АНАЛИЗ ВНЕДРЕНИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ ЗДАНИЙ

 

По данным Международного энергетического агентства, примерно 40 процентов общемирового энергопотребления приходится на потребление энергии зданиями (освещение, отопление и охлаждение помещений, нагрев воды, приготовление пищи, различные коммунально-бытовые нужды). На них же падают и огромные энергоресурсные потери. Следствием этого является ухудшение экологической обстановки в местах поселения людей, особенно в крупных городах, где проживает более половины населения Земли. При этом объем потребляемой энергии составляет 75% от общемирового [2, 3]. Поэтому применение интеллектуальные технологий, проектирование и введение в эксплуатацию энергоэффективных зданий является перспективным направлением, необходимостью, обусловленной реалиями современности. Внедрение подобных технологий способствует сокращению энергопотерь, повышает эффективность использования энергии, и тем самым препятствует поступлению неконтролируемых тепловых объемов в атмосферу, т.е. улучшению качества окружающей среды в населенных пунктах. Целью данной статьи является анализ интеграции современных «умных» технологий для повышения энергоэффективности при строительстве в России и в Мордовии, в частности.

Теория повышения энергоэфффективности зданий и сооружений, или концепции «зеленых» зданий, «экоумных» зданий, опирается на принцип естественности, идею природоподобных технологий и конструкций, в которых применяются природные материалы, безопасные с экологической точки зрения [2]. Потребление энергии в таких «умных» зданиях снижается за счёт оснащения их технически совершенными системами (отопления, кондиционирования, вентиляции, освещения, безопасности). Минимизация и контроль расхода энергии достигается за счет применения экологически чистых материалов и установления равновесия биоклиматической архитектуры.

Проанализируем имеющийся опыт внедрения интеллектуальных технологий на примере бизнес-центрах «Альпийский» и «Электро» в г. Санкт-Петербурге.

Бизнес-центр «Альпийский» – полностью автоматизированное коммерческое здание в России, в котором были применены инновационные технологии информационного моделирования, так называемые BIM- технологии (Building Information Modelling). При разработке климатических систем в бизнес-центре «Альпийский» для отопления застекленной мансарды использовались вентиляционные системы охлаждающих балок производства шведской компании SWEGON. Для вентиляции, нагрева и охлаждения применялась фасадная система Swegon PRIMO или охлаждающие балки Swegon PACIFIC, FRB и ADRIATIC, которые включают автоматику LUNA с комнатным регулятором, приводом, клапанами и датчиком контроля конденсата. Система управления осуществляет контроль осушения воздуха, контроль точки росы, управление клапаном и датчиком для холодной воды. Приточно-вытяжная вентиляция, центральное кондиционирование и автономное отопление способные поддерживать оптимальный температурный режим в рабочих помещениях и в застекленной мансарде.

В бизнес-центре «Электро» применена другая современная комплексная система – BMS (Building Managment System), которая повышает энергоэффективность здания. Система располагает следующими возможностями:

1. Помещения оснащены охлаждающими балками, радиаторами отопления, управление которыми возможно, как автоматически – с удаленного диспетчерского пункта, так и вручную – с помощью термостатических головок. При необходимости для каждого помещения устанавливается индивидуальный температурный режим. Предусмотрено четыре режима работы регулятора температуры: комфорт, ожидание, ночной режим, эко (защита от перегрева/замерзания). Предусмотрена также возможность переключения режимов работы оборудования по графику и режим автоматической промывки клапанов эжекционных балок.
2. С удаленного диспетчерского пункта возможен регулярный поэтажный мониторинг температуры, влажности помещений, температуры и влажности приточного воздуха, температуры холодоносителя, индивидуальных сигналов аварий воздухоохладителей.
3. Обеспечено автоматическое перекрытие клапана подачи холодоносителя при получении от кондиционера сигнала аварии и одновременное открытие клапанов холодоносителя на резервном кондиционере. Предусмотрено автоматическое перекрытие клапанов водоснабжения увлажнителей прецизионных кондиционеров по сигналу от датчика протечки. Также возможны остановка кондиционера по сигналу «пожар» от станции газового тушения и контроль влажности воздуха в помещении.
4. Установленное оборудование газового пожаротушения позволяет удаленно получать следующую информацию – сигнал пожара, сигнал «газ выпущен», обобщенный сигнал о неисправности.

