Продумане планування для низьких операційних витрат
Невеликі інвестиції відкривають великий потенціал економії в Lebenshilfe Wohnwelten в Альтдорфі
Коли в центрі уваги при плануванні об'єктів стоїть не тільки низька вартість будівництва, але й низькі експлуатаційні витрати, архітектори та планувальники повинні розкрити свої здібності. Такою була мета "Світів інклюзивного житла", що відбулися в рамках проекту "Інклюзивне житло" на Lebenshilfe в регіоні Нюрнберг виконати.
Завдяки індивідуальному плануванню та готовим технологіям тут можна оптимізувати теплопостачання та власне виробництво електроенергії - основні компоненти теплоелектроцентралі та теплоакумулюючої установки чудово працюють разом.
Рис. 1: Деякі зони, такі як внутрішні зони загального користування (зображення), фойє, коридори або кімнати для переговорів в інклюзивному житловому середовищі забезпечуються децентралізованими системами вентиляції.
Lebenshilfe im Nürnberger Land e. V. управляє понад 20 будинками, де люди з затримкою розвитку або інвалідністю можуть знайти житло та отримати догляд. Зазвичай мешканців підтримують постійні працівники Lebenshilfe. Однак у нових "інклюзивних житлових середовищах" в Альтдорфі застосовується новий підхід. Об'єкт Lebenshilfe, який вперше був заселений навесні 2016 року, пропонує житловий простір для людей з інвалідністю та для людей без інвалідності. Останні можуть долучатися до догляду, наприклад, готувати їжу або організовувати дозвілля для працюючих людей з інвалідністю, і отримувати за це волонтерську надбавку, що, в свою чергу, зменшує витрати на оренду житла. Для реалізації концепції інклюзивного проживання Lebenshilfe побудувала будинок на 26 квартир для людей з інвалідністю та ще п'ять для орендарів без інвалідності. Будівля має три поверхи, кожен з яких має загальну площу близько 2500 м².
На першому поверсі розташовані лаунж і конференц-зал, кафе з власною великою кухнею, а також різні підсобні та технічні приміщення. На першому та другому поверхах розташовані квартири резидентів - кожна з яких має власну ванну кімнату та передпокій, а також дві спільні кухні та великі спільні зони на кожному поверсі. Також є ванна кімната для догляду та, наприклад, підсобні приміщення в основній зоні.
"Здоровий глузд керує плануванням і будівництвом"
Рис. 2: Оптимізований за ексергією каскад станцій прісної води відіграє свою роль у максимізації температурного розкиду - і, таким чином, теплової ефективності - всієї системи.
У будівництво "Інклюзивних живих світів" було інвестовано близько 6 мільйонів євро. Дві третини цієї суми було профінансовано за рахунок грантів, а решту внесла організація Lebenshilfe. Оскільки житлові світи в Альтдорфі фінансувалися з державних і власних коштів, а оренда повинна була бути доступною для мешканців, професор Ганс Петер Хайд (керуючий директор Haid+Partner GmbH Architekten+Ingenieure, Нюрнберг) спланував об'єкт з метою "високої ефективності". Архітектор, який спеціалізується на медичних і соціальних будівлях, перед розробкою проекту поспілкувався з майбутніми мешканцями і врахував їхні побажання та ідеї в концепції. Результатом стала будівля з добре ізольованою зовнішньою оболонкою та вдалим плануванням, яка обходиться без великих скляних фасадів і, таким чином, забезпечує низькі витрати на опалення. При плануванні технічного оснащення будівлі в центрі уваги були завдання та мешканці об'єкту. "Добре продумане і просте у використанні обладнання полегшує життя мешканцям", - пояснює одну з вимог проекту спеціаліст-планувальник Роланд Гетц з Альтдорфа.
Рис. 3: Спеціаліст з проектування Роланд Гетц перед багатофункціональними розподільниками. Вони використовують зворотний потік високотемпературного теплового контуру для подачі низькотемпературного контуру. Це максимізує температурний розподіл і, відповідно, теплову ефективність.
Наприклад, у безбар'єрних ванних кімнатах можна встановити додаткові поручні, а до всіх умивальників у будинку можна під'їхати на інвалідному візку. Навіть ті деталі, які не одразу помітні, наприклад, змішувачі із захистом від ошпарювання, встановлені повсюди, свідчать про те, що компанія не економила, а надавала пріоритет безпеці та довговічності у своїх інвестиціях.
