Новый европейский проект E2VENT: энергосберегающая вентилируемая система фасадов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Новый европейский проект E2VENT: энергосберегающая вентилируемая система фасадов

В данной обзорной статье рассказывается о новой энергосберегающей системе вентилируемых фасадов разработанной европейским проектом E2VENT. Целью данного проекта является улучшение качества жилья и его реконструкции с внедрением разрабатываемой системы, которая одновременно объединяет в себе системы кондиционирования и вентиляции.

Значительная часть загородного жилого фонда (около 30-40%)  в Европейских странах была построена в 60-70 годах, когда о вопросах энергоэффективности еще особо не задумывались. Актуальность данной темы связана с основными проблемами жилищного фонда: модернизация и реконструкция жилищного фонда, а также улучшение качества жизни людей являются одним из важнейших направлений в решении жилищной проблемы и реформе жилищно-коммунального хозяйства любой страны.  В сравнении с  современными жилыми  домами, как загородными, так и многоэтажными, к строительству которых в настоящее время предъявляются высокие требования, рассматриваемые  здания характеризуются низким качеством вентиляции помещения и самого воздуха, высоким потреблением энергии, потребностью  в техническом обслуживании, и как следствие ухудшением здоровья самого домовладельца.

Новый же европейский проект E2VENT направлен на  решение данных  вопросов. Разрабатываемая система E2VENT представляет собой новую модульную вентилируемую систему фасадов, которая одновременно объединяет в себе системы кондиционирования и вентиляции.

Целью настоящей статьи является ознакомление с новой фасадной системой E2VENT: принцип работы данной системы и составляющие компоненты, представлено устройство первого прототипа.  Так же в данной работе рассматривается инновационный материал РСМ и система LHTES, являющаяся основной частью проекта, ее модель, устройство и то как она спроектирована для обеспечения ежедневного максимального сохранения тепла и охлаждения.

Так как проект европейский, то основная часть используемой литературы взята из иностранных источников [1-9], в российских изданиях нет информации о проекте E2VENT. К тому же проект относительно новый, начал свою деятельность в январе 2015 года. Но так как в процессе написания данной статьи рассматривается обширная тема энергоэффективности жилых зданий, ей посвящены многие российские научные работы [10-11]. А именно вопрос повышения энергоэффективности в строительстве освещается в данных работах [12-13].

Проект E2VENT финансируется Horizon 2020 frameworkoftheEuropeanUnion (программа Европейского Союза по развитию научных исследований и технологий). Программа состоит в разработке новых технологий в системе вентилируемых фасадов для модернизации жилых зданий, способных обеспечить существенную экономию энергии за счет модульного блока рекуперации тепла, скрытой системы LHTES на основе инновационных материалов PCM, интеллектуальной системы управления и эффективной системы креплений, которая исключит тепловые мосты и обеспечит простоту установки. Разработанные технологии будут интегрированы в вентилируемый фасад, а интеллектуальная система управления фасадом в режиме реального времени будет контролировать работу системы на основе методов метеорологического прогнозирования для расчета оптимальной производительности в зависимости от будущей тепловой и электрической потребности здания.

Отличительной особенностью данной системы является именно модульный блок рекуперации тепла, который позволяет восстанавливать энергию из отработанного воздуха. С целью обеспечения системы хранения тепла для снижения пикового потребления электроэнергии и/или для охлаждения летом, может быть использована система хранения скрытой тепловой энергии LHTES с использованием РСМ.

Предлагаемое решение по модернизации зданий должно привести к сокращению потребности в первичной энергии на 50 % и значительному сокращению выбросов СО2.

Система E2VENT представляет собой решение по модернизации теплоизоляционных свойств наружных конструкций здания с внешней оболочкой и воздушной полостью, в которой внедрены различные революционные технологии, обеспечивающие ее высокую эффективность:

1. SmartModularHeatRecoveryUnit (SMHRU) -- Умный модульный блок рекуперации тепла для воздухообмена позволяет получить тепло из отработанного воздуха с помощью тонкого теплообменника ибесперебойно работать в режиме охлаждения и нагрева. Он не предназначен для обновления воздуха, а только для хранения внешней потенциальной энергии, чтобы использовать его для нагрева или охлаждения.

