Архiтектор повинен оцінювати енергоефективнiсть майбутнього будинку

Цілковито природним є питання: наскільки архітектору вдається вирішувати свою частину завдання з проектування енергоефективного будинку? Тільки якісне оцінювання результату, як улюблений прийом архітекторів, сьогодні не задовольняє замовників. Інвесторам, як і авторам архітектурних проектів, важливо отримати об’єктивну кількісну характеристику ефективності проектних очікувань та отриманих результатів по закінченню будівництва. Про це розказала порталу енергоаудитор, канд. арх., доц. каф. архітектурних конструкцій Національного університету «Львівська політехніка» Шулдан Лариса.

 

 

Методи та інструменти оцінювання

Поширене застосування методів та сучасного програмного інструментарію для визначення енергетичного стану будівель потребує удосконалення та пристосування до завдань архітектурної практики. Перед усім заслуговують на увагу інструментально-аналітичний метод та метод комп’ютерного моделювання.

Iнструментально-аналітичний метод

Сутність першого полягає у використанні вимірювальних приладів для визначення фактичних значень параметрів зовнішнього і внутрішнього повітряного середовища (температура, вологість, тощо), дистанційному вимірюванні полів температур поверхонь огороджувальних конструкцій (термографія) і подальшому аналітичному опрацюванні отриманих даних.

Точність результатів залежить від якості виконання вимірювань. Інструментально-анлітичний метод застосовують для існуючих будівель, а рекомендаціям щодо переліку термореноваційних або термомодернізаційних заходів притаманний дещо гіпотетичний характер, оскільки реальні величини енергоекономії можливо отримати, обчислити та продемонструвати лише після реалізації запропонованих заходів.

 

Метод комп’ютерного моделювання

Другий метод – метод комп’ютерного моделювання вимагає створення енергетичної моделі на підставі даних геометричних і теплофізичних параметрів будівлі та її окремих складових частин за допомогою спеціалізованого програмного продукту. Такі програми переважно призначені для інженерних розрахунків – проектування інженерних систем, підбору обладнання для них (наприклад: HERZ OZC, KAN OZC, REHAU, Danfoss C.O. і т.п.) та забезпечується побудовою спрощеної моделі будівлі.

Розглядались програми, що придатні певною мірою для створення проектів енергоефективності будівель житлового та громадського призначення. Оперуючи програмами, визначаємо енергоспоживання, теплонадходження й тепловтрати, розраховуємо енергетичний ефект окремих архітектурних рішень та економічні показники їх реалізації.

 Випробувані і використовувались для створення проектів такі програмні продукти:

  • «Енергоефективна будівля», розроблена Регіональним центром з підготовки та підвищення кваліфікації у сфері енергозбереження та енергоменеджменту м. Львова;
  • програма Salta 1.0 від технічних консультантів і фахівців Групи ATLAS;
  • програма «Підвищення енергоефективності в будівлях BEEP 1.0» Municipal Coordinator, створена на замовлення Alliance to SaveEnergy;
  • програма-додаток AUDITOR 1.1, розроблена на замовлення Fundacjі Poszanowania Energii у Варшаві Інститутом будівельної техніки; програмний продукт Termo-Danfoss PL, від фірми ADAsoft із наданням дозволу на його використання для Alliance to Save Energy;
  • програма RETScreen 4.0 International, розроблена центром енергетичних технологій CANMET на замовлення міністерства природних ресурсів Канади;
  • програмний продукт EAB 8.1 та Profi tability від Норвезької міжнародної консалтингової компанії в галузі енергозбереження ENSI; BizEE Pro, створений провідним британським розробником програмних продуктів у галузі енергозбереження компанією BizEE Software Ltd;
  • розроблена Національною лабораторією Лоуренса в м. Берклі на замовлення Міністерства енергетики США програма DOE-2;
  • програма ЕА-QUIP, розроблена Association for Energy Affordability,Inc.;
  • програма PHPP від Інституту пасивного будинку в м. Дармштадт, Німеччина;
  • програмно-методичний комплекс з енергозбереження в Україні PATRIOT, запропонований енергосервісною компанією «Патріот-НРГ»;
  • програма EnerCAD, розроблена фахівцями Женевського університету;
  • програма NKN 2.06 від факультету цивільного будівництва Чеського технічного університету та інше.

 

Всі цi програми, маючи кожна певну специфіку, формуються з двох частин:

- арифметично-архітектурної

- розрахунково теплотехнічної.

Вони також можуть доповнюватись економічним, екологічним та іншими розрахунковими блоками. Робота з ними потребує фахової архітектурно-будівельної підготовки, спеціальних знань з інженерно-технічних та економічних аспектів.

