facebook Vkontakte LiveJournal e-mail
ПОДПИШИСЬ НА НОВОСТИ:


 

Зеленые здания

25 марта 2014 | Сергей Панасенко
ЭНЕРГОМОДЕЛИРОВАНИЕ ЗДАНИЙ В РОССИИ: ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ

bem001_1

Математическое моделирование энергопотребления в зданиях (Building Energy Modeling) остаётся в России редкостью. Его применение – кроме случаев сертификации здания по западным рейтинговым системам – дело сугубо добровольное, а раз добровольное, то сами понимаете… Однако, не всё так плохо.

«Если инвестор настроен на скорейшую продажу построенного объекта ради возврата вложенных средств, – говорит начальник отдела математического моделирования компании «Бюро Техники» (С.-Петербург) Дарья Денисихина, – то он обычно не видит смысла тратить деньги и осложнять себе жизнь. Мотивация меняется, если строят для себя«.

Для современных зданий определение картины притока и расхода тепла без построения трёхмерной модели, учитывающей взаимное расположение поверхностей, затенение, тепловую инерцию конструкций и так далее, почти наверняка приведёт к существенной ошибке в расчёте систем отопления и охлаждения. Результат – избыточная или недостаточная мощность оборудования, работа этих систем в неоптимальном, некомфортном для людей режиме. Это увеличение не только фиксированных затрат при строительстве, но и последующих эксплуатационных расходов на весь срок жизненного цикла объекта.

gerasimov

«Building Energy Modeling, или ВЕМ, – это комплекс инженерных расчетов, демонстрирующих функционирование здания в течение года на уровне параметров потребления энергии, – говорит Николай Герасимов, ведущий инженер по ОВиК компании AECOM. — Энергомоделирование учитывает все связи между элементами здания и потребителями энергии в актуальных условиях эксплуатации. Математическая модель здания будет описывать его работу в условиях, максимально близких к реальным, но только если правильно будут учтены четыре главные группы факторов: погодные данные, геометрия здания и его окружения, так называемые «расписания» внутренних параметров и модели систем и оборудования».

Погодные данные – это температура, влажность, давление, скорость ветра, интенсивность солнечного излучения. Их используют даже в ручных расчётах, и часть их содержится в нормативной документации. Но для корректного энергомоделирования требуется иная точность. В мире пользуются массивами почасовых значений каждого погодного параметра для конкретного региона. Без почасовых погодных данных моделирование невозможно. К сожалению, в свободном доступе актуальных погодных данных для России нет. Их необходимо приобретать у специальных компаний, например, у Weather Analytics, где один файл для любой точки на Земле обойдется вам в $75.

Геометрия здания и окружения – второй компонент модели энергопотребления. Геометрическая модель, учитывающаяся в ВЕМ, может отличаться от архитектурной. В неё входят только элементы, участвующие в процессах тепло-массопереноса: внешние и внутренние ограждающие конструкции, элементы внутренней тепловой инерции, затеняющие элементы здания и окружения.

«Расписания»: почасовые значения переменных параметров, например, расчетная температура в помещении. Ни одно здание не функционирует стационарно. Люди приходят и уходят, включаются и выключаются свет, кондиционеры, офисная техника и т.д., и эта динамика явным образом задается и учитывается в расчетах с почасовой точностью. Существуют два вида «расписаний»: задающих внутренние нагрузки (количество людей, потребление электричества, потребление воды) и внутренние параметры (микроклимат в помещениях, параметры работы инженерных систем и др.). Для большинства общественных и административных зданий и для жилья существуют целые библиотеки «расписаний» первого типа, собранные в стандартах ASHRAE и CIBSE на основе многолетних наблюдений. К сожалению, говорит г-н Герасимов, в российских нормативах подобного и близко нет, так что приходится опираться на зарубежный опыт.

Наконец, модели систем и оборудования: часть математических алгоритмов, заложенных в ВЕМ-программы. В большинстве программ предусмотрено два уровня их детализации: шаблонный и поэлементный. Шаблоны – готовые «среднестатистические» системы, и характеризуются лишь основными параметрами. Например, система вентиляции, совмещенная с фанкойлами. Не все эти шаблоны применимы в российской действительности, но у нас, с другой стороны, и того нет. Напротив, поэлементный уровень предусматривает «сборку» систем из узлов, когда каждый узел моделируется отдельным набором параметров и характеристик. Это более сложный и трудоёмкий путь моделирования, применяемый, когда не удаётся воспользоваться шаблоном или когда требуется детальная проработка и настройка модели.

bem004 (1)_1

Что заказчик (архитектор, инженер-проектировщик) получает в итоге? 3D энергетическая модель здания позволяет:
— максимально корректно определить будущие нагрузки на системы отопления и охлаждения во времени и в пространстве;
— разработать любое количество базовых решений по системам ОВиК, датчикам контроля (СО2, освещенности и проч.), спрогнозировать годовую стоимость эксплуатации здания (электричество, газ, ГВС) для каждого решения;
— проанализировать параметры воздушной среды в помещениях в течение всего года при функционировании систем, заложенных в проектном решении.

