Особенности энергомоделирования БЦ «Энергия»

Современный высокотехнологичный бизнес-центр «Энергия» – это шестиэтажное здание, расположенное в самом центре Северной столицы, рядом с Петропавловской крепостью.

Из его окон открывается вид на объекты культурного наследия, памятники и музеи: Троицкий мост, Летний сад, храм Спаса-на-Крови, Исаакиевский и Казанский соборы, Адмиралтейство, Эрмитаж, Cтрелку Васильевского острова.

Построенное в начале 70-х годов двадцатого века и прошедшее реновацию в 2009 году сегодня здание БЦ «Энергия» считается одним из самых комфортных и инновационных объектов в городе. Он оснащён современными инженерными системами, обеспечивающими качественную работу бизнес-центра и комфортное пребывание в нём людей. Кроме того, авторам проекта – российским архитекторам и итальянским дизайнерам – удалось гармонично совместить исторический облик здания с оформлением пространства в стиле hi-tech. Таким образом, здание отличается не только функциональностью, но и эстетикой.

Особенности проекта – функциональность и комфорт

Бизнес-центр «Энергия» – одно из немногих зданий Санкт-Петербурга, эксплуатация которых оказывает минимальное воздействие на окружающую среду. В проекте реализованы зелёные технологии, эффективность которых подтверждена российским сертификатом GREEN ZOOM. В здании выполнено несколько инженерных, технических и интерьерных решений, позволяющих считать объект одним из самых комфортных и эргономичных в городе.

Все помещения бизнес-центра разделены на 4 основные зоны: офисы, ресторан, банк, а также помещения Управляющей компании. Каждая зона имеет отдельный вход, что исключает пересечение сотрудников офиса, посетителей ресторана, клиентов банка и сотрудников УК.

Техническую эксплуатацию объекта осуществляет профессиональная Управляющая пания ООО «Клуб Заречье».
Время требует создания всё более качественных объектов, которые и внешне, и внутренне отвечают запросам потребителей – бизнес-центр «Энергия» удовлетворяет данным требованиям по следующим параметрам:
• рабочие места сотрудников разработаны по индивидуальному плану, то есть создано «умное» пространство, способствующее эффективной работе персонала.

Благодаря интеллектуальному освещению с биодинамическим эффектом, которое автоматически изменяет яркость и цветовой баланс света (в зависимости от времени суток), всем резидентам офиса обеспечен безопасный световой комфорт. Акустический комфорт достигнут за счёт использования шумопоглощающих панелей и специальных телефонных кабин. Кроме того, для достижения правильной аудиальной среды вся офисная техника расположена в специально оборудованных зонах;

• помимо рабочего пространства, кабинетов для руководства и переговорных зон, на каждом этаже оборудованы зоны отдыха для сотрудников, позволяющие переключиться в разгар рабочего дня, выпить чашку кофе, в неформальной обстановке пообщаться с коллегами. Забота о персонале в виде продуманных планировочных решений дополнена некоторыми интересными интерьерными особенностями. Так, в бизнесцентре реализован проект «Зелёная стена – вертикальный сад»: на 17 м² стены растут десятки различных видов растений. В здании есть декоративная панель c изображением Петербурга будущего: в её основе – фотография, выгравированная лазером на МДФ.

Кроме того, в деловом центре установлен уникальный светодиодный экран (высота – 20 м), который проходит по всей высоте здания; светодиодные панели, покрывающие практически весь лифтовой блок, отделаны чёрными стеклянными пластинами, что производит эффект «взрыва энергии», и объясняет концепцию названия здания. Эти и другие решения делают офисное пространство более динамичным, интересным и комфортным с точки зрения пребывающих в нём людей.

• Внутренний климат в офисе регулируется по трём параметрам: температуре, влажности и уровню содержания углекислого газа.

На объекте работает эффективная система очистки воды. Одной из уникальных технологий является система диспетчеризации, которая предоставляет возможность отслеживать и анализировать динамику расхода энергоресурсов и вырабатывать меры по снижению энергозатрат. Информация о работе всех систем здания поступает на диспетчерский пульт – одновременно это около 9 500 сигналов. На систему мониторинга возложены также и функции отслеживания всех возможных аварийных ситуаций.

Рассмотрим подробнее инженерные системы, интегрированные в здание, и выделим их ключевые особенности.
Система вентиляции и кондиционирования:

• Системы вентиляции и кондиционирования предназначены для поддержания комфортных параметров воздуха в помещениях комплекса. Использован принцип подготовки воздуха с его подогревом, охлаждением, увлажнением внутри вентиляционных установок и доохлаждением эжекционными доводчиками (активными климатическими балками) в помещениях.

• Высокая энергоэффективность достигается приточно-вытяжными установками, которые оснащены роторными рекуператорами теплоты с эффективностью до 85 %.

• В каждом офисном помещении предусмотрено регулирование расхода воздуха «по потребности», в зависимости от использования помещения (по датчику присутствия), теплоизбыткам (по датчику температуры в помещении) и качеству воздуха (по датчику СО₂). При отсутствии потребности расход воздуха может быть снижен до 80 % от номинального.

• На объекте предусмотрено радиаторное отопление с терморегулированием.

• Выработка тепловой энергии осуществляется в собственной крышной газовой котельной, работающей на конденсационных котлах.

