Здания высоких технологий - возможности современного строительства

Здания высоких технологий - возможности современного строительства

Юрий Андреевич Табунщиков,
доктор техн. наук, член-корреспондент РААСН, Президент НП "АВОК"


Введение
Высокие технологии - инженерная деятельность по созданию новых изделий и технологий, если она основана на сильных ноу-хау, на правилах сильного мышления.
В отличие от энергоэффективных зданий, главная цель создания которых состоит в обеспечении экономии энергии на климатизацию, в зданиях высоких технологий приоритет отдается повышению качества микроклимата помещений здания и экологической безопасности при одновременном снижении энергопотребления.

Признаки высоких технологий
Для здания высоких технологий характерны следующие признаки:
1. Архитектура здания и его форма позволяют наилучшим образом использовать положительное и максимально нейтрализовать отрицательное воздействие наружного климата на здание;
2. Для теплоэнергоснабжения здания используется энергия окружающей среды, в том числе теплонасосные системы использования низкопотенциального тепла, солнечные коллекторы, топливные элементы и пр.;
3. В здании применяется комбинированная система климатизации, которая позволяет минимизировать использование или даже отказаться от системы кондиционирования воздуха;
4. Здание оборудуется механической вентиляцией, обеспечивающей надежное качество комфорта внутреннего микроклимата;
5. Здание высоких технологий есть интеллектуальное здание, оборудованное системой компьютерного управления инженерным оборудованием для повышения уровня комфортности и защиты здания, включая безопасность, противопожарную защиту, защиту от террористических актов и оптимизации технологических процессов.

Учет направленного воздействия наружного климата на здание
Оптимальный вариант архитектурной формы, ориентации и размеров здания может быть найден после решения следующей задачи: среди всех зданий заданного объема или заданной общей площади выбрать здание с такой архитектурной формой, размерами и ориентацией, что расход энергии на его отопление в холодный период и (или) на охлаждение в теплый период будет минимален при прочих равных условиях (степени остекления, тепло- и солнцезащите и т.д.).

Точное решение этой задачи впервые в мире на практике было получено М.М. Бродач и изложено в работах [1, 2]. В этих работах даны следующие принципы выбора формы и ориентации здания с учетом теплоэнергетического воздействия наружного климата. Известно, что интенсивность солнечной радиации, скорость и направление ветра, температура наружного воздуха изменяются в весьма широких пределах в зависимости от географического положения, рельефа местности и времени года. Воздействие солнечной радиации и ветра на здание есть теплоэнергетическое воздействие наружного климата. В зависимости от положения и ориентации наружной поверхности здания она подвергается различному теплоэнергетическому воздействию наружного климата. Теплоэнергетическое воздействие наружного климата на поверхность здания может оказывать положительное или отрицательное влияние на его тепловой баланс, и, следовательно, теплоэнергетическую нагрузку на систему отопления и кондиционирования воздуха. Например, воздействие солнечной радиации на здание в зимнее время снижает нагрузку на систему отопления. Теплоэнергетическое воздействие наружного климата на тепловой баланс здания можно оптимизировать за счет выбора при проектировании формы и ориентации здания.

Оптимизация теплоэнергетического воздействия наружного климата на тепловой баланс здания может быть проведена для различных характерных расчетных периодов. Этими периодами могут быть, например, наиболее холодная пятидневка, отопительный период, самый жаркий месяц, период охлаждения, расчетный год.

В этом случае оптимальный учет теплоэнергетического воздействия наружного климата в тепловом балансе здания за счет выбора его формы и ориентации для наиболее холодной пятидневки позволит снизить установочную мощность системы отопления;

для отопительного периода - снизить затраты энергии на отопление; для самого жаркого месяца - снизить установочную мощность системы кондиционирования воздуха;

для периода охлаждения - снизить затраты энергии на охлаждение здания;

для расчетного года - снизить затраты энергии на отопление и охлаждение здания.

В общем случае оптимальным образом учесть теплоэнергетическое воздействие наружного климата в тепловом балансе здания можно для любого характерного периода времени. Важно отметить следующее: изменение формы, размеров и ориентации здания с целью оптимального учета влияния наружного климата в его тепловом балансе не требует изменения площадей или объема здания - они сохраняются фиксированными.

