации здания, но и вопросы затенения, яркости освещения, анализа оболочки здания, в том числе теплоизоляции, остекления и выбора материалов.

На рис. 1.23 показан пример проектирования здания, в котором в зимний период солнечная энергия поступает через двойной фасад, благодаря чему существенно улучшается общий баланс тепловой энергии в течение всего года (уменьшение количества тепловой энергии приблизительно на 50% в год). Южная сторона должна иметь подходящую защиту от летнего перегрева и желательно, чтобы она находилась в тени деревьев, чтобы ограничить  влияние солнечного излучения в наиболее жаркие месяцы.

 Проектирование дома для пассивного солнечного отопления

 

Рис. 1.23. Пример проектирования здания для пассивного солнечного отопления через двойной фасад

 

При выборе ориентации здания также учитывается и влияние  климата. Преобладающие ветра, их направление и скорость, относительная влажность воздуха, растущие деревья, географическое месторасположение, в том числе холмы и находящиеся рядом строения — все это изначально влияет на энергопотребление здания.

В местности с умеренным и холодным климатом, чем длиннее стена вашего дома, обращенная на юг, тем лучше — это поможет получить максимальный выигрыш от солнечного освещения  (рис. 1.24). Отличным решением в этом случае будут компактные здания, окна которых развернуты навстречу низкому зимнему солнцу, поскольку это позволит получить максимальный выигрыш по дневному освещению зимним солнцем и избежать нежелательного летнего перегрева.

Солнечный дом

 

Рис. 1.24. Планировка типичного американского "солнечного дома" для умеренного и холодного климата

Однако ветер не всегда играет отрицательную роль: определение направления ветра может помочь инженерам в правильном выборе места вентиляционных отверстий или в решении применить естественные системы вентиляции, что также снизило бы потребление энергии зданием. В более теплых климатических  зонах здание может быть размещено таким образом, чтобы направление ветра в ночное время охлаждало здание.

При расчете теплового баланса здания с учетом влияния климата часто возникает необходимость поиска компромиссов между температурными характеристиками и естественным освещением. Поэтому на инженере лежит ответственность по определению возможностей и необходимых требований, предъявляемых при строительстве здания.

В системах LEED и BREEAM есть ряд пунктов, на которые может влиять ориентация здания. В пунктах 5.1 и 5.2 "Разработка участка" (Site Development) раздела "Устойчивость участка" (Sustainable Site) системы LEED рассматривается размер площади насаждений, сохраненных после разработки, а также нарушения (беспорядок), вызванные строительством. Для уменьшения здания,  пункты 7.1 и 7.2 "Эффект "теплового острова"" (Heat Island Effect), в отечественной практике используется также термин "тепловой  купол", поощряют обустройство зеленых крыш и других насаждений.

В системе BREEAM определение места строительства здания рассматривается в пунктах 3, 4, 5 и 6 раздела "Ландшафт и экология" (Landscape and Ecology). Здесь указывается, что при  строительстве здания необходимо минимизировать влияние на существующую экологию: деревья, источники воды, животный мир. В системах LEED и BREEAM ориентация здания на участке может иметь существенное влияние для получения баллов.

Очень важно, что результат выбора ориентации может повлиять на энергопотребление здания. В системе LEED, раздел "Энергия и атмосфера" (Energy and Atmosphere, EA), необходимое условие 2 "Характеристика минимального энергопотребления" (Minimum Energy Performance), моделируется оболочка здания и инженерные системы, которые отвечают основным минимальным стандартам, затем моделируется новый строительный проект, и по стоимости энергии он должен иметь 10% усовершенствований. Следовательно, чтобы получить сертификацию LEED, необходимо выполнить это условие. В соответствии с пунктом 1 "Оптимизация характеристики энергопотребления" (Optimize Energy Performance) раздела EA, при снижении стоимости энергии до 48% сверх базовых данных дополнительно присваивается 19 баллов.

Очевидно, что правильное размещение здания дает  преимущества при охлаждении ветром или солнечном обогреве, что поможет заработать проекту эти дополнительные баллы.

В системе BREEAM использование энергии оценивается не по стоимости, а по затратам энергии или выделению углекислого газа. Пункт 1 "Энергоэффективность" (Energy Efficiency) раздела  "Энергия" (Energy) дает 15 баллов при совершенствовании базового варианта. Проект здания должен моделироваться с использованием соответствующего программного обеспечения, и затем он сравнивается с методологией расчета, принятой в данной стране. Если такой методологии не существует, тогда инженеры могут использовать известные программные обеспечения динамического моделирования, которые соответствуют BREEAM. Кроме того, они могут соответствовать перечню стратегий энергосбережения, упомянутых в документации BREEAM, и по этому  пункту можно получить до 10 баллов.

