ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ В ОБЩЕСТВЕН-НЫХ ЗДАНИЯХ

IMPROVING ENERGY EFFICIENCY IN PUBLIC BUILDINGS

Anton Belozertsev

Student, Lipetsk State Technical University, Russia, Lipetsk

Tatyana Rogatovskikh

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Lipetsk State Technical University, Russia, Lipetsk

Аннотация. Это исследование обеспечивает всестороннее изучение динамики энергоэффективности в нежилых общественных зданиях, таких как школы, бассейны, больницы и музеи. Признавая различные модели энергопотребления каждого типа зданий, исследование подчеркивает уникальные проблемы, которые они представляют, уделяя особое внимание постоянным и интенсивным энергетическим потребностям больниц и беспрецедентным энергетическим потребностям плавательных бассейнов. Благодаря обширному анализу различных тематических исследований исследование раскрывает преобладающие тенденции в энергопотреблении, подчеркивая роль показателей в оценке энергоэффективности и присущие им проблемы, с которыми сталкиваются эти показатели при обеспечении единообразия и прямой сопоставимости. Ключевой элемент этого анализа подчеркивает двойную природу технической модернизации, разделяя вмешательства на пассивные и активные меры. Исследование углубляется в императивы устойчивого развития энергетических вмешательств, изучает экономические мотивы, лежащие в основе решений о модернизации, а также сложную взаимосвязь между передовыми технологическими решениями и поведенческими тенденциями операторов зданий и пользователей. Кроме того, исследование раскрывает влияние внешних факторов, таких как климатические факторы и государственная политика, на формирование энергопотребления в общественных зданиях. Обобщая эти результаты, в документе предлагаются содержательные рекомендации, подчеркивающие необходимость комплексного подхода, который гармонизирует технологические инновации с информированными эксплуатационными привычками, направленными на оптимизацию энергоэффективности в общественных нежилых зданиях.

Abstract. This study provides a comprehensive study of energy efficiency dynamics in non-residential public buildings such as schools, swimming pools, hospitals and museums. Recognizing the different energy consumption patterns of each building type, the study highlights the unique challenges they present, with particular attention to the constant and intensive energy needs of hospitals and the unprecedented energy needs of swimming pools. Through an extensive analysis of various case studies, the study reveals the prevailing trends in energy consumption, highlighting the role of indicators in assessing energy efficiency and the inherent challenges these indicators face in ensuring uniformity and direct comparability. A key element of this analysis emphasizes the dual nature of technological upgrading, dividing interventions into passive and active measures. The study delves into the sustainability imperatives of energy interventions, examining the economic motivations behind retrofit decisions, as well as the complex relationship between advanced technological solutions and the behavioral tendencies of building operators and users. In addition, the study reveals the influence of external factors such as climate factors and government policies on shaping energy consumption in public buildings. Summarizing these findings, the paper offers insightful recommendations highlighting the need for an integrated approach that harmonizes technological innovation with informed operating habits aimed at optimizing energy efficiency in public non-residential buildings.

Ключевые слова: здания; энергоэффективность; модернизация; изоляция; обогрев; охлаждение; общественные здания.

Keywords: buildings; energy efficiency; retrofit; insulation;  heating; cooling; public buildings.

В контексте энергоэффективности технические меры представляют собой прямой подход к снижению энергопотребления за счет использования передовых технологических решений. Технические меры направлены на оптимизацию систем и оборудования здания с целью повышения уровня его эффективности. В отличие от операционных или поведенческих стратегий, которые подчеркивают процедурные изменения и человеческое поведение соответственно, технические вмешательства углубляются в осязаемую основу структуры энергопотребления здания. Хотя реализация этих мер иногда может оказаться более дорогостоящей, они обещают значительную экономию энергии, а этот компромисс часто оправдывает первоначальные инвестиции. Учитывая их ощутимое влияние и долговременные изменения, технические меры будут в центре внимания этого исследования, проливая свет на их многогранные преимущества и проблемы в более широком контексте энергосбережения.

Улучшение оболочки здания за счет более эффективных методов изоляции является еще одним важным техническим мероприятием. Улучшенная изоляция стен, крыш и особенно окон сводит к минимуму потери тепла в холодное время года и снижает поступление тепла в теплое время года. Эта динамическая корректировка, в свою очередь, приводит к снижению зависимости от систем HVAC. Нагрев воды, часто являющийся значительным потребителем энергии, стал свидетелем инноваций с появлением энергоэффективных водонагревателей, которые резко сократили энергию, используемую для нагрева воды.

Еще одна из наиболее заметных тенденций в этой категории — переход на энергосберегающее освещение. Светодиоды, например, не только потребляют меньше энергии, но и служат дольше, тем самым снижая затраты на электроэнергию и техническое обслуживание.

Передовые системы HVAC провозглашаются следующим шагом в усовершенствовании внутренней среды общественных зданий. Современные системы HVAC могут регулировать воздушный поток в зависимости от конкретных потребностей различных зон здания, гарантируя, что энергия не будет тратиться зря на переохлаждение или перегрев определенных зон. Более того, интеграция современных энергоэффективных приборов способствует дальнейшему снижению общего энергопотребления. Поскольку эти устройства были разработаны с учетом энергосбережения, они часто превосходят свои старые аналоги как по функциональности, так и по энергоэффективности.