Проведенные сопоставительные расчеты показали, что для здания, расположенного в Москве, оптимальный учет теплоэнергетического воздействия наружного климата на здание путем изменения его размеров позволяет снизить удельный расход тепловой энергии на отопление на 23%.

Наиболее эффективное в тепловом отношении здание в большинстве случаев не будет реализовано из-за ограничений, вытекающих из конкретной строительной ситуации. Однако можно ввести коэффициент (показатель тепловой эффективности проектного решения), характеризующий отличие принятого к проектированию здания от здания, наиболее эффективного в тепловом отношении.
Показатель тепловой эффективности проектного решения позволяет ответить на вопрос: насколько энергетически удачно запроектировано здание. Если величина показателя тепловой эффективности существенно отличается от единицы, то проектируемое здание нуждается в корректировке в части оптимизации учета теплоэнергетического воздействия наружного климата.

Примером обоснованного выбора архитектурной формы и ориентации здания с учетом направленного воздействия солнечной радиации является новое здание Мэрии Лондона (архитектор Сэр Норман Фостер). Пример выбора архитектурной формы и ориентации здания с учетом направленного воздействия ветра - стадион "Sapporo Dome" в Японии (архитектор Хироши Хара).

Необычная форма здания Мэрии Лондона определяется энергетическим воздействием наружного климата на оболочку здания и позволяет наилучшим образом использовать положительное и максимально нейтрализовать отрицательное воздействие наружного климата на энергетический баланс здания.

Для определения формы, ориентации и размеров здания использовались методы компьютерного моделирования. Были построены математические модели нагрузки на систему климатизации в летний и зимний период с учетом теплопотерь и теплопоступлений через оболочку здания. Учитывалось направленное влияния наружного климата на оболочку здания. Анализ этих моделей позволил определить форму здания, приближенную к оптимальной, при этом в качестве "точки отсчета" было выбрано значение максимально допустимых теплопоступлений от солнечной радиации через единицу площади наружных ограждающих конструкций в летний период. Проведенные расчеты позволили выбрать такие форму, ориентацию и размер здания, площадь и расположение светопрозрачных ограждающих конструкций, которые дали возможность в теплый период года минимизировать воздействие солнечной радиации на оболочку здания, и, следовательно, снизить затраты на его охлаждение. Минимизация потребности в охлаждении здания в летний период позволила, в свою очередь, отказаться от традиционной системы кондиционирования воздуха - для холодоснабжения здесь используются грунтовые воды с относительно низкой температурой.

Выбор формы и ориентации купола стадиона "Sapporo Dome" был обусловлен минимизацией снеговой нагрузки и уменьшением влияния холодных северо-западных ветров. Накопление снега на поверхности купола сведено к минимуму, так как большая ось купола ориентирована вдоль господствующего направления ветра, а профиль кровли аэродинамически благоприятен для сдува снега. На западной стороне стадиона размещена группа деревьев, образующая снего- и ветрозащитную полосу. Все въезды в спорткомплекс во избежание снежных заносов выполнены подземными.

Для обеспечения нормального роста травы на футбольном поле требовалось солнечное освещение - не менее четырех часов ежедневно. Традиционно для этого используются раздвижные или убирающиеся покрытия, однако большая снеговая нагрузка не позволяло использовать такое решение. Единственным вариантом оставалось перемещение самого футбольного поля. Естественный футбольный газон размером 120 на 85 метров весит 8300 тонн. Это первая в мире "висячая арена". Она может, "паря" на воздушной подушке, перемещаться со скоростью 4 метра в минуту при помощи 34 колес. Футбольная арена устанавливается вне стадиона на открытой площадке. Арена может разворачиваться, ориентируясь на солнечное освещение, что позволяет улучшить условия роста травы на газоне.

Использование энергии окружающей среды для теплоэнергоснабжения зданий

Для тепло- и электроснабжения зданий высоких технологий используется энергия окружающей среды. При этом уменьшаются затраты на энергоснабжение здания, а также уменьшается вредное воздействие на окружающую среду. Новые "нетрадиционные" или "возобновляемые" источники энергоснабжения зданий высоких технологий - это, например, теплонасосные системы использования низкопотенциального тепла земли, топливные элементы, фотоэлектрические панели (солнечные батареи), солнечные коллекторы.

