Энергоэффективность инженерных систем

Авторы несут единоличную ответственность за содержание данного учебного материала. Мнение авторов учебного материала может не совпадать с мнением Европейского Союза. Агентство EASME по малому и среднему предпринимательству ЕС и Европейская Комиссия не несут ответственности за применение включенных в учебный материал сведений.

Воздухообмен, воздух в помещениях и отоплениеИнженерное оборудование

Настройка и приемка инженерных систем

На энергетическую эффективность инженерных систем влияют• выбор оборудования, системы и их совместимость• маршруты прокладки воздуховодов и

трубопроводов, изоляция• герметичность воздуховодов, проходов через

конструкции и помещений• чистота решеток, фильтров и вентилей• регулировка систем и автоматика управления• эксплуатация и обслуживание

Воздухообмен и воздух в помещениях

• Вентиляция – один из основных потребителей энергии.• Вентиляция обеспечивает поступление свежего воздуха в помещения

и удаление из помещений таких загрязнений воздуха, как• углекислый газ, влага, пыль, токсины, аллергены и чад, возникающий при

приготовлении пищи• выбросы от новых строительных материалов и встроенной мебели

• Недостаточная вентиляция вызывает• затхлость воздуха, неприятные запахи• повышение содержания диоксида углерода в воздухе - головную боль и

ощущение усталости• концентрацию влаги – повреждения, вызванные влажностью• благоприятные условия для размножения микробов.

• Необходимо обеспечить переток воздуха между помещениями• помните о щелях под дверью, и о том, чтобы держать двери открытыми,…

Вентиляция

Хороший воздух в помещениях• достаточный объем притока или замещения

воздуха• рекомендуемой считается температура воздуха в

помещениях 20–22 oC, температура ниже 18 и выше 23 градусов может быть опасна для здоровья

• скорость воздушного потока в помещениях по нормам составляет 0,2 м/с, рекомендуется 0,1 м/с

• при хорошем воздухе в помещении содержание углекислого газа в нем менее 900 ppm (углекислый газ – хороший общий показатель качества воздуха)

• на рисунке изображен измерительный прибор для определения качества воздуха

• По строительным нормам весь объем воздуха в здании должен полностью меняться полраза в час (коэффициент воздухообмена 0,5).

• В пустом здании коэффициент воздухообмена должен быть не менее 0,2.• Свежего воздуха требуется 6 литров в секунду, или 21 м3/час на человека

(регулировка по необходимости).• Свежий воздух с улицы должен поступать в спальни и гостиные

• спальни 0,5 л/с/м2

• гостиная 0,5 л/с/ м2.• Воздух удаляется из помещений, в которых высокая влажность или много

загрязнений• кухня 8–25 л/сек.• ванная 10–15 л/с• хозяйственное помещение 8–15 л/с• туалет 7–10 л/с• сауна 2 л/сек./ м2

• гардеробная, кладовые 3 л/с

Объем воздухообмена

Естественная вентиляция

При естественной вентиляции теплый воздух вытягивается через трубу наружу, а свежий воздух поступает в здание через клапаны в стене.

Естественная вентиляция• Была распространена вплоть до 1960-х годов.• Естественная вентиляция основывается на том, что теплый воздух, более

легкий, чем холодный, поднимается вверх. Из-за разницы температур между помещениями и улицей возникает перепад давления.

• Зимой разница температур между воздухом в помещениях и на улице велика, поэтому и перепад давления велик, так что вентиляция работает хорошо.

• В теплое время года естественной вентиляции может помочь, например, обогрев вытяжной трубы системы масляного отопления. (Обычно путем вытяжки воздуха служит кирпичная труба).

• Управляемый приток замещающего воздуха необходимо обеспечить клапанами.

• Поддержание концентрации углекислого газа в рамках нормативных значений обычно требует также постоянного притока воздуха через окна.

• Распространенная проблема – забивание клапанов из-за тяги. • Обслуживание клапанов заключается в их регулярной очистке.