И главное – на основе полученных данных формулируется итоговая версия проектного решения. Причём, вопреки распространённому мнению, выбор энергоэффективного решения далеко не всегда означает рост капзатрат. И даже в случае такового, методика позволяет оценить срок окупаемости, после чего можно вынести аргументированный вердикт о целесообразности применения решения на конкретном объекте.

Надо также учесть, напоминает г-н Герасимов, что в совокупности с технологиями Building Information Modeling (BIM) и анализом жизненного цикла здания LCA, энергомоделирование является неотъемлемой частью проекта в процессе его реализации. А с помощью современного программного обеспечения, как, например Autodesk Vasari ®, сегодня стало возможным построение модели энергопотребления уже на предпроектной стадии. На проектной стадии к расчётам подключаются инженеры. Проект при этом развивается циклически, проходя все стадии на определенном уровне проработки. В конце каждого этапа у команды имеется законченная модель здания, описывающая его с архитектурно-конструктивной, инженерной и экологической сторон, все её компоненты и решения согласованы друг с другом, и участники чётко видят, что необходимо делать дальше, не боясь вступить в противоречия.

Всех волнует вопрос о точности получаемой математической модели. Николай Герасимов говорит, что данные многолетних американских наблюдений в паре «модель–факт», особенно для жилых зданий, демонстрируют сегодня погрешность в пределах плюс-минус 15%, причём по мере совершенствования математического аппарата есть тенденция к уменьшению этой величины. С ним согласна Дарья Денисихина: скажем, в Шотландии это расхождение уже составляет примерно 10%. Очевидно, оно никогда не исчезнет, хотя бы потому, что в расчёт берутся усреднённые данные по прошлому, а каждый новый год всё же не копирует предыдущий. По России статистики нет просто потому, что прошло слишком мало времени, нет базы для сравнения. Но так как все программы расчётов энергомоделирования у нас западные, нет никаких причин думать, что в России погрешность будет выше.

Если, как уже сказано, энергомоделирование в обычном случае остаётся делом добровольным, то тем, кто намеревается сертифицировать своё здание по системам LEED или BREEAM, от него не уйти. Евгений Тесля, начальник отдела энергоэффективных и экологичных решений и технологий «Бюро Техники», напоминает, что система LEED прямо требует провести оценку годовой эксплуатации сертифицируемого здания в денежном выражении, а BREEAM Internationаl (именно эту версию применяют обычно для России) – в единицах потребляемой зданием энергии за год.

Доля баллов, за которые «отвечает» энергомоделирование, говорит г-н Герасимов, составляет примерно 30% от общего количества. Так, в LEED можно получить 19 из 110 баллов только за прямую экономию энергии по сравнению с базовым уровнем. Теоретически, возможно набрать ещё до 20 баллов на основе расчетов модели энергопотребления зданий. Это баллы, «отвечающие» за водосбережение, возобновляемую энергию, качество внутреннего воздуха, инновации, привлечение сертифицированных специалистов.

bem002_1

В BREEAM ситуация несколько более запутанная: помимо общего числа баллов, в ней используется ещё и «взвешивание». За сбережение энергии и уменьшение выбросов СО2 возможно набрать 15 баллов из 30 в секции. По результатам моделирования также можно набрать ещё 3 балла при применении инновационных технологий аккумуляции холода, 5 из 9 баллов за водосбережение, 8 из 10 для внутреннего комфорта и 2 из 10 за инновации. С учётом «веса» каждой секции в общей оценке, итоговый процент может составить 28,4% при необходимых 85% для получения сертификата Outstanding.

Для проведения BEM написаны в буквальном смысле десятки программ, как бесплатных, так и очень дорогих: EnergyPlus, eQUEST, IES Virtual Environment, DOE-2, Trane Trace, AECOsim. Николай Герасимов в связи с этим напоминает: «ВЕМ – это всего лишь инструмент. Любой инструмент эффективен ровно настолько, насколько квалифицирован использующий его человек. Моделирование, особенно для сертификации по рейтинговой системе, лучше доверить профессионалам». Система BREEAM, утверждает он, даже прямо указывает на то, что моделирование должно выполняться только сертифицированным специалистом. Поэтому в зарубежной практике уже давно существует система сертификации специалистов по энергомоделированию. Она проводится, например, ассоциациями ASHRAE в Америке и CIBSE в Англии.

BIM_Cycle_Refresh_11-08_rev2.ppt

В России понемногу появляются компании, предоставляющие подобные услуги. Однако отсутствие в стране сертифицированных BEM-профессионалов приводит к тому, что в особо ответственных случаях, например, при прохождении сертификации по международным зеленым стандартам важных и крупных объектов, претендующих на высокую оценку, эти компании обращаются к услугам западных фирм-партнёров или напрямую нанимают западных сертифицированных специалистов.

«Если вы представите на LEED документацию, в которой энергомоделирование будет завизировано человеком, не имеющим профессионального сертификата ASHRAE, вы можете столкнуться с тем, что ваши документы будут рассматривать очень долго и чрезвычайно придирчиво, – предупреждает г-н Герасимов. – Другое дело, если будет стоять подпись квалифицированного BEM-профессионала. Отношение будем другим«.

Редакция благодарит за особую помощь в подготовке материала ведущего инженера по ОВиК компании AECOM Николая Герасимова (nikolay.gerasimov@aecom.com)