2. LatentHeatThermalEnergyStorage (LHTES) -- система аккумулирования скрытой тепловой энергии на основе материалов, меняющих фазовое состояние (РСМ - phasechangematerials), обеспечивает максимальное сохраннее тепла и охлаждение.

3. Интеллектуальное управление системой в режиме реального времени

4. Эффективная система крепления

Идея LHTES заключается в том, чтобы использовать низкие ночные температуры снаружи здания для кристаллизации РСМ, а потом, когда температура внутри помещения станет выше температуры плавления материала, распределить сохраненный лед в соответствующих тепловых зонах конструкции для их охлаждения. Таким образом получается, что РСМ накапливая энергию расплавляется, и отдает энергию, возвращаясь в твердое состояние.

Phasechangematerial -- PCM - материал меняющий агрегатное состояние, имеет небольшую теплопотерю, нет коррозии и не вреден для окружающей среды. Основа его работы - высокая энергоемкость при переходе из одного агрегатного состояния в другое. В основном используется фазовое изменение твердое вещество-жидкость. По техническим причинам изменение фазы твердое вещество-жидкость может быть достигнуто лучше, чем изменение жидкости-газа.

Накопление энергии во время изменения фазы показывает более высокие значения энергии, чем удельная теплоемкость при «нормальном» нагреве данного материала.

Нагревая PCM до тех пор, пока температурный диапазон его температуры плавления не будет достигнут, поглощенная теплота используется для изменения фазы от твердого состояния к жидкости. Во время этого изменения температура остается постоянной. Как только PCM полностью изменит свою фазу от твердого до жидкого и при дальнейшем нагревании, температура снова повысится, как и ожидалось.

После замораживания PCM затвердевает при температуре замерзания, и энергия (тепло), которая была поглощена до этого для плавления, теперь высвобождается. Это можно объяснить тем, что жидкое состояние имеет более высокое энергетическое состояние, чем твердое тело. Таким образом, в жидкости сохраняется больше энергии, которая полностью рассеивается во время затвердевания (рис.1).

Рисунок 1

LHTES помещается в ширину изоляционного слоя, где должен быть обеспечен воздушный поток между воздухом снаружи и воздухом в помещении (рис.2). Корпус системы изготавливается из композитных панелей Etalbond, состоящих из специального нетоксичного наполнителя, две панели соединяют между собой материал РСМ, который инкапсулирован либо в трубы, либо в пластины (рис.3)

Как говорилось ранее LHTES направлен на накоплении энергии в холодную ночь и разрядку ее в течение дня для охлаждения соответствующих тепловых зон в конструкции. Существует три режима функционирования (рис.4):

· “EXT-EXT” -- зарядка системы: снаружи берется внешний воздух, проходит через РСМ/воздушный теплообменник и выходит обратно наружу

· “INT-INT” -- разрядка системы: воздух принимается изнутри помещения, проходит через LHTES, а также происходит обязательно обмен с РСМ, и выдувается обратно внутрь здания.

· “Х” -- выключено: нет движения воздуха.

Был проведен анализ потенциального рынка, и технических норм для определения требований применимых к данной конструкции. Размер корпуса определяется на основе конструктивных соображений, кронштейны для крепления облицовки определяют ширину панели. Они будут крепиться непосредственно к перекрытиям между этажами, поскольку данные элементы в большей степени способны выдержать систему, чем ограждающие стены.

Максимальная толщина корпуса LHTES составит 15 см, так что его свободно можно будет разместить в изоляционном слое фасадов. Дополнительные изоляционные слои толщиной 1 см будут размещены на каждой стороне корпуса для термической и акустической изоляции. Так как скорость потока в фазе “EXT-EXT” изначально можно считать неограниченной, но она является основным фактором для ограничения расхода фазы “INT-INT” и как следствие будет создавать определенный шум.