Пример естественной вентиляции дома площадью 150 м2

Приток на нижнем этаже: • 3 приточных клапана• 1 окно с

микропроветриванием• приоткрыто (на 1 см)

Вытяжка:• 1 вытяжной клапан из ванной

на нижнем этаже• в спальне на верхнем этаже

приоткрыто окно, над окном имеется клапан

Качество воздуха:• Температура на улице -

25 oC• На обоих этажах 2

человека • Концентрация

углекислого газа почти удовлетвори-тельная на верхнем этаже дата время [ппм] CO2

• Была распространена в 1960–90 годах.

• Вытяжка осуществляется вентиляторами.

• Регулировка, как правило, там, где вытяжной зонт.

• Требует достаточных путей перетока и замещения воздуха.

• Распространенная проблема – забивание клапанов из-за тяги.

• Необходимо следить за работой вентиляторов.

• Клапаны требуют регулярной очистки.

Принудительная вытяжная вентиляция

Принудительная вентиляция

Дефлектор

Наружный воздух

Спальня

Гостиная

Ванная

Вытяжной воздух

Кухня

Иллюстрация: Ассоциация внутреннего климата

Переточный воздух

• Приток и вытяжка осуществляются вентиляторами.

• Точная регулировка, погода не влияет на вентиляцию.

• Приточный воздух фильтруется и по необходимости нагревается.

• За счет рекуперации тепла энергия из воздуха, вытягиваемого наружу, возвращается в здание.

• Как правило, здание проектируется так, чтобы давление воздуха внутри было на 0–10 Па ниже давления наружного воздуха, что помогает избежать повреждений конструкций из-за влаги.

• Ограждающие конструкции здания должны быть герметичными.

• В старых зданиях из-за излишнего разрежения в воздух помещений могут засасываться микробы.

Принудительная приточно-вытяжная вентиляция

Принудительная приточно-вытяжная вентиляция

Вентустановка, рекуперация тепла

Дефлектор

НаружныйвоздухСпальня

Гостиная

Приточный воздух (с подогревом)Вытяжной воздух

Иллюстрация: Ассоциация внутреннего климата

Выключатель у камина

Ванная

Вытяжной зонт

Кухня

Переточный воздух

Наружный воздух

Рекуперация тепла• Значительная часть энергии из удаляемого воздуха может быть

использована с помощью теплообменников. • Тепло из вытяжки используется для подогрева приточного воздуха,

или, например, для нагрева бытовой воды с помощью теплового насоса.

• Рекуперация тепла требует герметичности здания.• КПД современного оборудования рекуперации тепла составляет

ок. 80 %.

[eksergia.fi]

+22

+12

-5

+13

Пример Заслонка

Свежий воздух

Байпас

Выброс

Вытяжной воздух из помещения

Приточный воздух в помещение

Отопление

Способ производства теплаВсе большее распространение получают различные формы возобновляемой энергии и гибридные системы

Тепловые насосы• К 2014 году в Финляндии было установлено около 500 000 тепловых

насосов, которые производят 5 ТВт·ч энергии в год. По предварительным оценкам, к 2020 году будет установлено еще 500 000 тепловых насосов.

• В жилых зданиях в эксплуатации находится 200 000 масляных котлов и 100 000 других систем водяного отопления, а также 500 000 систем электрического отопления. Тепловые насосы могут работать параллельно с ними или заменить их.

• Систем вытяжной вентиляции многоквартирных домов насчитывается 36 000. Тепловой насос вытяжки – хороший способ экономить в них энергию. Снижение затрат на отопление в лучшем случае достигает 40-50%.

• Энергоснабжающие организации не могут повысить цену энергии на том основании, что жилищное товарищество приобрело тепловой насос.

• Компрессоры тепловых насосов надежны, однако ошибки при монтаже, настройке или эксплуатации могут свести к нулю пользу от них.

• Пользователям необходимы четкие инструкции в письменном виде, а также индивидуальные рекомендации по эксплуатации.

