Introducerea conceptului de clădire cu un consum de energie aproape zero a stârnit interes, rezistență și așteptări. Ce urmează? Reducerea intensității energetice a clădirilor este o tendință care poate fi observată în dezvoltarea construcțiilor încă din anii 1980. În diferite momente, în principal în legătură cu modificările prețurilor la energie, acesta este evidențiat și suprimat ulterior, dar în general este un proces pe termen lung și mai mult sau mai puțin continuu.

aproape

La începutul acestui mileniu, au fost efectuate analize aprofundate ale utilizării energiei în clădiri, rezultând o exprimare de 40% din consumul total de energie din clădirile din Europa [3]. Această valoare depășește și cota de energie consumată în transport sau industrie (Fig. 1).

FIG. 1 Dezvoltarea consumului de energie în țările AIE din Europa din 1972 până în 2008 [5]

Energie și clădiri

Clădirile creează un mediu interior artificial și protejează utilizatorii de mediul extern. Această funcție primară - crearea mediului interior - este asigurată de anvelopa clădirii și de echipamentele tehnice, care ajustează parametrii mediului interior în funcție de cerințele utilizatorului. Cu toate acestea, sunt necesare diverse forme de energie, cel mai adesea energie termică, pentru a schimba parametrii mediului interior. În condițiile noastre climatice, acestea sunt în principal sisteme de încălzire, răcire sau ventilație, tratare a umidității și filtrare a aerului sau iluminare artificială. Ponderea componentelor individuale ale consumului de energie în crearea mediului interior este variabilă atât în ​​funcție de scopul clădirii (de exemplu, piscină vs. casă de familie), cât și în timp, deoarece cerințele privind calitatea anvelopelor clădirii evoluează - pentru exemplu au crescut de 5 ori în ultimii 20 de ani. Un alt consum semnificativ de energie în clădiri este legat de prepararea apei calde pentru a acoperi nevoile de igienă umană. Această valoare nu prezintă modificări semnificative pe termen lung, dar crește ușor în legătură cu creșterea cerințelor de confort.

Performanța energetică a clădirilor

Directiva [3] definește cerințele pentru un cadru general comun pentru calcularea performanței energetice a clădirilor și a componentelor acestora. Conform [3], performanța energetică a unei clădiri înseamnă „cantitatea calculată sau măsurată de energie necesară pentru a acoperi necesarul de energie asociat cu o utilizare tipică a clădirii, care include, printre altele, energia utilizată pentru încălzire, răcire, ventilație, cald apă și iluminat. "definiția nu indică separat energia necesară pentru reglarea umidității în sistemele de aer condiționat, acest element - care nu este neglijabil în clădirile cu aer condiționat - trebuie luat în considerare în calcule. Termenul „cantitate de energie” se referă la o perioadă de un an și poate fi exprimat la mai multe niveluri (Figura 2).

FIG. 2 Performanța energetică a clădirilor (RES - surse de energie regenerabile, RES - surse de energie neregenerabile, DH/CH - alimentare centralizată cu căldură/frig)

Clădiri cu consum de energie aproape zero

Una dintre cerințele directivei privind performanța energetică a clădirilor nr. 2010/31/UE [3] este că, până la 31 decembrie 2020, toate clădirile noi ar trebui să fie „clădiri cu energie aproape zero” - clădiri noi utilizate și deținute de autoritățile publice după 31 decembrie 2018. În sensul prezentei directive, înseamnă o clădire cu energie aproape zero înseamnă o clădire a cărei performanță energetică determinată în conformitate cu metoda stabilită în prezenta directivă este foarte scăzută. Consumul aproape zero sau scăzut de energie necesară ar trebui să fie acoperit într-o mare măsură din surse regenerabile, inclusiv din surse regenerabile produse pe sau în jurul amplasamentului. Acest obiectiv foarte ambițios este atins pe baza planurilor naționale ale fiecărui stat membru, care stabilesc modul în care se va realiza acest lucru și care clădiri vor fi scutite de această cerință.

Accentul se pune din nou pe rentabilitatea măsurilor care duc la implementarea acestor clădiri. Din punct de vedere tehnic, există o mare incertitudine sau intenție din partea redactorilor acestui text, care, în definiție, folosește termeni „slabi” precum „foarte scăzut”, „interval considerabil” sau „în sau în jurul locului ”. Va fi o constatare neplăcută pentru utilizatorul final că termenul technus „clădire cu energie aproape zero” nu reflectă consumul real de energie, ci doar faptul că clădirea va avea un consum mai mic decât altele din categoria sa și o mare parte din aceasta va avea trebuie să fie acoperite de surse de energie regenerabile. În plus, termenul de consum de energie se referă la energia primară, care este energia surselor primare care nu au suferit niciun proces de conversie (de exemplu, cărbune, gaz, nuclear, lemn, energie solară).

