Въвеждането на концепцията за сграда с почти нулева консумация на енергия предизвика интерес, съпротива и очаквания. Какво следва? Намаляването на енергийната интензивност на сградите е тенденция, която може да се наблюдава в развитието на строителството от 80-те години на миналия век. По различно време, главно във връзка с промени в цените на енергията, той се подчертава и впоследствие се потиска, но като цяло това е дългосрочен и повече или по-малко непрекъснат процес.

почти

В началото на това хилядолетие бяха извършени задълбочени анализи на потреблението на енергия в сградите, което доведе до изразяване на 40% от общото потребление на енергия в сградите в Европа [3]. Тази стойност също надвишава дела на консумираната енергия в транспорта или промишлеността (фиг. 1).

Фиг. 1 Развитие на потреблението на енергия в страните от IEA в Европа от 1972 до 2008 г. [5]

Енергия и сгради

Сградите създават изкуствена вътрешна среда и предпазват потребителите от външната среда. Тази основна функция - създаването на вътрешна среда - се осигурява от обвивката на сградата и техническото оборудване, които регулират параметрите на вътрешната среда според изискванията на потребителя. За промяна на параметрите на вътрешната среда обаче са необходими различни форми на енергия, най-често топлинна енергия. В нашите климатични условия това са предимно системи за отопление, охлаждане или вентилация, обработка на влажност и филтриране на въздуха или изкуствено осветление. Делът на отделните компоненти на енергопотреблението при създаването на вътрешна среда е променлив както в зависимост от предназначението на сградата (напр. Плувен басейн срещу фамилна къща), така и с течение на времето, тъй като изискванията за качеството на обвивките на сградата се развиват - за пример са се увеличили 5 пъти през последните 20 години. Друг значителен разход на енергия в сградите е свързан с приготвянето на топла вода за покриване на човешките хигиенни нужди. Тази стойност не показва значителни промени в дългосрочен план, но леко се увеличава във връзка с увеличаването на изискванията за комфорт.

Енергийни характеристики на сградите

Директива [3] определя изискванията за обща обща рамка за изчисляване на енергийните характеристики на сградите и техните компоненти. Според [3] енергийните характеристики на сграда означават „изчисленото или измерено количество енергия, необходимо за покриване на енергийните нужди, свързани с типично използване на сградата, което включва, inter alia, енергия, използвана за отопление, охлаждане, вентилация, горещо вода и осветление. "дефиницията не посочва отделно енергията, необходима за регулиране на влажността в климатичното оборудване, този елемент - в климатизирани сгради, за да не бъде пренебрежимо малък - трябва да се вземе предвид при изчисленията. Терминът "количество енергия" се отнася за период от една година и може да бъде изразен на няколко нива (Фигура 2).

Фиг. 2 Енергийни характеристики на сградите (ВЕИ - възобновяеми енергийни източници, ВЕИ - невъзобновяеми енергийни източници, DH/CH - централизирано захранване с топлина/студ)

Сгради с почти нулева консумация на енергия

Едно от изискванията на директивата за енергийните характеристики на сградите No. 2010/31/ЕС [3] е, че до 31 декември 2020 г. всички нови сгради трябва да бъдат „сгради с почти нулева енергия“ - нови сгради, използвани и притежавани от публични органи след 31 декември 2018 г. За целите на настоящата директива означава сграда с почти нулева енергия означава сграда, чиято енергийна ефективност, определена съгласно метода, посочен в настоящата директива, е много ниска. Почти нулево или ниско потребление на необходимата енергия трябва да се покрива до голяма степен от възобновяеми източници, включително възобновяема енергия, произведена на или около обекта. Тази много амбициозна цел се постига въз основа на националните планове на отделните държави-членки, които определят как ще се направи това и кои сгради ще бъдат освободени от това изискване.

Акцентът отново е върху разходната ефективност на мерките, които водят до изпълнението на тези сгради. От техническа гледна точка има голяма степен на несигурност или намерение от страна на съставителите на този текст, който в определението използва "меки" термини като "много нисък", "значителен обхват" или "в или около мястото ". Ще бъде неприятна констатация за крайния потребител, че termus technicus „сграда с почти нулева енергия“ не отразява действителното потребление на енергия, а само фактът, че сградата ще има по-ниско потребление от останалите в своята категория и голяма част от трябва да бъдат покрити от възобновяеми енергийни източници. В допълнение, терминът енергийна консумация се отнася до първична енергия, която е енергията на първични източници, които не са преминали през процес на преобразуване (например въглища, газ, ядрена енергия, дървесина, слънчева енергия).

