Непрерывный процесс техногенного развития заметно влияет на окружающую среду человека. Существующие научные публикации [1–3] предсказывают повышение холодопотребления в гражданских зданиях к концу текущего века, вызванное глобальным изменением климата. Поэтому разработка энергоэффективных систем отопления и вентиляции является актуальным направлением для исследовательской деятельности.

Известно, что естественные и частично механизированные (гибридные) системы вентиляции имеют значительный потенциал для развития [4, 5], который до сих пор не реализован в проектировочной практике в достаточной мере. Помимо снижения эксплуатационных и капитальных затрат, такие системы вентиляции создают более благоприятный микроклимат, оказывающий положительное влияние на самочувствие человека (в сравнении с механическими системами). Это объясняется тем, что при подаче воздуха в помещения через открытые проёмы в наружных ограждениях не происходит изменения его аэроионного состава. Таким образом, подача необработанного воздуха организует микроклимат, максимально приближенный к естественному, что снижает урбанистическую нагрузку на психику людей, находящихся в здании.

При механической вентиляции воздух полностью утрачивает естественный ионизационный фон во время обработки в секциях приточных установок, поэтому доля посетителей, удовлетворённых качеством воздуха в помещениях с такой вентиляцией, может быть ниже, чем в помещениях с естественной или гибридной вентиляцией. Следует отметить, что в зданиях с механическими системами кондиционирования проблема создания качественной воздушной среды не всегда бывает решена.

Энергосберегающие решения гражданских зданий при реновации. 2/2018. Фото 1

В рамках статьи рассматривается проект реконструкции здания штаб-квартиры компании Renson, производящей компоненты для систем естественной вентиляции. Здание расположено в промышленной зоне вблизи оживлённой трассы. Площадь двух этажей составляет 1350 м². Главный фасад ориентирован на юго-запад и имеет коэффициент остекления, равный 0,25. Северо-восточная сторона здания соединена с производственным залом. До реконструкции инженерных систем система вентиляции состояла только из специальных устройств с ручной регулировкой, расположенных над окнами. Из-за этого производительность системы сильно зависела от ветрового давления на фасаде, а формирующиеся воздухообмены были непредсказуемы.

Энергосберегающие решения гражданских зданий при реновации. 2/2018. Фото 2

Также посетителями и работниками отмечались проблемы с тепловым комфортом, связанные с перегревом остеклённых помещений в летнее время. Для повышения устойчивости системы вентиляции было принято решение заменить полностью естественную систему на гибридную (организовать механическую вытяжную вентиляцию при естественном притоке). Помимо этого, было предусмотрено автоматическое ограничение воздухообмена в нерабочие часы.

Энергосберегающие решения гражданских зданий при реновации. 2/2018. Фото 3

Для создания комфорта в тёплый период необходимо было ограничить теплопоступления от солнечной радиации. В этих целях применялись солнцезащитные завесы и специальное стекольное покрытие, которое пропускает лишь 34 % радиационных теплопоступлений, но при этом сохраняет требуемый уровень естественной освещённости.

Применение солнцезащитных завес позволило защитить от радиации более 80 % площади остекления.

Также в здании была применена технология ночной вентиляции. Суть её состоит в следующем: так как ночью температура наружного воздуха ниже, чем днём, то при включении вентиляции в определённое время массивные внутренние и наружные ограждения будут накапливать естественный холод и отдавать его в помещения в рабочие часы суток. Изначально в верхней части лестничной клетки был установлен вентилятор для перетока воздуха в соседнее производственное помещение. После реконструкции этот воздух стал выбрасываться на улицу через специальную вытяжную шахту с прозрачной верхней частью. Это позволило использовать потенциал естественных сил для создания воздухообмена и повысило освещённость лестничной клетки. Применение ночной вентиляции снизило температуру некоторых помещений в жаркие дни на 6 °C. Для эффективной ночной вентиляции необходимо, чтобы внутренние конструкции здания имели достаточную теплоёмкость и тепловую инерцию. Использование гипсокартонных перегородок и подвесных потолков значительно ухудшает эффект от этого энергосберегающего мероприятия.

Энергосберегающие решения гражданских зданий при реновации. 2/2018. Фото 4

В рамках статьи рассмотрим и другие проекты по реновации офисных зданий.

Их основной целью было снижение прямой и рассеянной солнечной радиации, снижение внутренних теплопоступлений и затрат на работу систем вентиляции, а также накопление и использование естественного холода в тёплый период. Для снижения прямой и рассеянной солнечной радиации использовались уже представленные выше солнцезащитные устройства, а также специальные солнечные отражатели, выполненные в виде алюминиевых пластин, установленных горизонтально в верхней части окон. Эти пластины располагались параллельно потолку, который окрашивался в белый цвет для повышения коэффициента отражения. Дневной свет попадал на пластины и сначала отражался в потолок, а от потолка — в помещение. При этом нижняя часть окна закрывалась солнцезащитным устройством. Площади верхней и нижней частей окна и размеры пластины подбирались так, чтобы в тёплый период в течение рабочего времени в помещении соблюдался минимальный уровень естественной освещённости.

Энергосберегающие решения гражданских зданий при реновации. 2/2018. Фото 5

Для экономии энергетических затрат на работу вентиляции вместо вытяжных систем предусматривалось сквозное проветривание. Для этого в дверях и внутренних стенах помещений, выходящих на разные фасады, устраивались переточные решётки, а в наружных ограждениях располагали приточно-вытяжные решётки особой конструкции. Также в этих целях использовались атриумы, куда устраивался переток воздуха из помещений с последующим удалением через кровлю. При отсутствии атриума система вентиляции зонировалась. Нижние этажи вентилировались сквозным проветриванием или естественными системами, где пространство в подвесном потолке использовалось в качестве вентиляционного канала.

Энергосберегающие решения гражданских зданий при реновации. 2/2018. Фото 6

Во избежание перерасхода теплоты на нагрев вентиляционного воздуха в холодный период года применялось автоматическое регулирование, которое ограничивало расход в рабочие часы и полностью отключало систему вентиляции в остальное время. Автоматическое регулирование проводилось по датчикам температуры или инфракрасным датчикам движения.