FIG. 4 Fereastra electrocromatică (Foto: autor)

Măsuri tehnice destinate clădirilor cu consum de energie aproape zero

Progresul tehnologic în domeniul noilor materiale și tehnologii pentru clădiri duce la o reducere a consumului de energie operațional al clădirilor. Trebuie spus că impulsul dezvoltării acestor tehnologii și materiale este presiunea socială. Desigur, atunci când ne gândim la eficiența energetică, există și întrebări precum: „Câtă energie am nevoie pentru a produce un anumit material sau sistem de economisire a energiei?” Aceste probleme nu sunt abordate de actuala directivă privind performanța energetică a clădirilor din nivelul legii, dar se dezvoltă metode și proceduri ca acestea. țin cont de fapte. Un exemplu tipic este discuția generală asupra celulelor fotovoltaice, în care oponenții lor indică ideea obiectiv nejustificată conform căreia producția de celule fotovoltaice consumă mai multă energie decât produce celula în timpul vieții sale. Ar trebui să se demonstreze că nivelul actual de cartografiere a tuturor proceselor tehnologice de producție a materialelor de construcție și a elementelor echipamentelor tehnice ale sistemelor clădirilor nu permite procesarea obiectivă a acestor evaluări și, prin urmare, aceste metode de evaluare cuprinzătoare sunt în curs de dezvoltare și nu sunt încă stabilit în practică.

Vedere urbană

Presiunea societății de a utiliza surse de energie regenerabile, care nu furnizează întotdeauna energie atunci când este nevoie, conduce inevitabil la idei despre cum să abordăm furnizarea și consumul de energie inegale către rețea. Exemple sunt problemele media-cunoscute cu supraproducția de electricitate din centralele eoliene sau surplusurile de energie termică din sistemele solare vara. În domeniul electricității, această problemă este rezolvată la nivelul sistemelor de distribuție prin transferul de energie către rețelele unde poate fi utilizată. În domeniul energiei termice, acesta este rezolvat prin acumularea locală de căldură în rezervoarele de stocare și eliminarea excesului de energie. Sistemele de stocare a energiei termice utilizate în prezent se bazează în majoritatea cazurilor pe principiul stocării energiei în apă în rezervoarele de stocare. Măsurătorile și calculele privind eficiența acestei stocări de căldură arată că pierderile de căldură ale acestor rezervoare de stocare sunt în ordinea a zeci de procente și, prin urmare, există un mare potențial de economii. O idee în evoluție este interconectarea surselor de energie prin rețele (termice și electrice), care va permite utilizarea surplusului de energie într-o altă parte a rețelei.

Anvelopa clădirii

FIG. 5 Unitate de cogenerare a unei instalații de biogaz (Foto: autor)

Încălzirea clădirilor

Cu toate acestea, atunci când alegeți și proiectați o soluție tehnică pentru sistemul de încălzire al clădirilor cu consum redus de energie, există adesea o situație în care implementarea unui sistem de încălzire bine reglementat este ireversibilă din punct de vedere economic din cauza puterii reduse a sistemului. Trebuie avut în vedere faptul că un sistem de încălzire insuficient reglat poate face ca consumul de căldură pentru încălzire să depășească necesitatea și investiția într-un plic de calitate să fie contracarată. În același timp, există o influență evidentă a dispozitivului de încălzire asupra calității mediului interior al clădirilor, care nu trebuie uitat pentru a îndeplini cerința de confort termic. În domeniul surselor de căldură, există o presiune semnificativă asupra utilizării surselor regenerabile de energie, în condițiile noastre este vorba în principal de energie solară, de mediu și de biomasă. Dezvoltarea soluțiilor tehnice poate fi așteptată în creșterea eficienței colectoarelor solare, factorul de încălzire al pompelor de căldură și construirea de noi surse pentru utilizarea biomasei. Subiectul centralizării sau descentralizării surselor și al generării combinate de căldură și energie electrică este și va fi, de asemenea, un subiect discutat.