Фиг. 4 Електрохроматичен прозорец (Снимка: автор)

Технически мерки, насочени към сгради с почти нулева консумация на енергия

Технологичният напредък в областта на новите материали и технологии за сгради води до намаляване на оперативното потребление на енергия на сградите. Трябва да се каже, че тласъкът за развитието на тези технологии и материали е социалният натиск. Разбира се, когато се обмисля енергийната ефективност, има и въпроси като: „Колко енергия ми е необходима, за да произведа даден енергоспестяващ материал или система?“ Тези въпроси не се разглеждат от настоящата директива за енергийните характеристики на сградите в нивото на закона, но се разработват методи и процедури, вземете под внимание фактите. Типичен пример е общата дискусия за фотоволтаичните клетки, в която техните опоненти посочват обективно необоснованата идея, че производството на фотоволтаични клетки консумира повече енергия, отколкото клетката произвежда през живота си. Трябва да се докаже, че сегашното ниво на картографиране на всички технологични процеси на производство на строителни материали и елементи на системи за техническо оборудване на сгради не позволява тези оценки да бъдат обработвани обективно и затова тези методи за цялостна оценка са в процес на разработка и.

Градска гледка

Общественият натиск да се използват възобновяеми енергийни източници, които не винаги доставят енергия, когато е необходима, неизбежно води до идеи как да се преодолее неравномерното снабдяване и потребление на енергия в мрежата. Примери са известни на медиите проблеми със свръхпроизводството на електроенергия от вятърни електроцентрали или излишъци от топлинна енергия в слънчевите системи през лятото. В областта на електричеството този проблем се решава на ниво разпределителни системи чрез прехвърляне на енергия към мрежи, където тя може да се използва. В областта на топлинната енергия тя се решава чрез локално натрупване на топлина в резервоари за съхранение и изхвърляне на излишната енергия. Понастоящем използваните системи за съхранение на топлинна енергия в повечето случаи се основават на принципа на съхранение на енергия във вода в резервоари за съхранение. Измерванията и изчисленията на ефективността на това съхранение на топлина показват, че топлинните загуби на тези резервоари са от порядъка на десетки проценти и следователно има голям потенциал за спестяване. Развиваща се идея е взаимното свързване на енергийни източници чрез мрежи (топлинна и електрическа), което ще позволи използването на излишната енергия в друга част от мрежата.

Плик за сграда

Фиг. 5 Когенерационна единица на инсталация за биогаз (Снимка: автор)

Отопление на сгради

Въпреки това, при избора и проектирането на техническо решение за отоплителната система на сгради с ниска консумация на енергия, често има ситуация, при която изпълнението на добре регулирана отоплителна система е икономически необратимо поради ниската производителност на системата. Трябва да се има предвид, че недостатъчно регулираната отоплителна система може да доведе до надвишаване на потреблението на топлина за отопление и да бъде осуетена инвестицията в качествен плик. В същото време има очевидно влияние на отоплителното устройство върху качеството на вътрешната среда на сградите, което не трябва да се забравя, за да отговори на изискването за топлинен комфорт. В областта на топлинните източници се оказва значителен натиск върху използването на възобновяеми енергийни източници, в нашите условия това е предимно слънчева енергия, енергия на околната среда и биомаса. Може да се очаква разработването на технически решения за повишаване на ефективността на слънчевите колектори, коефициента на нагряване на термопомпите и изграждането на нови източници за използване на биомаса. Темата за централизацията или децентрализацията на източниците и комбинираното производство на топлинна и електрическа енергия е и също ще бъде дискутирана тема.