Первый прототип LHTES был установлен в подвижный металлический корпус (рис.5). Она состоит из композитных панелей, состоящих из нетоксичного наполнителя, Eltabond, внутри которого расположили теплообменник, четыре амортизатора и два вентилятора. Четыре трубы соединяются с LHTES для пропускания воздуха через систему. Воздушные контуры EXT/EXT и INT/INT отличаются, так как это будет аргументом для окончательной конструкции LHTES. Так же используется отдельно горячая батарея для того, чтобы достигнуть высоких температур внутри системы и расплавить РСМ.

Для экспериментов использовались три различные оболочки, адаптированные к трем различным теплообменникам. Размеры корпуса пластинчатого теплообменника составляют 2571 * 655 * 163 мм, а размеры трубчатого теплообменника Корпус -- 2558 * 655 * 163 мм. Каждая модель содержала различное количество PCM: в прототипе с линейным последовательным расположением труб -- 32 кг РСМ, с шахматным расположением труб -- 39 кг и в пластинчатом теплообменнике -- 40,5 кг.

Измеряемыми параметрами для характеристики работы LHTES являлись:

· Температура на входе и выходе теплого и холодного потока

· Температура на поверхностях пластин/трубок для характеристики температурного профиля, это позволит понять разницу теплопередачи внутри LHTES. Для вычисления были установлены 15 термопар.

· Скорость воздуха на входе и выходе для расчета расхода

Проводились вычисления для характеристики системы и оценки ее эффективности. Так же эти предварительные испытания включают оценку уровня утечки воздуха, распределение воздушного потока, потери давления и однородность цикла РСМ в зависимости от месторасположения: в пластине/в трубах в LHTES.

Затем результаты были сопоставлены с детальной моделью, чтобы подтвердить ее. Три теплообменника будут испытываться на разный расход воздуха.

Прототип также поможет определить расположение и подключение датчиков и исполнительных механизмов, которые будут размещены для модернизации пилотных зданий, а также тип анкеров, необходимых для крепления к стене и процесса установки.

В статье была представлена новая разработка проекта E2VENT, финансируемым Европейским Союзом. Это полупассивная система воздушного охлаждения, предназначенная для интеграции в фасадный модуль для реконструкции жилых зданий.

Первый прототип системы был изготовлен и собран в начале 2016 года, на данный момент он уже прошел лабораторные испытания. Летом 2016 года он был установлен как часть целой реконструкции на испытательном стенде во Франции, г. Англет с целью проверки эффективности в реальных условиях в течении всего года. Сейчас разрабатывается новая версия прототипа для реконструкции пилотных зданий в г. Гданьске, Польша и г. Бургосе, Испания. В ней будет учтен опыт испытания первого прототипа во Франции, особое внимание будет уделяться интеграции системы и датчиков, а также уменьшению общей массы конструкции.

Список литературы

вентиляция энергосберегающий проект

1.S. Zuhaib, M. Hajdukiewicz, M. Keane, J. Goggins, Facade modernisation for retrofitting existing buildings to achieve nearly zero energy buildings// Structures and Architecture. 2016. pp. 599-66.

2.Richard R. Vaillencourt. Simple Solutions to Energy Calculations, Fourth Edition. FairmontPress. 2007. 225 p.

3.Antoine Duguйa, SaedRajia, Paul Bonnamya, Denis Bruneaub, E2VENT: an Energy Efficient Ventilated Faзade Retrofitting System. Presentation of the Embedded LHTES System// ProcediaEnviromental Sciences 38. 2017. pp. 121-129.

4.Christopher Robak, Latent Heat Thermal Energy Storage with Embedded Heat Pipes for Concentrating Solar Power Applications//Master's Theses. 2012. p.229

5.Singh, D, Zhao, W, Yu, W, France, DM, Kim, T, Analysis of a graphite foam-NaCl latent heat storage system for supercritical CO2 power cycles for concentrated solar power// Solar Energy 118. 2015. pp. 232-242

6.Ehringer H., Hoyaux G., Zegers P. Energy Conservation in Buildings Heating, Ventilation and Insulation//Springer. 1983. 512 p.

7.Eastop D., Croft D. R. EnergyEfficiency. Longman. 1990. 400 p.

Размещено на Allbest.ru