Для получения электрической энергии в высотном здании "Conde Nast Building - Four Times Square" (США, Нью-Йорк, архитекторы Роберт Фокс и Брюс Фоул) используются, помимо городской энергосистемы, топливные элементы и фотоэлектрические панели. Топливный элемент (электрохимический генератор) - устройство, вырабатывающие электроэнергию из водорода и кислорода в процессе электрохимической реакции (без процесса горения), поэтому топливные элементы оказывают минимальное вредное воздействие на окружающую среду. В отличие от обычных батарей, топливные элементы не аккумулируют электрическую энергию, а преобразуют в электрическую энергию часть энергии топлива, поступающего от внешнего источника. В процессе работы химический состав топливного элемента не изменяется, то есть топливный элемент не нуждается в перезарядке. Для производства электрической энергии может использоваться не только чистый водород, но и другое водородосодержащие сырье, например, природный газ, аммиак, метанол или бензин. В качестве источника кислорода используется обычный воздух.

В здании "Conde Nast Building - Four Times Square" установлены два топливными элемента, мощность каждого топливного элемента - 200 кВт. В качестве источника водорода используется природный газ. Топливные элементы расположены на четвертом этаже здания. В ночное время они обеспечивают 100% потребности здания в электрической энергии, а в дневное время - 5% потребности. Годовая производительность двух этих установок составляет 3 млн. кВт·ч. Образующаяся в результате реакции горячая вода с температурой около 60°С используется для горячего водоснабжения, а также для отопления в зимнее время.

Фотоэлектрические панели ("солнечные батареи") позволяют преобразовывать энергию Солнца в электрическую энергию. Встроенные в здание "Conde Nast Building - Four Times Square" фотоэлектрические панели снижают потребление энергии от городской электросети. Пиковая мощность фотоэлектрических панелей достигает 15 кВт. Фотоэлектрические панели расположены на верхних 19 этажах здания с южной и восточной сторон. Тонкопленочные фотоэлектрические элементы были наклеены на листы закаленного стекла и интегрированы в фасад между рядами окон в виде полос шириной 150 см. В западный фасад другого высотного здания - жилого здания "Twenty River Terrace" (США, Нью-Йорк, архитектурное бюро "Cesar Pelli & Associates") также интегрированы фотоэлектрические панели (солнечные батареи). Общая площадь панелей составляет 316 м2. Электрическая энергия, вырабатываемая в фотоэлектрических панелях в течение года, позволяет покрыть до 5% общей энергетической нагрузки здания. Поскольку для климатических условий Нью-Йорка основные затраты энергии на климатизацию связаны с кондиционированием воздуха в летний период в дневное время, а в летнее время в фотоэлектрических панелях вырабатывается больше электроэнергии за счет большей интенсивности солнечной радиации, использование энергии Солнца позволяет значительно уменьшить пиковый расход электрической энергии из городской электросети.

Система тепло- и энергоснабжения экспериментального жилого района VIIKKI, расположенного в пригороде Хельсинки, помимо подключения к городским сетям централизованного тепло- и электроснабжения включает в себя крупнейшую в Финляндии установку по использованию солнечной энергии. Система солнечного теплоснабжения состоит из восьми установленных на зданиях солнечных коллекторов общей площадью 1248 м2. Эти солнечные нагревательные системы обеспечивают централизованное теплоснабжение и в некоторых случаях производят так же обогрев помещений припомощи систем подогрева пола. В жилом районе VIIKKI демонстрируются новые солнечные комбинированные системы, интеграция коллектора с крышей, системы пассивного использования солнечной радиации, параллельное использование систем солнечного обогрева и систем централизованного теплоснабжения, в солнечных коллекторах используются модули большой площади (с размером блока коллектора 10 м2). Солнечные коллекторы встроены в конструкцию крыши жилого дома. Эти коллекторы установлены под углом 47-60°. Такие углы оптимальны, поскольку они соответствуют наклону Солнца осенью, зимой и весной, когда имеется наибольшая потребность в энергии.

Низкопотенциальное тепло Земли может использоваться в различных типах зданий и сооружений многими способами: для отопления, горячего водоснабжения, кондиционирования (охлаждения) воздуха, обогрева дорожек в зимнее время года, для предотвращения обледенения, подогрева полей на открытых стадионах и т.п. В настоящее время это одно из наиболее динамично развивающихся направлений использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии.