Иными словами, рассмотренные нами общественные здания располагают системами дистанционного регулирования нагрева и охлаждения. В них внедрены охлаждающие балки в вентиляционной системе разных производителей. БЦ «Альпийский» использует систему шведской компании Swegon (КПД утилизации тепла до 85%), а БЦ «Электро» отдал предпочтение оборудованию швейцарской компании ABB и немецкой Beckhoff (КПД – свыше 85%).

Подобные интеллектуальные технологий были применены и в г. Саранске Республики Мордовия.

Мордовия относится к энергодефицитным регионам, так как не располагает своими топливно-энергетическими ресурсами и практически полностью зависит от внешних поставок, которые осуществляются из Рязанской, Пензенской, Нижегородской, Ульяновской, Чувашской, Самарской, Саратовской энергосистем [4]. По состоянию на начало 2020 года, на территории Мордовии эксплуатировались тринадцать тепловых электростанций общей мощностью 433,5 МВт. В прошедшем году они произвели 1576,9 млн. кВт*ч электроэнергии. Самым крупным производителем электрической энергии в Республике является филиал «Мордовский» ПАО «Т Плюс» (Саранская ТЭЦ-2). В среднем ее доля выработки составляет около 67, 9 % от общей выработки электрической энергии [4]. В качестве оптимального варианта стабилизации энергосистемы республики и снижения потерь энергии мы видим повышение эффективности использования энергии на уже реализованных энергетических объектах, а также капиталовложения в строительство новых энергоэффектиынх зданий. Предполагается, что развитие энергосберегающих технологий при строительстве «экоумных» зданий позволит сократить потребление энергии из традиционных источников и тем самым уменьшит выбросы загрязняющих веществ в окружающую природную среду.

Первый и в настоящий момент единственный такого рода энергоэффективный дом в Республике Мордовия был сдан в эксплуатацию в сентябре 2011 года, в поселке Луховка г.о. Саранск.

Основными проектными решениями в области энергоэффективности по дому явились:

• размещение на кровле солнечных батарей под углом 45° к солнцу в южном направлении. Стандартное энергоснабжение используется в качестве резервного.
• установка в окнах стекол с термоэмиссионным покрытием,
• утепление стен,
• использование рекуперативной системы вентиляции,
• автоматическое включение и выключение освещения,
• использование современной системы учета и расхода воды.
• Предполагалось при теплоснабжении использовать аккумуляцию тепла от теплового насоса, поднимающего из скважины глубиной 50 м хладогент с низкой температурой испарения и передачей «поднятого» из земли тепла через бивалентный бойлер в систему воздушного и конвекционного отопления [1].

По расчетам период окупаемости «экоумного» дома должен был составить 15–16 лет, экономия энергии – 12 % от общего энергопотребления в аналогичных домах, затраты на оплату жилищно-коммунальных услуг снизиться в среднем на 36,4 % на 1 м². Однако в результате эксплуатации выявился ряд проблем:

1. солнечные батареи не начали работать в полную мощность;
2. геотермальная система отопления подвела жильцов уже в период первых зимних холодов;
3. в ряде квартир вздулся пол, потрескались стены;
4. в связи с неправильной установкой плохо проявили себя пластиковые стеклопакеты с термоэмиссионным покрытием.

Проблемы были решены методом перехода на «традиционные» источники энергии.