Класичне опалення та вентиляція в квартирах
Для опалення квартир використовуються звичайні радіатори з термостатичними клапанами, встановлені під вікнами. У ванних кімнатах квартир здійснюється витяжка застарілого або вологого повітря. Ефект всмоктування забезпечує постійний приплив зовнішнього повітря через вентиляційні отвори, встановлені за радіаторами під вікнами. За потреби всі вікна можна відчинити.
Повністю механічна вентиляція передбачена лише у місцях загального користування та кімнатах. Вентиляційні установки з рекуперацією тепла (за допомогою пластинчастих теплообмінників) встановлюються в кухонних навісних шафах або навісних шафах. Вони подають повітря у відповідні зони вентиляції через короткі повітропроводи, щоб мінімізувати втрати тиску. Низька швидкість обертання вентилятора та ретельна столярна робота гарантують, що вентиляційна техніка є не тільки візуально, але й акустично ненав'язливою.
ТЕЦ покриває основні потреби в теплі
Окрім прихованих децентралізованих вентиляційних установок, спеціаліст з проектування Гетц спроектував всю іншу технічну інфраструктуру. Для виробництва тепла він обрав невелику когенераційну установку (ТЕЦ) на природному газі від Viessmann з електричною потужністю 6 кВт і тепловою потужністю 15 кВт. Її доповнює конденсаційний котел з піковим навантаженням 80 кВт. Обидві установки подають тепло до буферного накопичувального бака varmeco місткістю близько 3 м³ води. "Всі споживачі тепла в будинку отримують тепло з накопичувального бака, - пояснює Гетц. "Когенераційна установка достатньо велика, щоб покрити більше половини загальної потреби в теплі, таким чином виконуючи вимоги Закону про тепло з відновлюваних джерел енергії. З іншого боку, потужність достатньо мала для роботи в режимі базового навантаження, тобто тривалої роботи з невеликою кількістю запусків і зупинок, що стало можливим завдяки використанню системи акумулювання", - каже Гетц.
Робота когенераційної установки контролюється температурою. Якщо датчик у верхній частині накопичувального бака повідомляє про температуру нижче 65 °C, блок управління когенераційної установки вмикає двигун. Температура води в нижній частині бака-акумулятора, яка подається в когенераційну установку для нагрівання, не має значення для її роботи: регульований за швидкістю зарядний насос забезпечує постійну температуру води в когенераційній установці. Якщо вода прохолодна, насос зменшує швидкість подачі до такої міри, що часу витримки вистачає для нагрівання води до температури понад 80 °C. "Це єдиний спосіб реалізувати конденсаційний режим, який використовує потужність когенераційної установки. Слід зазначити, що не всі когенераційні установки підходять для утилізації тепла вихлопних газів за допомогою технології конденсації, - додає проектувальник, - але встановлена система дозволяє значно охолоджувати вихлопні гази, а також є ідеальним розміром для цього об'єкта". При потужності до 75 кВт більша частина теплової потужності доступна для радіаторів у зовнішніх приміщеннях. Інший опалювальний контур забезпечує потреби в теплі ванних кімнат у центральних частинах поверхів з максимальною потужністю 3,5 кВт при температурі подачі/обратки 70/50 °C. Для теплообмінників вентиляційних систем доступна потужність до 13,4 кВт при температурі 40/25 °C. Промислова сушильна машина може споживати ще 10 кВт: промислова пральна машина також зазвичай обходиться без електричного нагріву, оскільки будівельні служби забезпечують її до 16 л/хв дощової води при температурі 60 °C. Гаряча питна вода використовується лише для остаточного полоскання білизни. Для більш високих температур прання (кип'ятіння білизни) електричний нагрівач пральної машини потужністю 18 кВт швидко нагріває воду до потрібної температури.
Трикамерний колектор для оптимального розподілу температури
Рис. 4: Промислова пральна машина (спереду) та сушильна машина. Обидва пристрої працюють на теплі від когенераційної установки; пральна машина нагрівається електрично лише під час програми кип'ятіння.
"Трикамерні розподільники забезпечують теплову оптимізацію, щоб розподіл температури в баку-акумуляторі був якомога ширшим, - пояснює Гетц. "За допомогою цих систем можна використовувати високу температуру зворотного контуру, наприклад, 50 °C, для подачі низькотемпературної системи, наприклад, 40 °C - у цьому проекті це системи вентиляції", - каже він. "Загалом, така гідравлічна оптимізація призводить до зниження температури зворотної води в балоні і, таким чином, підвищує загальну ефективність системи. "Гаряче водопостачання також спроектоване таким чином, щоб мінімізувати температуру на виході. Гарячу воду забезпечують проточні водонагрівачі varmeco, так звані водонагрівачі свіжої води. Це означає, що гаряча вода в усьому будинку нагрівається тільки тоді, коли це необхідно, використовуючи принцип миттєвого нагріву води. "Це мінімізує ризик розповсюдження легіонел і, таким чином, забезпечує максимальну гігієну", - підкреслює Гетц. Це оптимізований з точки зору ексергії подвійний каскад, який подає до 5 м³/год води з максимальною температурою в потоці 75 °C.