В Москве, в микрорайоне Никулино-2 фактически впервые была построена теплонасосная система горячего водоснабжения многоэтажного жилого дома. Этот проект был реализован в 1998-2002 гг. Министерством обороны РФ совместно с Правительством Москвы, Минпромнауки России, НП "АВОК" и ОАО "ИНСОЛАР-ИНВЕСТ" в рамках "Долгосрочной программы энергосбережения в г. Москве".
В качестве низкопотенциального источника тепловой энергии для испарителей тепловых насосов используется тепло грунта поверхностных слоев Земли, а также тепло удаляемого вентиляционного воздуха. Установка для подготовки горячего водоснабжения расположена в подвале здания. Она включает в себя следующие основные элементы:

* парокомпрессионные теплонасосные установки (ТНУ);
* баки-аккумуляторы горячей воды;
* системы сбора низкопотенциальной тепловой энергии грунта и низкопотенциального тепла удаляемого вентиляционного воздуха;
* циркуляционные насосы, контрольно-измерительная аппаратура.

Основным теплообменным элементом системы сбора низкопотенциального тепла грунта являются вертикальные грунтовые теплообменники коаксиального типа, расположенные снаружи по периметру здания. Эти теплообменники представляют собой 8 скважин глубиной от 32 до 35 м каждая, устроенных вблизи дома. Поскольку режим работы тепловых насосов, использующих тепло земли и тепло удаляемого воздуха, постоянный, а потребление горячей воды переменное, система горячего водоснабжения оборудована баками-аккумуляторами.

Одним из источников энергии в высотном здании "MAIN TOWER" (Германия, Франкфурт-на-Майне, архитектурная студия "Schweger und Partner") также является низкопотенциальное тепло земли. В качестве вертикальных грунтовых теплообменников используются сваи фундамента здания "MAIN TOWER", в которых проложена сеть трубок. По трубкам циркулирует теплоноситель (вода). Всего для опоры здания используется 112 свай диаметром от 1,5 до 1,8 м, достигающих глубины 50 м. Общая длина трубок, по которым циркулирует теплоноситель, составляет более 80 км. Посредством теплонасосной установки низкопотенциальное тепло земли используется в системе климатизации. Мощность теплонасосной установки составляет 500 кВт.

Комбинированная система климатизации

Комбинированная система климатизации включает в себя сочетание и совместную работу систем отопления, охлаждения и вентиляции. Примером комбинированной системы климатизации является интегрированная система, включающая в себя систему воздушного отопления, совмещенного с механической вентиляцией, и охлаждающих или греющих перекрытий.

Энергопотребление здания с комбинированной системой климатизации на 70% ниже энергопотребления здания, оборудованного традиционной системой кондиционирования воздуха.

Вместо традиционной системы кондиционирования комбинированная система климатизации высотного здания "Commerzbank" (архитектор сэр Норман Фостер) включает в себя систему механической вентиляции с утилизацией тепла удаляемого воздуха, охлаждающие теплоемкие перекрытия с замоноличенными трубопроводами, конвекторы для обогрева помещений офисов и обогреваемые металлические конструкции светопроемов ограждений атриума. Огромную роль в создании микроклимата играет естественная вентиляция, ставшая возможной в высотном здании благодаря специальной конструкции окон и использованию зимних садов - "зеленых легких" здания. Все механические системы и окна управляются "интеллектуальной" системой, которая обеспечивает оптимальный режим работы систем вентиляции, отопления и охлаждения, а также позволяет сотрудникам индивидуально регулировать параметры микроклимата непосредственно в рабочей зоне.

В здании Мэрии Лондона, как и во многих других зданиях, созданных сэром Норманом Фостером, инженерные решения неотделимы от архитектурного облика самого здания и направлены на снижение энергопотребления, экологичность и повышение качества микроклимата в помещениях. Это позволяет создателям здания говорить об "интегрированной" энергосберегающей системе климатизации.