Характеристики насосов• Тепловой коэффициент воздушного теплового насоса COP говорит о том, насколько

эффективно потребленная электроэнергия преобразуется в тепловую. Коэффициент COP всегда измеряется при температуре +7 градусов. Например, значение 4 означает, что из 1 киловатта электроэнергии получается 4 киловатта тепловой мощности.

• Тепловой коэффициент отопительного периода SCOP рассчитывается (для четырех отдельных) отопительных периодов. Кроме того, Европа разделена на три климатических пояса. Самый северный из них считается по климату Хельсинки. Этот показатель, однако, не всегда указывается в документации на тепловые насосы.

• Коэффициент энергоэффективности EER – это коэффициент холода. Хорошо, когда он выше 3,5.

• SEER – это годовой коэффициент охлаждения, который в Финляндии обычно не считается важным основанием для сравнения.

• По результатам шведских исследований, значения SCOP геотермальных насосов в 2010-х годах составили в домах с теплыми полами 3,5-5, в домах с батареями отопления – 3,0-4,1.

• SCOP тепловых насосов "воздух-вода" в Южной Швеции в домах с батареями отопления составил 1,8-3,0, а воздушных тепловых насосов – 2,8-3,4 (средняя температура 6,1 oC)

• В Северной Швеции значения SCOP воздушных тепловых насосов оказались в диапазоне 1,7-2,6 (средняя температура +1,3 oC)

Сравнение и выбор тепловых насосов• Тепловые насосы хорошо подходят для использования в качестве

основного вида отопления в новых домах и дополнительного источника тепла в старых домах.

• При выборе теплового насоса следует учитывать, в частности, следующее:• SCOP, климат и цену.• Существующий способ теплораспределения: со старыми однопанельными

радиаторами лучшие коэффициенты энергоэффективности тепловых насосов "воздух-вода" и геотермальных насосов не получить. Более низкая температура теплых полов повышает КПД насосов.

• С помощью воздушных тепловых насосов можно очищать воздух в помещении, легко и быстро регулировать температуру воздуха. С другой стороны, устройства, установленные в помещениях, требуют регулярной очистки.

• При применении совместно с теплыми полами тепловые насосы "воздух-вода" и геотермальные насосы легки и приятны в эксплуатации.

Гибридные системыГибрид означает одновременное использование отдельных способов производства тепла. Когда говорят о тепловых насосах, речь зачастую идет о гибридных системах.

• В гибридных системах энергия в основном получается от тепловых насосов, а если их мощности не хватает, то из других источников.

• Обычно к наиболее экономичному решению приводит расчет теплового насоса на работу с частичной мощностью. При этом в сильные морозы дополнительно используется камин или электрическое отопление. Так можно сэкономить, например, на глубине колодца для геотермального насоса.

• При приобретении системы необходимо сравнить разные варианты расчетной эксплуатации и убедиться в том, что рабочая мощность вариантов для сравнения одинакова.

• Внутренний блок воздушного теплового насоса устанавливается в самом большом возможном помещении, в которое обеспечен доступ.• В радиусе действия внутреннего блока остальные нагревательные приборы необходимо

выставить на более низкую температуру. • В помещении, где находится воздушный тепловой насос, поддерживается более высокая

температура, чем в других помещениях. В этом случае теплый воздух будет попадать и в них.

• Оптимальная настройка одновременной эксплуатации трех источников тепла – очень сложная задача.

• Правильность настроек необходимо испытать как в холодное, так и в теплое время года.

Солнечное отопление с 1985 года

При использовании солнечных коллекторов необходимо учитывать значительные перепады температуры

→тепловая деформация крепежа, швов и проходов

→тепловая деформация труб→кипение и испарение

жидкости→опасность перегрева и

возгорания→изоляция и уплотнение.

Распределение тепла• При предварительной регулировке распределения тепла необходимо учесть, что

угловые комнаты и нижние этажи требуют больше отопления. Также следует помнить о тепловых нагрузках, таких как солнечное излучение и задержки, вызванные накоплением тепла в конструкциях.