4. Учет формы здания

Общая форма здания (его геометрия, объем) существенно влияет на его энергопотребление. Отношение площади здания к площади поверхности ограждений может также влиять на энергопотребление здания. Проникновение естественного света внутрь помещения не только снижает потребность в искусственном освещении, но и улучшает психологическое воздействие на людей, находящихся в здании. Размер окон, тип остекления и размещение людей по отношению к окнам — все это составные части проекта, которые влияют на количество и качество естественного освещения в здании.

Появляется возможность обустройства "зеленых" крыш, сокращающих объемы ливневых стоков, увеличивающих теплозащиту и снижающих суточные колебания температуры.

Разделы BREEAM и LEED, касающиеся формы здания и светопроницаемости, в первую очередь направлены на вопросы естественного освещения, а также количества и качества воздуха в помещениях. Для снижения потребления энергии, что даст дополнительные баллы, инженеры принимают решения, связанные с общим объемом здания и его ориентацией. Кроме того, они могут  дать советы при выборе формы здания, с точки зрения воздействия на него солнечной энергии и энергии ветра.

Что касается дневного освещения, то по системе LEED, пункт 8.1 "Дневной свет" (Daylight) раздела "Качество воздуха  внутри помещения" (Indoor Environmental Quality — IEQ), регламентируется минимально допустимая освещенность для здания, где постоянно находятся люди. По IEQ пункт 8.2 "Виды" (Views) необходимо, чтобы по прямой линии просматривалось до 90% занимаемого пространства внутри здания. В соответствии с пунктом 1 "Дневной свет" (Daylight) раздела "Здоровье и благополучие" (Health and Wellbeing) по системе BREEAM, для различных  категорий людей необходим некий фактор минимального дневного освещения (соотношение освещенности).

Пункт 2 "Вид внутри помещения" (View Out) определяет, что размещение работающих людей по отношению к окну должно осуществляться в пределах 7 м. Что касается пункта 3 "Контроль бликов" (Glare  Control), то здесь необходима установка затеняющих устройств на все окна, зенитные фонари и застекленные двери.

Качество воздуха внутри помещения, энергопотребление и вентиляция также напрямую связаны как с формой здания, так и со светопроницаемостью. В рейтинге LEED учитывается снижение потребления энергии в том числе за счет оптимизации использования окон и других проемов. Рассматривается объем  и скорость приточного воздуха. Уделяя особое внимание вопросам ориентации здания, за счет оптимизации его формы и светопроницаемости, можно повысить уровень воздухообмена, что даст дополнительные баллы.

Система BREEAM также рассматривает естественную вентиляцию, учитывается размер и месторасположение окон, перетоки воздуха, которые проверяются посредством, например, моделирования воздушных потоков. В тех случаях, когда окна не используются или глубина здания в плане составляет более 15 м, в расчетах должны быть представлены соответствующие перетоки воздуха внутри здания. Также учитываются внешние загрязнения, уровень СО2 и качество наружного воздуха, поступающего в здание. Правильно размещенные воздухозаборные устройства, наравне с окнами, способствуют получению баллов.

В рейтинге BREEAM можно получить два балла, если имеется  документация, отражающая температурный анализ.

Рейтинговые системы рассматривают вопросы снижения использования хладагентов при эксплуатации здания. В новых строительных проектах, согласно LEED, запрещается использование хладагентов на основе CFC (хлор-фтор-углерод). BREEAM дает один балл тем проектам, в которых совсем не используютсяхладагенты или же применяются те из них, у которых потенциал  разрушения озонового слоя ODP (Ozone Depleting Potential) равен 0, а потенциал глобального потепления GWP (Global Warming  Potential) менее 5.

За счет применения естественной вентиляции и соответствующей ориентации здания можно отказаться от применения систем кондиционирования воздуха, что также поможет получить проекту дополнительные очки.

Таким образом, участие инженеров необходимо на раннем  этапе проектирования "зеленого" строительства. Рассматривая вопросы выбора местоположения здания, его формы и ориентации, инженеры могут повлиять на то, как в здании будет использоваться энергия, и помочь спроектировать его наилучшим образом с точки зрения защиты окружающей среды.