В этом здании используется комбинация естественной и механической вентиляции и не используется традиционная система кондиционирования воздуха. Офисные помещения, расположенные по периметру здания, могут проветриваться естественным образом через щелевые вентиляционные отверстия, расположенные под окнами. Естественному проветриванию способствует открытая планировка с большими внутренними объемами помещений. При открывании вентиляционных отверстий в данном помещении системы отопления и механической вентиляции могут отключаться автоматически, что позволяет минимизировать потери энергии.
В новом здании Мэрии использована концепция "двухслойного вентилируемого фасада". Внутренняя оболочка двухслойного фасада представляет собой стеклопакет, заполненный инертным газом. Наружная оболочка (первый слой) выполняет роль ветрозащитного экрана и снижает конвективный тепловой поток между поверхностью окна и наружным воздухом. Между этими двумя слоями расположен воздушный промежуток, а также солнцезащитные устройства в виде штор-жалюзи. Внешний слой остекления имеет отверстия в нижней части (ниже вентиляционных щелевых отверстий). При естественном проветривании наружный воздух, прежде чем попасть в здание, попадает в промежуток между слоями, где нагревается под воздействием солнечной радиации. Затем приточный воздух попадает в помещение через щелевое отверстие, расположенное в нижней части окна. Эти щелевые отверстия открываются вручную людьми, находящимися в данном помещении. Удаление воздуха происходит через щелевое отверстие в верхней части помещения. На наружном слое и в воздушном промежутке также происходит первоначальное ослабление солнечной радиации. Дальнейшее резкое уменьшение солнечной радиации происходит посредством солнцезащитных устройств.

При неблагоприятных погодных условиях (в очень жаркую или холодную погоду) щелевые вентиляционные отверстия перекрываются, и вентиляция помещений осуществляется посредством механической системы. В холодную погоду воздушный промежуток двухслойного фасада образует статичную воздушную прослойку, обладающую хорошими теплоизоляционными свойствами.

Механическая приточно-вытяжная вентиляция нового здания Мэрии организована по схеме "вытесняющей вентиляции" ("displacement ventilation"). Приточный воздух подается в вертикальный вентиляционный канал, расположенный в центральной части здания, откуда на каждом этаже распределяется по помещениям по горизонтальным воздуховодам, расположенным в пространстве под фальшполом. Воздухораздача осуществляется через воздухораспределительные решетки в полу. Удаление воздуха осуществляется из верхней зоны помещения. Воздух собирается в горизонтальные воздуховоды, расположенные выше подвесного потолка, а затем попадает в вертикальный сборный вентиляционный канал, расположенный, как и вертикальный канал приточного воздуха - в центре здания. Организация воздухообмена по схеме "вытесняющей вентиляции" позволяет обеспечить более высокое качество воздуха в обслуживаемых помещениях и снизить затраты энергии по сравнению с более традиционной схемой "перемешивающей вентиляции".

Для охлаждения воздуха в офисных помещениях Мэрии в летнее время используются "охлаждающие" потолки. Холодная вода циркулирует по пустотелым балкам в конструкциях потолка. Металлические части потолка охлаждаются и охлаждают воздух, который поступает в нижнюю часть помещения под действием гравитационных сил. Теплый воздух от находящихся в помещении людей, компьютеров, принтеров, осветительных приборов и другого оборудования поднимается вверх, где остывает и вновь очень медленно опускается, не вызывая при этом сквозняков. Таким образом обеспечивается практически одинаковая температура воздуха по всей высоте помещения. В качестве источника холодоснабжения используются грунтовые воды с относительно низкой температурой, составляющей 12-14°С. Для получения грунтовой воды используются две скважины глубиной 125 м, пробуренные до водоносного горизонта непосредственно под зданием Мэрии. Использование этого природного ресурса взамен воды, охлажденной в чиллерах, снижает потребление электрической энергии. Преимуществом такой схемы является повышенный тепловой комфорт в обслуживаемом помещении - отсутствие сквозняков, низкая скорость воздушных потоков в помещении, равномерность температуры воздуха по высоте помещения. Кроме этого, такие системы отличаются бесшумностью, низкими эксплуатационными затратами, компактностью.

После завершения цикла циркуляции по "охлаждающим" потолкам грунтовые воды собираются в сборном резервуаре, откуда затем сбрасываются непосредственно в Темзу. Часть этой воды используются для смыва в туалетах здания и для полива растений, что позволяет снизить потребление водопроводной воды.
Кроме непосредственного охлаждения помещений при циркуляции холодной воды в "охлаждающих" потолках, низкотемпературные грунтовые воды используются в охлаждающих змеевиках центральной механической системы вентиляции для центрального охлаждения приточного воздуха. Традиционные чиллеры, располагаемые на крыше здания, исказили бы его архитектурный облик.

