Термоактивные здания

Как создать комфорт и сэкономить энергоресурсы
04.10.2019
Энерговектор

В начале 1990-х за рубежом начался бум строительства термоактивных зданий. Столь необычное название они получили потому, что их системы отопления и охлаждения (Thermo Active Building Systems, TABS) неотделимы от строительных конструкций. Речь идёт в первую очередь о массивных аккумуляторах тепла - железобетонных плитах межэтажных перекрытий, в которые закладываются («замоноличиваются») трубопроводы с теплоносителем.

Воду внутри этих трубопроводов удобно подогревать или охлаждать с помощью грунтовых или воздушных тепловых насосов. В некоторых случаях можно обойтись простым охлаждающим контуром, проложенным под землёй в грунтовых водах, которые на глубине 10 м обычно имеют температуру порядка 10-13 °C.

Теплообменные трубы готовы к «замоноличиванию» в бетон

Следует отметить, что идея термоактивных зданий была предложена ещё в 1930-е годы, но тогда дело упёрлось в несовершенство строительных технологий и систем управления климатическим оборудованием.

Ночь в помощь

Сегодня концепция термоактивного здания предоставляет архитекторам множество интересных возможностей, по-разному реализуемых в разных проектах. Во-первых, как мы уже отметили, разработчики систем TABS используют высокую тепловую инерцию бетонных плит для сглаживания пиковых нагрузок. Так, летом в офисных зданиях можно охлаждать бетонные конструкции по ночам, пока действуют пониженные тарифы на электроэнергию. Холодными же ночами можно вообще отключать тепловой насос, захолаживая здания за счёт воздушной вентиляции.

Во-вторых, вполне реально уменьшить мощность и размеры компонентов систем отопления и охлаждения. Этот эффект достигается благодаря малой разнице температур между водой в «замоноличенных» трубах и воздухом в помещениях. В результате охладители и тепловые насосы работают в режимах с высоким КПД и низким энергопотреблением.

В-третьих, системы управления TABS не должны обладать особым интеллектом, поскольку механизм теплообмена имеет свойство саморегулирования. Скажем, температура внутри массивной бетонной плиты находится на отметке +21 °C. Когда температура воздуха в помещении опускается ниже названной отметки, «автоматически включается» отопление теплопереносом, а если температура поднимается выше, начинается охлаждение.

В-четвёртых, термоактивные системы обходятся дешевле традиционных в монтаже и эксплуатации.

В комплексе

Для успешного применения природных энергий в термоактивном здании следует в комплексе решить целый ряд вопросов, сопрягая архитектурные решения, строительные технологии, возможности оборудования, ограничения по нагрузкам т. д. Проект оправдается только при условиях точного расчёта, хорошего планирования и качественной реализации. И после того, как здание будет построено, исправить огрехи доводкой системы воздушного кондиционирования будет проблематично.

Дом искусств в австрийском Брегенце

Овчинка, конечно же, стоит выделки. TABS представляет собой высокотемпературную систему охлаждения и низкотемпературную систему отопления, а потому, как мы уже отметили, может работать с высокой эффективностью. Стоит отметить не только значительную экономию на протяжении десятилетий, пока будет эксплуатироваться здание, но и комфорт. Кстати, систему TABS можно использовать одновременно с естественной или принудительной вентиляцией (в отличие от привычных кондиционеров). Однако об отдельном регулировании температуры в каждом помещении речи не идёт. Обычно в TABS используется зонный контроль (чаще всего по направлению «юг - север»), когда температура подаваемой воды и её расход задаются по зонам с учётом внешних и внутренних тепловых нагрузок.

Строгие ограничения

Перед разработчиками термоактивных зданий встают несколько серьёзных проблем. Первая - нельзя допускать режимов, в которых на потолках будет происходить выпадение росы. Поэтому здания имеют хорошую солнцезащиту, оснащаются осушителями воздуха и режимы работы систем тщательно выверяются. Вторая проблема - подвесные потолки, которые действуют как тепловые изоляторы, исключаются. (По этой же причине следует по-особому проектировать вентиляционную систему.) При этом может пострадать акустика помещений и вместо потолочных звукопоглощающих элементов придётся применять настенные. Впрочем, нет худа без добра: без применения подвесных потолков можно построить более низкое здание, сэкономив на материалах и стоимости строительно-монтажных работ.

Благодаря высокой тепловой инерционности бетона температура воздуха в помещении будет колебаться в небольших пределах, не нарушая комфортного состояния его обитателей. Обычно в зданиях с системой TABS величина температурного дрейфа составляет 0,5-1,0 °C/ч. При этом приводы циркуляционных насосов могут работать как в старт-стопном режиме, так и в режиме с частотным регулированием расхода.

Системы TABS монтируют во время строительства здания или при изготовлении сборных бетонных модулей. Трубы обычно помещают внутрь бетонных плит между верхним и нижним слоями арматуры. До и после монтажа системы проводятся гидравлические испытания труб.

На ниве искусства

Системы TABS используются преимущественно в многоэтажных общественных зданиях, таких как офисные центры, музеи, больницы. Один из интересных примеров - Дом искусств в австрийском городе Брегенце, спроектированный архитектором Петером Цумтором. Четырёхэтажное кубическое здание имеет двойной фасад. Внешняя стена собрана из 712 матовых стеклянных панелей, которые днём собирают наружный свет, чтобы направить его через световоды внутрь здания для естественного освещения выставочных залов. Там под потолками тоже подвешены матовые стеклянные панели - они рассеивают свет.

Поскольку произведения искусства не любят колебаний температуры и влажности, климатическая система должна поддерживать их заданные уровни при больших скоплениях народа, не создавая в здании шума и не пропуская туда пыль. Первоначально в проекте планировали применить центральную систему кондиционирования воздуха производительностью 25 тыс. м3/ч. Однако мощные воздуховоды заняли бы много места и испортили бы интерьер. В результате было принято решение задействовать охлаждающую способность внутренних бетонных конструкций.

Естественное освещение и невидимое кондиционирование в Доме искусств

Холод извлекается из-под земли. Вода проходит по трубам внутри 24 свай, забитых на глубину 18 м в породу с высоким содержанием грунтовых вод. Далее хладоноситель поступает в пластиковые трубы, которые «замоноличены» в бетонные перекрытия и наружные стены здания. Система охлаждения включена весь день. Во избежание солнечного перегрева стены здания снаружи покрыты слоем теплоизолирующего материала.

Вентиляционная система Дома искусств, построенная по вытесняющему принципу, прогоняет через здание 750 м3 воздуха в час. Воздух постоянной температуры и влажности подаётся в помещения через щелевые приточные устройства, размещённые в полу.

Источник: Energovector

Читайте другие наши материалы