Охлаждане на сгради

Фиг. 6 Пример за годишния курс на отоплителна и охлаждаща мощност в модерна офис сграда; картината показва преобладаването на необходимия капацитет за охлаждане над отоплението (Източник: автор)

Друг начин за намаляване на консумацията на енергия за охлаждане е използването на адаптивен модел на топлинен комфорт, който ще позволи да се позволи повишаване на вътрешната температура в критични дни и по този начин да се намали необходимия капацитет за охлаждане. Използването на този модел на топлинен комфорт, разбира се, зависи от съгласието на потребителя, който трябва да знае, че стайната температура ще бъде по-висока при екстремни външни условия. Намаляването на вътрешната температура в сгради с периодична експлоатация, където температурните промени не увреждат вътрешното оборудване, е исторически известен метод за нощно предварително охлаждане. Този метод се основава на принципа, че температурата на външния въздух спада през нощта и ако използваме по-студения нощен въздух за интензивна вентилация на сградата и охлаждане на масивни конструкции, можем да използваме такива предварително охладени конструкции през следващия ден за по-бавно покачване на температурата в сградата.

Нощното предварително охлаждане се използва в сгради, където през деня са позволени температурни колебания. След прилагане на мерките върху обвивката на сградата и оптимизиране на вътрешните източници на топлинно натоварване, е необходимо в някои сгради все пак да се елиминира топлинното натоварване, с други думи: да се охлади сградата. За това могат да се използват традиционни активни системи, използващи климатични агрегати или интегрирани системи под формата на охлаждащи тавани или греди. Всички тези системи се нуждаят от източник на студ, който може да бъде конвенционален компресорен чилър или, в случай на високотемпературно охлаждане (работещо при температури около 18 до 20 ° C) и възобновяеми студени източници, пилотна вода или енергия Появяват се приложения за абсорбционно охлаждане във връзка с използването на отпадъчна топлина или топлина от възобновяеми източници.

Вентилация

Фиг. 7 Подаване на въздух в помещението при принудителна вентилация на семейна къща (Снимка: автор)

Приготвяне на топла вода

В областта на пречистването с топла вода намаляването на нуждата е основен проблем поради нарастващите хигиенни изисквания и затова разработката се фокусира върху намаляване на оперативните загуби и оптимизиране на енергийните източници, използващи възобновяеми източници, особено слънчева енергия. Друга област на възможните икономии на енергия за приготвяне на топла вода е използването на рекуперация на топлина от отпадъчни води.

Заключение

Тенденцията за намаляване на енергийната интензивност на сградите е процес, който работи в нашите условия дълго време и естествено в резултат на усилията за оптимизиране на инвестициите и експлоатационните разходи на сградите. В момента термини като нискоенергийна и пасивна къща често се използват в професионалната общественост и тези сгради се прилагат. Въвеждането на концепцията за сграда с почти нулева консумация на енергия предизвика интерес, съпротива и очаквания на експерти и широката общественост. За съжаление, лингвистичният смисъл на този термин поражда очакванията на крайните потребители, които, макар и да запазят настоящото определение, в повечето случаи няма да бъдат изпълнени.

При запазване на настоящата тенденция на развитие, може да се очаква сграда с почти нулева консумация на енергия да има по-добре топлоизолирана обвивка, усъвършенствана система за засенчване на прозорци, добре регулирано отопление, контролирана вентилация и осветление и поне отчасти да бъде снабдена с възобновяеми енергийни източници отколкото днешната конвенционална сграда. Идейният проект на сгради с почти нулева консумация на енергия трябва да бъде решен чрез метода на интегриран дизайн, който координира проектирането на отделни подсистеми и търси възможността за многократно използване на елементи или системи за множество функции.

Литература
1. Акт бр. 318/2012 Coll., Закон за изменение № 406/2000 Sb. относно управлението на енергията, изменено.
2. Указ бр. 78/2013 Sb. относно енергийните характеристики на сградите.
3. Директива на Европейския парламент и на Съвета №. 2010/31/ЕС от 19 май 2010 г. относно енергийните характеристики на сградите (преработена).
4. Налично в Интернет: http://nkn.fsv.cvut.cz/.
5. Предлага се в Интернет: http://www.iea.org.
6. Kabele, K.: Концепция за ОВК сгради с почти нулева консумация на енергия. Сборник с доклади от конференцията Отопление 2013, Общество за екологично инженерство, 2013.

Текст: проф. Ing. Карел Кабеле, CSc. - авторът е ръководител на катедрата по ОВК в SvF ČVUT в Прага.
Рецензиран от: проф. Ing. Д-р Душан Петрас.

Статията е публикувана в списание TZB HAUSTECHNIK.