В зимнее время тепло удаляемого вентиляционного воздуха, включая тепло бытовых теплопоступлений (главным образом тепловыделения от компьютеров, офисной техники и осветительных приборов), а также его влагосодержание может быть использовано для подогрева и увлажнения приточного воздуха. Для этого воздух, удаляемый из помещений здания Мэрии, собирается в вертикальном сборном вентиляционном канале, расположенном в центре здания, и пропускается через гигроскопические роторные рекуператоры, подогревая и увлажняя приточный воздух.

В летнее время охлажденный удаляемый воздух используется для предварительного охлаждения приточного воздуха. Комбинация устройств утилизации тепла (холода), использования грунтовых вод в качестве источника холодоснабжения, а также выбор формы, ориентации здания и солнцезащитных устройств позволила отказаться от каких-либо традиционных холодильных установок.
В здании Мэрии используется комбинированное отопление - система воздушного отопления, совмещенная с вентиляцией, и система водяного отопления. В системе водяного отопления в качестве отопительных приборов используются конвекторы, установленные в зале заседаний и в офисах, а также напольное панельно-лучистое отопление в фойе. В офисных помещениях конвекторы установлены по внешнему периметру и располагаются в пространстве под фальшполом, что предотвращает выпадение конденсата на относительно холодных светопрзрачных наружных ограждающих конструкциях, предупреждает образование сквозняков и освобождает пространство в помещениях.

Горячая вода также используется для подогрева приточного воздуха в центральной приточной установке. Для приготовления горячей воды используются два газовых бойлера. Для снижения расхода энергии, затрачиваемого на циркуляцию теплоносителя, использованы насосы с регулируемой скоростью вращения, которые позволяют увеличить или уменьшить расход теплоносителя в зависимости от времени года, времени суток, занятости помещений и т.д.

Механическая вентиляция
Сегодня основной строительной проблемой в мире является плохая вентиляция и неблагоприятный микроклимат в помещениях. Требования энергосбережения и снижения потерь тепла за счет инфильтрации обусловили применение герметичных окон, которые нарушают основной принцип работы естественной вентиляции - воздух в квартиры проникает через неплотности оконных заполнений. Выходом из создавшейся ситуации является устройство регулируемых приточных клапанов и использование механической вентиляции.

НП "АВОК" разработало новый свод правил "Организация воздухообмена в квартирах многоэтажного жилого дома". Целью разработки нового свода правил является определение технических решений по вентиляции помещений квартиры многоэтажного дома. Технические решения должны обеспечивать требуемый расход приточного наружного воздуха при эффективном использовании тепловой и электрической энергии; формирование основных требований к приточной и вытяжной системам вентиляции, их элементам; требований к сопротивлению воздухопроницанию ограждающих конструкций здания. В основу работы положен анализ отечественных и зарубежных исследований и специальные расчеты воздушно-теплового режима многоэтажных жилых зданий, анализ практики проектирования и строительства систем вентиляции современных жилых домов.

Использование системы механической вентиляции обеспечивает комфорт и качество микроклимата, повышает производительность труда на 20% и существенно снижает риск заболеваний. Система механической вентиляции, в отличие от естественной, обеспечивает гарантированный воздухообмен в помещениях при любых погодных условиях. Повышенные энергозатраты, связанные с работой вентиляторов, могут быть компенсированы за счет утилизации тепла удаляемого воздуха (например, на подогрев приточного воздуха или на горячее водоснабжение посредством тепловых насосов).
В многоэтажном жилом доме в микрорайоне Никулино-2 в Москве применена механическая вытяжная система вентиляции с естественным притоком через воздухозаборные устройства и утилизацией теплоты удаляемого вентиляционного воздуха при помощи теплонасосных установок.

Для обеспечения поступления в помещение наружного воздуха, по объему соответствующего количеству удаляемого, используются приточные устройства, встроенные в оконные коробки квартир (кроме кухни). Во избежание проникновения дождя в помещение с наружной стороны окна установлен козырек.

