Мировой опыт проектирования энергоэффективных зданий

В основе концепции проектирования современных зданий лежит идея, что качество окружающей нас среды оказывает непосредственное влияние на качество нашей жизни как дома, так и на рабочем месте или в местах общего пользования. Такое выделение социальных аспектов является признанием того, что архитектура и строительство развиваются на основе духовных и материальных потребностей людей.

Проект первого энергоэффективного здания начал осуществляться в 1972 году в Манчестере (штат Нью-Хэмпшир, США). Энергопотребление, которое не было определяющим показателем в прошлом, стало в этом проекте доминирующим критерием.

Второе здание, которое было запроектировано и построено как энергоэффективное, это здание «EKONO-house» в г. Отаниеми (Финляндия). По сути это был эксперимент, в котором предстояло оценить эффективность архитектурных, инженерных и технологических мероприятий по экономии топливно-энергетических ресурсов, потребляемых зданием [ 4].

Особенностью проекта «EKONO-house» было строительство двух внешне одинаковых секций здания. Одна из них была построена по существующим на тот момент строительным нормам и не содержала инновационных решений по энергосбережению. Энергосберегающие инновационные решения были использованы при строительстве второй секции здания. В результате проектировщики получили уникальную возможность сравнить энергопотребление обеих секций и оценить эффективность выбранных решений.

Первая секция здания площадью 8 090 м2 и объемом 28 900 м3 была закончена в 1973 году, еще до энергетического кризиса. Вторая секция площадью 4 700 м2 и объемом 14 800 м3 была построена в 1979 году.

Основными инновационными энергосберегающими решениями здания «EKONO-house» были приняты:

• — эффективное использование внутреннего объема здания для минимизации площади ограждающих конструкций и уменьшения через них теплопотерь;
• — эффективная теплоизоляция ограждающих конструкций для уменьшения теплопотерь;
• — высокая теплоемкость ограждающих конструкций для накопления тепла и повышения теплоустойчивости здания;
• — аккумулирование тепла солнечной радиации в основании здания для снижения нагрузки на систему отопления;
• — применение вентилируемых окон для уменьшения теплопоступлений в летнее время и уменьшения теплопотерь в зимнее время;
• — минимальные утечки воздуха (герметичность здания) и низкий расход наружного воздуха в системе вентиляции для снижения затрат энергии на отопление здания;
• — эффективное освещение для снижения затрат электрической энергии;
• — система автоматического управления оборудованием климатизации и освещением для оптимизации и учета потребления энергии.

Для выбора оптимальных энергосберегающих решений и расчета их параметров создатели здания «EKONO-house» использовали компьютерное моделирование, выполненное посредством программного пакета «DOE», разработанного американским министерством энергетики.

Проект энергоэффективного самого высокого в Европе (250 м) здания «Commerzbank» во Франкфурте-на-Майне, (Германия) является не только новым достижением в архитектуре и инженерии высотных зданий, но открывает новое направление в общей истории мирового строительства [17]. В здании имеется атриум, проходящий от уровня земли до самого верхнего этажа. Атриум является каналом естественной вентиляции для смежных отдельных помещений. По всему зданию спирально расположены зимние сады высотой в 4 этажа, также являющиеся частью сложной системы естественной вентиляции. Естественное проветривание осуществляется посредством двухслойного вентилируемого фасада. Принятые технические решения улучшают микроклимат, создают благоприятную рабочую обстановку, обеспечивают помещения достаточным количеством дневного света.

В январе 2000 г. сдано в эксплуатацию 2-х этажное энергоэффективное здание учебного центра [18]. Здание общей площадью 1263 м² имеет 2-х этажный атриум. При проектировании использованы следующие энергоэффективные мероприятия:

• — ориентация здания позволяет максимально использовать солнечную радиацию и естественное освещение (здание вытянуто в направлении восток-запад, стена на юг имеет большую площадь остекления);
• — применены массивные бетонные перекрытия и внутренние стены для накапливания тепла и повышения теплоустойчивости здания;
• — выработка электроэнергии в солнечных фотоэлектрических панелях в количестве, покрывающем потребление;
• — использование тепла земли для отопления и охлаждения с помощью тепловых насосов;
• — максимальное использование естественного освещения и энергосберегающего искусственного освещения с датчиком наличия людей в помещениях (для снижения расхода электроэнергии на освещение);
• — покрытие крыши выполнено с повышенными теплозащитными свойствами (для уменьшения теплопоступлений от солнечной радиации);
• — наружные ограждающие конструкции имеют высокое сопротивление теплопередаче;
• — использование тепла и холода удаляемого воздуха для подогрева или охлаждения приточного воздуха;
• — применение солнцезащитных элементов в конструкции окон для снижения теплопоступлений от солнечной радиации через световые проемы в летнее время.

Для отопления (охлаждения) используются 24 геотермальные скважины глубиной 73 м и 21 тепловой насос.

В Москве в 2002 г. был построен энергоэффективный многоэтажный жилой домв микрорайоне «Никулино-2» [19], в котором были применены следующие мероприятия:

• — наружные ограждающие конструкции с повышенной теплозащитой;
• — система отопления — двухтрубная горизонтальная поквартирная с теплосчетчиком, установленным на кухне, с термостатическими вентилями на каждом отопительном приборе (обеспечивает возможность поквартирного учета и регулирования расхода тепловой энергии и индивидуальное регулирование температуры воздуха в помещениях);
• — система вентиляции с механической вытяжкой и естественным притоком через авторегулируемые воздухозаборные устройства в оконных переплетах и утилизацией тепла удаляемого вентиляционного воздуха посредством тепловых насосов;
• — теплонасосная установка для горячего водоснабжения (ГВС), использующая тепло грунта и удаляемого вентиляционного воздуха;

Следует отметить, что в условиях Узбекистана применение солнечных фотоэлектрических панелей практически неприемлемо из-за пока еще очень их высокой стоимости. Нецелесообразным можно считать и использование тепловых насосов, не нашедших широкого применения. Тем более при практическом отсутствии геотермальных вод в республике.

Все рассмотренные энергоэффективные здания построены и ориентированы на эксплуатацию в районах с холодным и умеренным климатом, значительно отличающихся от сухого жаркого климата Узбекистана. В связи с этим, целесообразно в следующем разделе диссертации рассмотреть вопросы улучшения микроклимата помещений, особенно в летнее время, в историческом наследии узбекской архитектуры.