Естественное охлаждение в офисных зданиях

Этим летом аномально жаркая погода накрыла многие страны и города. В такую погоду кто-то спасается в офисах с кондиционерами, а кому-то наоборот в замкнутых помещениях приходится терпеть удушающую жару. Сара да Коста Лопес, генеральный директор ООО «Прома Истейт», рассказала о технологиях естественного охлаждения офисов.

В связи с необходимостью сокращения выбросов парниковых газов в строительном секторе все больший интерес вызывает биоклиматическая архитектура. Суть ее состоит в том, чтобы обеспечить температурный комфорт для жителей или резидентов здания, при этом снизив уровень потребления энергии и ресурсов. Биоклиматическая архитектура, как следует из названия, использует в своих целях климатические условия: естественное тепло зимой и естественный холод летом.

В офисных зданиях, особенно в западных и развивающихся странах, требуется все более широкое использование охлаждения. Наличие кондиционеров становится обязательным минимальным требованием для большинства офисных зданий, что существенно увеличивает внутренние энергетические нагрузки.

Безусловно, до появления технологий кондиционирования существовали естественные методы охлаждения жилища: проветривание через окна, испарение воды из фонтанов и бассейнов, толстые каменные и земляные стены, поглощающие дневную жару и так далее. Современные естественные (пассивные) системы охлаждения, которые используются для снижения нагрузки на системы кондиционирования, действуют по тем же принципам.

1. Контроль теплопоступлений

Особого внимания заслуживает теплопередача через солнечную радиацию, поскольку она может привести к очень высоким температурам внутри здания, что снижает температурный комфорт и крайне негативно сказывается на производительности тех, кому в здании приходится работать. Солнечная радиация проникает преимущественно через окна и крышу, но также через стены.

Немаловажную роль в обеспечении комфортной температуры играют окна. Эффективный дизайн окон состоит главным образом в их правильном расположении и выборе оптимального размера, чтобы солнце и ветер проникали в оптимальном количестве и в нужные участки здания. Снизить интенсивность солнечной радиации можно при помощи пленок или специальных покрытий на окнах, отражающих значительную часть солнечной энергии и поглощающих другую ее часть. Довольно эффективны также внешние солнцезащитные системы.

1_1.gif

На крыши зданий приходится основная часть солнечной радиации, поэтому им тоже необходимы специальные меры защиты. Один из наиболее эффективных методов заключается в «озеленении крыши»: растения испаряют влагу и снижают нагрев помещений, расположенных ниже. Вентиляционные люки и световые фонари в крыше также позволяют добиться эффективной вентиляции.

1_1.jpg

Наконец, для внешних стен идеально подходят материалы с высоким коэффициентом солнечного отражения.

2. Сильная тепловая инерция конструкции здания совместно с ночной вентиляцией

Массивные конструкции с сильной инерцией могут накапливать как тепло, так и холод. Они также позволяют уменьшать температурные колебания внутри помещений зимой и летом, особенно в период значительных температурных колебаний.

В зданиях из легких материалов увеличение тепловой инерции возможно за счет применения материалов с изменяемым фазовым состоянием (Phase Change Materials). Они в значительной степени способствуют предотвращению перегревания вследствие солнечной радиации или внутренних источников благодаря их способности к накоплению энергии. Данные материалы, например, в виде мембран, могут быть вмонтированы как в пол, так и в потолок. Существуют различные типы таких материалов: органические, неорганические, эвтектические смеси и гигроскопические материалы.

1_2.jpg 1_3.jpg

Летом, при использовании интенсивной ночной вентиляции, принцип тепловой инерции работает как «накопитель холода»: забираемый ночью свежий воздух позволяет понизить общую температуру здания (за счет прохождения этого воздуха через бетонные конструкции). Время, необходимое для распространения холода в конструкции (примерно 100 мм за 4 часа), определяет толщину монолитных перекрытий и стен.

Эффективность накопления энергии массивными конструкциями можно повысить, если подача тепла или холода идет непосредственно в центр массивных перекрытий через систему вентиляции (или водоснабжения). Увеличенные бетонные перекрытия обеспечивают накопление большего количества энергии, которая может быть использована для более контролируемого охлаждения здания.

Перекрытие, охлажденное в течение ночи проходящим внутри него воздухом, работает как лучистая и конвективная панель, обеспечивая более комфортную температуру в помещении в течение дня. Тепловая инерция перекрытия обеспечивает задержку между временем прохождения через него воздуха, и получающейся температурой помещения.

3. Охлаждение испарением

При экстремальных температурах и существенных внутренних тепловыделениях (например, в серверных помещениях), описанные выше решения могут оказаться недостаточными. Охлаждение испарением можно считать одной из альтернатив системе кондиционирования.

1_4.jpg

При испарении вода поглощает большое количество энергии из окружающей среды. Наиболее очевидным и распространенным примером этого явления является эффект испарения пота на коже человека. Охлаждение испарением (также называемое адиабатическим охлаждением) заключается в насыщении воздуха водой для уменьшения температуры внутри помещения.

Системы охлаждения испарением часто комплектуются механическими устройствами, например, вентиляторами, которые потребляют существенно меньше энергии, чем традиционные системы охлаждения.

Однако высокую влажность люди переносят плохо. Именно поэтому, вместо увлажнения подаваемого воздуха, будет лучше увлажнить удаляемый воздух, получить холод, и через теплообменник охладить подаваемый воздух.

Для минимизации воздействия на окружающую среду и уровня выбросов углекисловго газа при работе систем кондиционирования начали активно развивать технологии с использованием источников возобновляемой энергии. В дальнейшем, безусловно, они будут развиваться еще более активно и найдут более широкое применение.

Солнечное кондиционирование воздуха и геотермические системы – это два эффективных способа использования возобновляемых источников энергии вместо ископаемого топлива для нужд охлаждения зданий.

Скачать статью в формате pdf