• В низкоэнергетических домах колебания внутренних тепловых нагрузок сильно и быстро влияют на потребность в тепле. Колебания температуры наружного воздуха влияют незначительно и медленно.

• Отопление батареями легко регулировать, однако оно требует относительно высокой температуры воды.

• При использовании теплых полов при низкой температуре достигается высокая тепловая мощность и ощущение тепла, однако медленная реакция на регулировку может привести к излишнему нагреванию.

• Изоляция труб системы теплоснабжения и горячей циркуляционной воды важна с точки зрения как потерь тепла, так и тепловой нагрузки, вызванной ими.

• Следует учитывать также температуру, ощущение комфорта, воздушные потоки и сквозняки.

• За счет устранения сквозняков и "излучения холода" отопление можно устанавливать на меньшую мощность.

• Снижение температуры на 1 градус уменьшает потребность в энергии прим. на 5%.

Инженерное оборудование

Маршруты прокладкиПри монтаже воздуховодов и трубопроводов необходимо учитывать, что• размеры воздуховодов и места расположения переходов должны соответствовать проекту.• потери давления минимизируются, в частности, за счет уменьшения количества ненужных отводов и изгибов. • следует оставлять запас места для изоляции воздуховодов и труб, а также прочих установок

• Воздуховоды, трубопроводы водоснаб-жения, канализации и отопления, кабель-ные полки, изоляция, светильники, …

• насосы, регулировочные заслонки, шумоглушители, …

• измерительные приборы, термостаты, датчики, …

Маршруты прокладки необходимо согласовывать• Обязательно организовать сотрудничество между монтажниками

инженерных сетей на объекте.• Принципы монтажа и маршруты прокладки необходимо согласовывать

заранее, как минимум, в отношении коридоров и труб; также следует оставлять место для изоляции.

• Также необходимо сотрудничество с проектировщиками. Например, у проектировщика можно попросить разрезы коридоров, прилегающих к теплораспределительному пункту и помещению для вентустановки.

• В неотапливаемых помещениях приточные воздуховоды должны быть оснащены хорошей изоляцией.

• Следует убедиться, что осадка изоляции под воздуховодами не создает пустот с холодным воздухом.

• Например, между фермами монтируются минералватные плиты, воздуховоды помещаются рядом с фермами, а сверху напыляется минвата. По необходимости выполняется трамбовка минваты.

• По возможности горячие трубы размещаются с теплой стороны изоляции, а холодные – с холодной.

• Изоляция от конденсата требуется, например, в следующих случаях:• воздуховоды приточного воздуха в теплых помещениях• отдушки канализации в теплых помещениях• трубы холодного бытового водоснабжения в теплых

помещениях• изоляция вытяжных воздуховодов в холодных

помещениях• Проходы через ограждающие конструкции следует

выполнять с особой тщательностью одновременно со строительно-техническими работами.

Коммуникации и изоляция верхнего перекрытия

Изоляция воздуховодов• При многослойной изоляции швы в

разных слоях должны располагаться в разных местах.

• Поперечные швы располагаются в местах расположения подвесов.

• Шов верхнего слоя по возможности должен находиться внизу.

• Швы фольгированной изоляции склеиваются алюминиевым скотчем.

• В конце прочность изоляции повышается бандажом из стальной проволоки с шагом 250 мм.

Применение электричества по необходимостиСледует выбирать такое электрооборудование и системы, которыми можно пользоваться по необходимости. • Мощность вентиляторов в воздушных тепловых насосах и вент-установках можно снизить на время своего отсутствия.• Температура ночью может быть ниже, чем днем.• Если в какие-то моменты требуется меньший подогрев, теплые полы можно отключить или выставить на периодическое включение не только термостатом, но и по таймеру.• Стирку белья и мытье посуды можно запрограммировать на ночь, когда потребление электричества ниже. Это снижает затраты энергоснабжающей организации и может повлиять на цены для потребителей.• В настоящее время потребители тоже могут покупать электроэнергию по почасовым тарифам.• Управление предпусковым подогревом автомобилей по времени и температуре воздуха, зарядка электромобилей по таймеру в то время, когда электричество дешевле.• Управление освещением помещений общего пользования и наружным освещением по таймерам и датчикам освещенности и движения. Исходные значения устанавливаются так, чтобы энергия расходовалась экономно, однако с учетом потребности в освещении.• Нагрев электрических печей в саунах и бойлеров можно чередовать с отоплением помещений с помощью систем управления нагрузками на электросеть.• Рекомендуется приобретать оборудование с маркировкой A+++.