Проанализировав имеющийся как положительный, так и отрицательный опыт, считаем, что при использовании энергосберегающих технологий в строительстве для предотвращения ошибок необходимо особое внимание уделить:

1. выбору участка строительства с благоприятным рельефом и микроклиматом, правильному расположению сооружения с учетом местности;
2. в условиях Республики Мордовия большие окна проектировать на южной стороне дома;
3. отказываться от излишеств, соблюдать оптимальное соотношение площадей и объемов;
4. обратить внимание на то, что квадратная или близкая к ней форма сооружения обеспечивает наибольшую энергоэффективность;
5. учесть, что наиболее стабильный режим температуры во внутренних помещениях обеспечивает размер стен в пропорции «3:2»;
6. рациональному выбору материалов для строительства;
7. продуманному выбору системы вентиляции и отопления;
8. использованию естественного света и тепла;
9. четкому следованию правилам проектирования;
10. оптимизации использования оборудования.

Следование хотя бы какому-либо одному из этих правил повысит энергоэффективность здания. Применение, например, в помещениях «умного» освещения, позволяет снизить потребление электроэнергии в десять раз. Действие этой «умной» системы построено на использовании встроенных микрофонов и оптических датчиков, которые реагируют на появление человека в помещении. Яркость свечения при этом зависит от времени суток. Если подобные решения в сфере энергосбережения реализовывать комплексно, результатом их применения станет не только экономия различных видов энергии, но и улучшение микроклимата помещений и оздоровление экологической и социальной обстановки на отдельном объекте и даже в регионе.

  

 

Список использованных источников 

 

1. О принятии муниципальной целевой программы «Развитие жилищного строительства на территории городского округа Саранск в 2011–2015 годах» (с изм. на 5 марта 2014 года) : Решение от 26 мая 2011 года № 742 // Электронный фонд правовых и нормативно-технических документов : сайт. URL: http://docs.cntd.ru/document/446521844 (дата обращения: 14.05.2021).
2. Экологическое обустройство ландшафтов : конспект лекций / А. В. Каверин, М. М. Гераськин, Н. А. Емельянова, О. Ю. Тарасова ; под ред. А. В. Каверина. Саранск : Изд-во Мордов. ун-та, 2007. 130 с.
3. Кирюшин А. В. Многомерное отображение структуры эколого-географических объектов // Вестник Мордовского университета. 2008. №1. С. 158–167.
4. Об утверждении Схемы и программы развития электроэнергетики Республики Мордовия на 2021–2025 годы : Распоряжение от 30 апреля 2020 года № 237-РГ Электронный фонд правовых и нормативно-технических документов : сайт. URL: https://docs.cntd.ru/document/57092481 (дата обращения: 14.05.2021).

 

---

 

Ariskina Angelina

master’s degree student, Department of ecology and environmental management, field of study «Ecology and nature management», profile «Environmental management», faculty of geography, National Research Ogarev Mordovia State University, Saransk

 

Tarasova Oksana

Doctor of agricultural Sciences, associate Professor, Department of ecology and environmental management, National Research Ogarev Mordovia State University, Saransk

 

Kudashkin Igor

bachelor’s degree, Department of ecology and environmental management, field of study «Ecology and nature management», profile «Environmental management», faculty of geography, National Research Ogarev Mordovia State University, Saransk

 

IMPLEMENTATION ANALYSIS OF SMART TECHNOLOGIES IN THE PROJECT AND USAGE OF ENERGY-EFFICIENT BUILDINGS

  

Abstract: The article considers the features of the introduction of smart technologies in the practice of building construction. The authors analyze the usage advantages of buildings that use modern smart technologies and substantiate the need for their implementation. In addition, ways to reduce the energy consumption of buildings are proposed.

 

Keywords: energy-efficient buildings, eco-friendly buildings, integration, «eco-smart» buildings, smart buildings, ecological safety.

 

© АНО СНОЛД «Партнёр», 2021

© Арискина А. И., 2021

© Тарасова О. Ю., 2021

© Кудашкин И. В., 2021