Рис. 5: Задня частина пральної машини виступає в сусідню кімнату. Саме тут чиста білизна виймається з пральної машини і завантажується в сушильну машину.
Каскад також отримує теплову енергію з накопичувального бака varmeco, при цьому тепло подається в міру необхідності за допомогою насоса з регульованою швидкістю.
Низька температура зворотної лінії для приготування гарячої води
У схемі, оптимізованій за рахунок ексергії, завдання опалення розділені: "Подвійний каскад містить нагрівач свіжої води тільки для нагріву ГВП і другий нагрівач, який покриває піковий попит і регулює температуру циркуляційної води". Окремі трубопроводи в цій системі призводять до низької температури зворотної води; в цьому випадку вода в ідеалі повертається назад у бак при 35 °C. Завдяки незалежним від погодних умов тепловим навантаженням у будівлі, таким як часто працююча пральна машина та сушарка для білизни, когенераційна установка добре використовується цілий рік. Вона працює близько 6500 годин на рік. Влітку, коли потрібна лише гаряча вода для душу, прання та миття посуду або тепло для пральні, вона працює близько восьми годин на день. "Завдяки великому об'єму бака-акумулятора тепла і широкому діапазону температур, ТЕЦ працює ефективно і з низьким циклом", - повідомляє планувальник. Близько 200 запусків на рік мінімізують знос.
Рис. 6: Безбар'єрні ванні кімнати є стандартною особливістю всіх квартир у "Світах інклюзивного життя" в Альтдорфі.
Централізоване управління опаленням з віддаленим доступом
Управління теплопостачанням здійснюється за допомогою центрального блоку управління varmeco "VarCon 380 Pro", який дозволяє параметризувати і відображати робочі дані на пристрої або віддалено через безпечне, захищене паролем інтернет-з'єднання. Наприклад, система керування запитує роботу котла, якщо потужність когенераційної установки недостатня для покриття потреби в теплі. Таким чином, когенераційна установка завжди має пріоритет. Система управління також керує контурами опалення та підготовки гарячої води, включаючи всі насоси. Оскільки приводи насосів можуть регулюватися за швидкістю, вони забезпечують енергозберігаючу роботу в залежності від попиту.
Рис. 7: Джерела тепла можуть бути пріоритезовані в системі управління varmeco. Це дає когенераційній установці пріоритет над конденсаційним котлом, який працює близько 6000 годин на рік.
ТЕЦ покриває половину потреби в електроенергії
Рис. 9: Когенераційна установка Viessmann (спереду) та бак-акумулятор тепла varmeco на 3 м³ (зліва ззаду) забезпечують теплопостачання "Інклюзивних житлових світів". Систему доповнює конденсаційний котел з піковим навантаженням 80 кВт.
Те, наскільки добре гармонізоване теплопостачання та виробництво електроенергії в малій когенераційній установці, не в останню чергу пов'язано з точним визначенням розмірів. Літнє базове навантаження та потреба в опаленні в перехідні сезони можуть бути покриті лише за допомогою когенераційної установки; конденсаційний котел потрібен лише у відносно холодні дні. "Одночасне виробництво електроенергії, яке становить близько 30 1ТП3Т від загальної потужності когенераційної установки, ідеально підходить для забезпечення електричною енергією приготування їжі, холодильників і морозильних камер, вентиляційних систем або допоміжного нагріву для пральної машини. Це означає, що лише десята частина потужності когенераційної установки подається в мережу, а 90 % використовується безпосередньо в будинку. Це, в свою чергу, покриває близько половини загальної потреби в електроенергії", - підсумовує Гетц.
Зважаючи на низьку оплату за електроенергію ТЕЦ порівняно з ціною закупівлі електроенергії, одночасне виробництво та споживання електроенергії означає додаткову економію. Це можливо не в останню чергу завдяки тому, що виробництво та споживання тепла розділені баком-акумулятором об'ємом 3 м³.
Завантажити технічну статтю у форматі PDF