Отработанный воздух удаляется из квартир через авторегулируемые клапаны, установленные на кухнях, в ванных комнатах и в туалетах. Авторегулируемые клапаны обеспечивают прохождение через них постоянного расчетного расхода воздуха. При увеличении перепада давлений между квартирой и вентиляционной шахтой сопротивление клапана проходящему через него воздушному потоку увеличивается и, соответственно, количество удаляемого из квартиры "отработанного" воздуха уменьшается. При уменьшении перепада давлений между квартирой и вентиляционной шахтой, ситуация обратная - количество удаляемого из квартиры "отработанного" воздуха увеличивается. Конструкция клапана достаточно проста: изменение сопротивления клапана проходящему через него воздушному потоку обеспечивается автоматически за счет изменения объема находящейся в потоке удаляемого воздуха резиновой камеры, во внутреннюю полость которой имеет доступ воздух из квартиры. При изменении перепада давлений между квартирой и вентиляционной шахтой, соответственно изменяется и объем резиновой камеры, уменьшая или увеличивая проходное сечение клапана.

Для утилизации тепла удаляемого воздуха в вытяжной камере предусмотрен теплообменник-утилизатор, связанный с испарителями теплонасосных установок промежуточным контуром. Удаляемый воздух вытяжным вентилятором "прогоняется" через теплообменник-утилизатор, охлаждается и выбрасывается в атмосферу. Тепло удаляемого воздуха используется тепловым насосом для подготовки горячего водоснабжения. Полезное тепло собирается в баках-аккумуляторах, откуда по мере необходимости используется в системе горячего водоснабжения.

Компьютерное управление инженерным оборудованием (интеллектуализация здания)

Процесс управления обычным зданием требует вовлечения большого количества работников, которые следят за системами здания. В интеллектуальном здании система управления самостоятельно контролирует множество параметров, принимая соответствующие решения. Система управления контролирует различные системы здания - телефонно-компьютерную сеть, доступ в помещения, антитеррористическую защиту, пожарную безопасность здания, оборудование отопления, кондиционирования воздуха и вентиляции, системы видеонаблюдения в целях безопасности, системы проведения видеоконференций.

Мировой опыт эксплуатации зданий свидетельствует о том, что подсистемы здания нельзя рассматривать как обособленные. Взаимосвязь подсистем становится особенно важна при возникновении критических ситуаций (например, отказ одной из подсистем жизнеобеспечения здания, пожар, затопление здания, стихийное бедствие, несанкционированный доступ на объект и т.д.). Концепция интеллектуального здания заключается в создании единой взаимосвязанной системы управления всеми инженерными системами здания, которая обеспечивает создание комфортной и безопасной среды обитания внутри здания при одновременной минимизацией расходов на поддержание этой среды.

Интеллектуальное здание представляет собой совокупность инженерно-технических решений и организационных мероприятий, направленных на создание высокоэффективной системы управления зданием, максимально отвечающей потребностям пользователей и владельцев этого интеллектуального здания. Один из основных компонентов интеллектуального здания - система управления зданием, представляющая собой комплекс программно-аппаратных средств, основной задачей которого является обеспечение надежного и гарантированного управления всеми подсистемами здания при его эксплуатации. Система способна за счет анализа полной неразобщенной информации, получаемой от всех эксплуатируемых подсистем (например, пожарная сигнализация, система теленаблюдения, телефонная сеть, система климатизации и т.д.) принять правильное решение и выполнить соответствующее действие или проинформировать о событии соответствующую службу. Современные системы управления зданием не имеют ограничений на расширение и модернизацию и построены в соответствии с принципом открытой архитектуры, то есть все компоненты системы, как программные, так и аппаратные, не привязаны к какому-то одному производителю.

Каждая из подсистем интеллектуального здания, функционирующих под управлением автоматизированной системы управления зданием, работает в оптимальном (наилучшем) режиме за счет взаимного обмена данными с другими подсистемами здания, что в итоге позволяет добиться максимально эффективной работы как каждой из подсистем, так и всей системы в целом. Кроме этого, при создании системы управления можно уменьшить число компонентов системы, исключив дублирующие элементы.