Răcirea clădirilor

FIG. 6 Exemplu al cursului anual de capacitate de încălzire și răcire într-o clădire modernă de birouri; imaginea prezintă predominanța capacității de răcire necesare față de încălzire (Sursa: autor)

O altă modalitate de a reduce consumul de energie pentru răcire este de a utiliza un model adaptiv de confort termic, care va permite o creștere a temperaturii interne în zilele critice și astfel va reduce capacitatea de răcire necesară. Utilizarea acestui model de confort termic este, desigur, supusă acordului utilizatorului, care trebuie să fie conștient că temperatura din cameră va fi mai mare în condiții extreme de exterior. Reducerea temperaturii interne în clădiri cu funcționare intermitentă, unde schimbările de temperatură nu dăunează echipamentelor interioare, este o metodă cunoscută istoric de pre-răcire nocturnă. Această metodă se bazează pe principiul că temperatura aerului exterior scade noaptea și, dacă folosim aerul de noapte mai rece pentru ventilația intensivă a clădirii și răcirea structurilor masive, putem folosi astfel de structuri pre-răcite în ziua următoare pentru o creșterea mai lentă a temperaturii în clădire.

Pre-răcirea nocturnă este utilizată în clădirile în care sunt permise fluctuații de temperatură în timpul zilei. După aplicarea măsurilor pe anvelopa clădirii și optimizarea surselor de încărcare internă de căldură, este necesar în unele clădiri să se elimine încă sarcina de căldură, cu alte cuvinte: să se răcească clădirea. Pentru aceasta, pot fi utilizate sisteme active tradiționale care utilizează unități de tratare a aerului sau sisteme integrate sub formă de tavane sau grinzi de răcire. Toate aceste sisteme au nevoie de o sursă de frig, care poate fi un răcitor de răcire convențional sau, în cazul refrigerării la temperaturi ridicate (funcționând la temperaturi între 18 și 20 ° C) și a surselor reci regenerabile, de apă de sondă sau pilot de energie. Aplicațiile de răcire prin absorbție apar în legătură cu utilizarea căldurii reziduale sau a căldurii din surse regenerabile.

Ventilare

FIG. 7 Alimentarea cu aer a camerei în timpul ventilației forțate a unei case de familie (Foto: autor)

Pregătirea apei calde

În domeniul tratamentului apei calde, reducerea necesității este o problemă majoră datorită creșterii cerințelor de igienă, astfel încât dezvoltarea se concentrează pe reducerea pierderilor de funcționare și optimizarea surselor de energie folosind surse regenerabile, în special energia solară. O altă zonă a posibilelor economii de energie pentru prepararea apei calde este utilizarea recuperării căldurii din apele uzate.

Concluzie

Tendința de reducere a intensității energetice a clădirilor este un proces care funcționează în condițiile noastre pentru o lungă perioadă de timp și în mod natural ca urmare a eforturilor de optimizare a investițiilor și a costurilor de funcționare ale clădirilor. În prezent, termeni precum casă cu consum redus de energie și casă pasivă sunt utilizați în mod obișnuit în publicul profesionist, iar aceste clădiri sunt în curs de implementare. Introducerea conceptului de clădire cu consum de energie aproape zero a stârnit interes, rezistență și așteptări ale experților și ale publicului larg. Din păcate, semnificația lingvistică a acestui termen ridică așteptările utilizatorilor finali, care, deși menține definiția actuală, nu vor fi îndeplinite în majoritatea cazurilor.

În timp ce se menține tendința actuală de dezvoltare, se poate aștepta ca o clădire cu un consum de energie aproape zero să aibă un anvelopă mai bine izolată termic, un sistem sofisticat de umbrire a ferestrelor, încălzire bine controlată, ventilație și iluminare controlate și cel puțin parțial să fie alimentată cu surse de energie regenerabile. decât clădirea convențională de astăzi. Proiectarea conceptuală a clădirilor cu consum de energie aproape zero trebuie rezolvată prin metoda proiectării integrate, care coordonează proiectarea subsistemelor individuale și caută posibilitatea utilizării multiple a elementelor sau sistemelor pentru funcții multiple.

Literatură
1. Actul nr. 318/2012 Coll., Legea de modificare nr. 406/2000 Sb. privind gestionarea energiei, astfel cum a fost modificată.
2. Decretul nr. 78/2013 Sb. privind performanța energetică a clădirilor.
3. Directiva nr. PE și a Consiliului nr. 2010/31/UE din 19 mai 2010 privind performanța energetică a clădirilor (reformare).
4. Disponibil pe internet: http://nkn.fsv.cvut.cz/.
5. Disponibil pe internet: http://www.iea.org.
6. Kabele, K.: Conceptul clădirilor HVAC cu consum de energie aproape zero. Lucrările conferinței Încălzirea 2013, Society for Environmental Engineering, 2013.

Text: prof. Ing. Karel Kabele, CSc. - autorul este șeful Departamentului HVAC la SvF ČVUT din Praga.
Recenzat de: prof. Ing. Dr. Dusan Petras.

Articolul a fost publicat într-o revistă TZB HAUSTECHNIK.