Кроме того, интеграция возобновляемых источников энергии, таких как солнечные панели или ветряные турбины, помогает диверсифицировать энергетический баланс общественных зданий, снижая их зависимость от невозобновляемых источников. Такие меры не только снижают затраты на электроэнергию, но и переводят общественные здания на более устойчивый и экологически безопасный путь.

Еще одна техническая стратегия, которая набирает обороты, — это реализация программ реагирования на спрос. Эти программы дают возможность управляющим зданиями сократить или изменить потребление энергии в периоды пиковой нагрузки. Такие изменения не только приводят к экономии затрат, но и помогают поддерживать стабильность и надежность более крупной электрической сети.

В соответствии с целостным подходом к энергосбережению, новаторским дополнением ко многим современным практикам модернизации является установка зарядных станций для электромобилей. Хотя это дополнение не влияет напрямую на энергопотребление самого здания, оно означает более широкую приверженность экологическим и устойчивым практикам, которые выходят за рамки непосредственных потребностей здания, отражая более широкое видение устойчивой городской инфраструктуры.

Общественные здания служат опорой силы и устойчивости сообществ. Многие из этих зданий, исторически построенные с использованием традиционных материалов и методов, со временем приобретают культурное и историческое значение. Их рост часто возводит их в статус достопримечательности, что сопровождается ограничениями на структурные модификации. Следовательно, многочисленные общественные здания не соответствуют современным стандартам энергоэффективности, что подтверждается исследованиями.

Однако этот сценарий разворачивает двойственную историю. Хотя эти ограничения препятствуют некоторым структурным усовершенствованиям, они открывают путь для инновационных мер по энергосберегающей модернизации. Внедрение современных энергетических решений в этих структурах не только сохраняет их историческую сущность, но и направляет их к устойчивости и долгосрочной экономической эффективности. Меры по модернизации, которые мы рассмотрели в этой работе, позволили достичь экономии энергии, близкой к 50% или превышающей ее, даже достигнув статуса здания, близкого к нулевому потреблению энергии. Учитывая преобладание тепловой энергии в общем потреблении здания, изоляция становится ключевой мерой энергоэффективности. Тем не менее, поиск оптимальной изоляции, особенно в холодном климате, требует разумного подхода к противодействию чрезмерным требованиям к охлаждению.

Контрастные и, казалось бы, нелогичные траектории потребления тепловой и электрической энергии требуют более пристального внимания. Этому наблюдаемому несоответствию способствуют несколько факторов. Один из них касается технологического срока службы компонентов системы. Прорывы в области изоляции затрагивают преимущественно здания, срок службы которых составляет несколько десятилетий. Даже мероприятия по модернизации, обычно проводимые с интервалом в десять лет, вносят в систему «инерцию». Эта инерция означает, что полная интеграция передовых изоляционных технологий в существующую структуру здания является трудоемким процессом. И наоборот, достижения в области электротехники, особенно в таких областях, как освещение, оказывают более непосредственное и заметное влияние. Такие меры, будучи менее капиталоемкими и имеющими более короткую продолжительность жизни, органично вписываются в существующую инфраструктуру, обеспечивая ощутимые выгоды.

Истинная эффективность технологических вмешательств глубоко переплетена с поведением пользователей. Хотя такие установки, как изоляция и светодиоды, после установки могут восприниматься как пассивные по своей сути, их эффективность в реальных сценариях может значительно отличаться. Например, изоляция предназначена для помощи системам отопления, вентиляции и кондиционирования, но она не обеспечивает напрямую тепловой комфорт. Именно эксплуатационные привычки пользователей играют решающую роль в определении эффективности системы. Хотя такие практики, как оставление включенного света в дневное время, могут привести к некоторым потерям энергии, неправильное использование систем теплового комфорта может нанести гораздо больший вред. Такие действия, как включение кондиционера с открытыми окнами или установка слишком низкой температуры, могут серьезно подорвать энергоэффективность, заметно подрывая потенциальную экономию энергии. Таким образом, чтобы использовать весь потенциал технологических достижений, они должны сочетаться с осознанными и разумными поведенческими практиками.

Заключение

Это исследование предоставило всесторонний анализ энергоэффективности нежилых общественных зданий, подчеркнув их различные энергетические профили. При рассмотрении инженерных решений для таких зданий в игру вступают множество переменных. KPI, хотя и полезны, часто имеют присущие им ограничения из-за их несогласованности в разных областях, что делает прямые сравнения или некоторые численные расчеты проблематичными.

Обзор литературы выявил четкую структуру потребления энергии. Бассейны, например, выделялись как чрезвычайно энергоемкие сооружения. С другой стороны, больницы представляли собой множество энергетических проблем, учитывая их круглосуточную работу и всеобъемлющий характер их энергоемкой деятельности. Примечательно, что меньшие по размеру объекты, хотя модернизация, возможно, и более дорогостоящая, продемонстрировали более высокий потенциал экономии энергии на единицу площади.