Интеллектуализация здания - это новый уровень удобства, безопасности и комфорта, разумное использование электроэнергии, уменьшение расходов на ремонт и эксплуатацию. Например, в бизнес-центре компании "British Airways" в Хармондсворте (Великобритания) использование объединенной системы управления освещением, вентиляцией, кондиционированием воздуха и контроля доступа экономит до 24 млн. долл. ежегодно за счет более эффективной работы всех систем комплекса и повышения производительности труда персонала на 20%.

Сотрудники центра могут работать из любой точки бизнес-центра, других офисов компании или даже из дома, при этом в любой точке комплекса есть возможность выхода в основную сеть. Через интранет-сеть бизнес-центра обеспечивается доступ к информационной библиотеке, проведение видеоконференций и организация учебных курсов для персонала. Есть даже внутреннее телевещание. Телефонная сеть дает возможность создать голосовые и факсимильные почтовые ящики, доступ к которым возможен с любого телефона при вводе идентификационного номера. Перемещаясь по зданиям бизнес-центра, сотрудники могут поддерживать связь друг с другом при помощи сети беспроводной телефонной связи.
В бизнес-центре объединены системы управления освещением, вентиляцией и кондиционированием и система контроля доступа на базе протокола LonWorks. Использование общей коммуникационной шины делает возможным обмен информацией между различными управляющими системами, что позволит в будущем обеспечить полную интеграцию всех служб комплекса зданий бизнес-центра.
Около 13 тыс. светильников регулируются примерно 800 восьмиканальными управляющими модулями с использованием информации от 2000 комбинированных датчиков движения и освещенности. Эти же датчики используются для управления системой кондиционеров и вентиляторов. При появлении человека свет и вентиляция автоматически включаются, а через некоторое время после освобождения помещения - выключаются. В конференц-залах управление освещение и аудио и видеооборудованием интегрировано.

Система автоматизации и управления зданием "Commerzbank" обеспечивает оптимальный режим работы систем вентиляции, отопления и охлаждения, а также позволяет сотрудникам индивидуально регулировать параметры микроклимата непосредственно в рабочей зоне.

Заключение

Современные здания высоких технологий значительно отличаются и от "традиционных" зданий, и от первых энергоэффективных зданий, в которых комфорт и качество микроклимата часто приносились в жертву экономии энергии. Концепция создания современных зданий высоких технологий предусматривает гармонизацию энергоэффективных зданий, интеллектуальных зданий, зданий биоархитектуры и стремится к достижению уровня так называемых "Sustainable building".

Половина потребления энергии в развитых странах приходится на здания, и еще четверть - на транспорт. Архитекторы и инженеры не могут решить все мировые экологические проблемы, однако могут проектировать здания, требующие только часть потребляемой ныне энергии, и, кроме того, улучшающие среду обитания человека. Расположение и функциональное назначение здания, его ориентация и форма, его система климатизации, характеристики используемых при строительстве материалов - все эти параметры влияют на энергопотребление и качество микроклимата здания. Сегодня задача архитекторов и инженеров - создание научных и методических основ проектирования зданий высоких технологий и реализовать их на практике, как минимум, в качестве демонстрационных объектов.

Литература:

1. М.М. Бродач "Теплоэнергетическая оптимизация ориентации и размеров здания. Научные труды НИИСФ. Тепловой режим и долговечность зданий", М., 1987
2. Ю.А. Табунщиков, М.М. Бродач "Математическое моделирование и оптимизация тепловой эффективности зданий", М., АВОК-ПРЕСС, 2002
3. Ю.А. Табунщиков, Д.Ю. Хромец, Ю.А. Матросов "Тепловая защита ограждающих конструкций зданий и сооружений", М., Стройиздат, 1986
4. Ю.А. Табунщиков, М.М. Бродач, Н.В. Шилкин "Энергоэффективные здания", М., АВОК-ПРЕСС, 2003
5. Ю.А. Табунщиков, М.М. Бродач, Н.В. Шилкин Энергоснабжение высотного здания с использованием топливных элементов // АВОК №3, 2003, стр. 44-50
6. М.М. Бродач, Н.В. Шилкин Многоэтажное энергоэффективное жилое здание в Нью-Йорке // АВОК №4, 2003, стр. 38-44
7. Н.В. Шилкин Здание высоких технологий // АВОК №7, 2003, стр. 18-27