Наладка и приемка в эксплуатацию инженерных систем

Домашняя автоматика и управление использованием энергии

• При монтаже термостатов и датчиков следует учитывать тепловые нагрузки, охлаждающее или нагревающее воздействие на оборудование и системы таких факторов как солнечное излучение, приточный воздух, холодные поверхности и т.д…

• Устройства управления оборудованием называются и маркируются четко и понятно. Например, выключатели по таймеру называются на понятном языке, а не кодом.

• За дверью электрощитовой снаружи указываются данные о выключателях, а внутри помещения хранятся инструкции по их эксплуатации.

• Все настройки делаются вместе с пользователем целесообразно, свои в каждом конкретном случае.

• Отопление и вентиляция могут регулироваться не только по таймеру и датчикам температуры, но и по датчикам влажности и углекислого газа, а также по датчикам движения и по результатам измерения солнечного излучения.

• За счет регулировки отопления по потребности в нем можно снизить необходимость энергии на отопление и даже повысить комфортность по температуре – отапливаются те помещения, в которых находятся люди.

• До сдачи-приемки здания в эксплуатацию испытаниями проверяется работоспособность инженерных систем, производится соответствующая настройка• регулировка объема воздуха• предварительная регулировка кранов батарей отопления• работа термостатов и датчиков• замеры температуры• определение влияния тепловых нагрузок• тестирование совместной работы разных систем• надежное обеспечение работы систем контроля,

сигнализации и отчетности• Копии рабочих схем и протоколов замеров должны храниться в

помещении вентустановки и теплораспределительном пункте.• Пользователи систем проходят инструктаж по вопросу их

правильной эксплуатации.• Необходимо зарезервировать достаточно времени на

проведение рабочих испытаний. • Помещения должны закрываться, чтобы результаты измерений

были достоверными.• Во время проведения измерения уже нельзя выполнять

никаких значительных строительных работ.

Приемка инженерных систем в эксплуатацию

Одна из четырех вентустановок Парка идей

и теплообменник

Совместная работа различных систем• Необходимо предотвратить одновременную работу систем

отопления и охлаждения, а также быстрое переключение между ними – оставлять достаточный запас времени!

• Термостаты и датчики устанавливать в местах, где нет излишних тепловых нагрузок или охлаждения.

• Следует учитывать:• приточный воздух• внешние тепловые нагрузки,

такие как солнечное излучение• светильники• вентиляторы оборудования.

Термостаты нельзя закрывать другим оборудованием, занавесками, полотенцами… хотя соблазн велик.

Важно помнить!• Герметичные конструкции, соединения и проходы

коммуникаций через конструкции, а также хорошая изоляция – основа энергоэффективной инженерной техники.

• Проектирование и настройка гибридных систем – задача сложная. Необходимо потратить много сил и времени на тестирование.

• Работу систем необходимо контролировать:• качество воздуха, температура и влажность• в некоторых случаях углекислый газ, объем и потоки воздуха,… • энергопотребление• мероприятия по техническому обслуживанию, такие как очистка

фильтров.• Привычки потребителей значительно влияют на потребление

энергии; потребителям требуется инструктаж и советы по эксплуатации.

• Существует огромное количество способов снизить энергопотребление – они даже могут повысить комфортность пребывания.

В учебный материал включены передовые практики и принципы энергоэффективного строительства. Авторы не несут ответственности за их применимость в представленном виде

для отдельных строительных проектов. Отдельные строительные проекты следует выполнять в соответствии с планами реализации данных объектов.