Архітектурна частина спирається на метод математичного моделювання. Для створення базової моделі будівлі в програму послідовно вводиться проектна або отримана у попередньому обстеженні інформація про будівлю (планувальна, об’ємна, архітектурно-конструктивна тощо). Ця частина найвідповідальніша та найбільш витратна за часом.

Від неї залежить точність результатів енергетичних розрахунків, адже математично описується архітектурно-графічна частина проекту. На базову модель можна «приміряти» варіанти проектних рішень, окремі прийоми та заходи або ж цілі пакети заходів для їх порівняння і вибору. У такий спосіб створюють наступні моделі будівлі.

Математично змодельований архітектурний об’єм дозволяє розраховувати процеси тепломасоперенесення між внутрішнім і зовнішнім середовищами, що описані параметрично. Значення зовнішньокліматичних параметрів добирають за нормативною літературою, уточнюються даними місцевих метеорологічних служб або обираються з програмної бази даних.

Кліматичну базу деяких програм для коректних розрахунків необхідно адаптовувати до мезокліматичних або й мікрокліматичних умов. Суттєвою вадою переважної більшості програм є спрощений розрахунок усіх теплонадходжень.

Параметри внутрішнього середовища для всіх приміщень будівлі в базовій моделі повинні відповідати чинним нормам (у проектуванні нових будівель) або інструментальним замірам (під час термомодернізації).

У всіх наступних моделях з проектованими заходами значення мікрокліматичних параметрів повинні чітко відповідати нормативним вимогам.

Розрахунково-теплотехнічна частина містить насамперед розрахунки теплотехнічних показників зовнішніх огороджувальних конструкцій. Порівняння значень енергетичних параметрів базової моделі та моделей із проектними заходами дозволяють розрахувати енергоекономію, не очікуючи втілення проектних заходів, розглянути варіанти проектних рішень та обрати найприйнятніший з них.

Щодо економіки

Економічна частина містить визначення економічних показників (строк окупності, дисконтну вартість, внутрішню норму рентабельності, коефіцієнт дисконтної вартості тощо) застосованих енергоефективних заходів. Тобто аналізує доцільність їх впровадження одночасно з точки зору економії енергоносіїв та затрачених коштів на їх реалізацію.

Аналіз програм дозволяє оцінити їх слабкі та сильні сторони. Це допомагає уникати вже відомих помилок і сформувати вимоги до програми, призначеної безпосередньо для розрахунку архітектурних проектів. Розробники не ставлять собі за мету створити альтернативу наявному інженерному інструментарію, а зосередилися на побудові точних математичних моделей, чутливих до переважної більшості прийомів і заходів архітектурного енергозбереження. Такі моделі можливо застосовувати як основу для інженерних та енергоаудиторських розрахунків вищої точності. Найскладнішим розділом створення оптимальної програми є узгодження архітектурно-графічної частини (програм основного робочого інструмента архітектора) та блоку перетворення креслень у математичну модель (конвертаційного блоку). На сьогоднішній день напрацьовані та розширюються бібліотеки даних конструкцій.

Враховуються найновітніші інженерні розробки, особливо в галузі альтернативних джерел енергії, які необхідно органічно та ефективно поєднувати з архітектурою будівлі. А відмінність та перспектива гармонізації українських і європейських норм спонукає до подвійного посилання в проектній документації.

Висновки та перспективи досліджень

Сучасні програмно-інформаційні розробки дозволяють виключно спеціалістам-енергоаудиторам аналізувати та кількісно оцінювати проектні рішення порівнянням енергетичних моделей будівель, їх окремих частин; визначати енергетичний та економічний ефект застосування комплексів та окремих прийомів архітектурного енергозбереження.

Застосувати обґрунтовані енергоефективні рішення, обирати їх ще на перших стадіях проектування дають змогу програмні розробки із функцією комбінаторності – можливістю конвертації програм архітектурного проектування у формат спеціалізованих програмних.

Функція переведення геометрії проектних рішень у алгоритм енергетичних розрахунків повністю виключає найзатратнішу за часом та найвідповідальнішу стадію побудови математичної моделі.

Поширене використання конвертаційних програм дозволить архітекторам активно долучатися до розв’язання питань енергозбереження у реальному, навчальному та експериментальному проектуванні.

Практичні кроки на шляху розробляння додатків і оптимізації програми розпочаті колективом енергосервісної фірми «Універс» у співпраці із неприбутковою організацією Alliance to Save Energy, продовжені спеціалістами Інституту енергоаудиту та обліку енергоносіїв і кафедри архітектурних конструкцій Національного університету «Львівська політехніка».

Використання оптимальних програмних продуктів в проектах енергоефективності будівель забезпечує автоматизацію та систематизацію розрахунків, дозволяє завдяки комп’ютерному моделюванню визначити енергетичний стан будівлі та застосовувати оптимальні архітектурні рішення з точки зору енергетичної та економічної доцільності.