Система холодоснабжения:
• Система холодоснабжения предназначена для выработки охлаждённой воды и снабжения ею как воздухоохладителей приточных установок, так и эжекционных доводчиков. Целью данной системы является обеспечение охлаждённой водой приточных воздухоохладителей вентустановок и местных доводчиков.
• Источником холода является парокомпрессионная холодильная машина. Для отвода тепловой энергии используются закрытые градирни. Режим фрикулинга, реализованный в схеме функционирования системы холодоснабжения, в зимний и переходный периоды года позволяет ассимилировать теплоизбытки в помещениях без участия холодильной машины, что экономит электроэнергию.

Система автоматизации:
• Комплексная система автоматизации предусматривает диспетчеризацию для управления системами вентиляции, кондиционирования, отопления и охлаждения в помещениях на основе контроллеров Conductor с необходимым периферийным оборудованием: воздушными заслонками и водяными клапанами с термоэлектрическими приводами.

Система освещения:
• Система освещения предусматривает использование LED светильников.
• Интегрирована комплексная система автоматического регулирования внутреннего освещения по датчикам движения и времени суток, осуществляется диммирование по уровню естественной освещённости.

Система водоснабжения:
• Применяется эффективная водоразборная арматура с экономичным потреблением воды.

Сертификация объекта по зелёному стандарту

Перед собственниками объекта стояли задачи по устранению проблемы теплового дискомфорта в атриуме в летнее время, а также поиска способов снижения эксплуатационных платежей объекта.
Для этого требовалось сначала произвести оценку эффективности использования энергоресурсов на объекте, выявить потенциальные резервы в энергоэффективности инженерных систем, а также определить потенциал здания в сфере снижения энергоёмкости.

Все эти задачи решались в рамках процесса сертификации БЦ «Энергия» по системе GREEN ZOOM, которая, как известно, призвана повышать энергоэффективность зданий, то есть снижать их энергоёмкость.

Начался процесс с проведения энергомоделирования. Напомним, что энергомоделирование (BEM – Building Energy Modeling) – это международный инструмент, применяемый в национальной системе GREEN ZOOM и представляющий собой процесс построения двух моделей здания – базовой (традиционной) и проектной (энергоэффективной).

Последняя включает комплекс энероэффективных мер и решений, подобранных индивидуально для объекта и реально внедрённых.
На диаграммах энергомоделирования всегда можно проследить, на какие блоки/системы расходуются ключевые ресурсы в здании (энергия, вода). Проектная модель показывает, на сколько (в процентном отношении) достигнуто снижение потребления. Все блоки по расходу и потреблению рассчитываются в денежном эквиваленте.
В ходе работы по энергомоделированию выполнены следующие этапы:
• построена 3D-модель здания;
• произведены расчёты расхода ресурсов в зависимости от:
– затенения БЦ окружающими объектами;
– нагрузок от солнечной радиации с учётом дня недели, месяца, сезона, географического положения и ориентации здания в пространстве;
– энергетических нагрузок;

• смоделирована работа всех основных инженерных систем с детальным режимом регулирования.

Весь комплекс инженерных расчётов проводили с привязкой ко времени, начиная от изменений в течение суток и вплоть до годовых вариаций. Это позволило смоделировать функционирование здания в течение расчётного года с шагом расчёта в 10 минут. Программный продукт каждые 10 минут моделирует потоки энергии и рассчитывает нагрузку на инженерные системы, что влияет на оптимизацию их работы с заданным алгоритмом функционирования.

В процессе моделирования используется погодный файл, содержащий почасовые метеорологические данные типичного для данной местности года. Использование данного файла позволяет смоделировать работу всех систем в условиях, максимально приближенных к реальности.
Именно этот постоянный учёт изменения параметров окружающей среды, и, как следствие, изменение колебания теплопритоков/теплопотерь в здании, позволяет просчитать жизнь здания в течение эксплуатационного года и получить достоверные данные о потребляемой зданием электрической и тепловой энергии.

Анализ результатов энергомоделирования

По результатам энергетического моделирования получена модель параметров во всех помещениях здания, которые для удобства представлены в виде графиков и таблиц. В качестве примера рассмотрим офис делового центра площадью 92 м², расположенный на пятом этаже.
График (рис. 1) позволил оценить и провести оптимизацию расхода наружного воздуха при регулировании по датчикам CO₂.
Согласно графику зависимости (рис. 2) температуры в помещении от присутствия людей, работы оборудования и освещения, теплопоступлений от солнечной радиации рассчитывался тепловой баланс помещения. Был произведён пересчёт температуры внутреннего воздуха в помещении.

В результате для эффективной работы службы эксплуатации и финансово‑аналитического отдела была создана основа для планирования операционных затрат в будущем, показывающая распределение потребления ресурсов зданием по системам (рис. 3).

Приведённая выше диаграмма позволяет наглядно определить системы с наибольшим потреблением энергоресурсов и направить энергосберегающие мероприятия на данные сектора.
Так, для рассматриваемого офиса был произведён расчёт потребления электрической энергии в течение рабочего дня (табл. 1).

Проведя анализ полученных данных, специалисты составили график потребления энергетических ресурсов инженерными системами за один рабочий день. Расчётные данные были сопоставлены с измеренными фактическими затратами (рис. 4).

Из графика видно, что в наиболее сложном режиме рабочего дня, когда в исследуемом объекте присутствуют люди, и работают разнообразные инженерные системы, расхождение средних измеряемых и расчётных величин составляет не более 12 %. Модель достоверно отражает жизнь объекта. При этом можно выделить крайне существенные расхождения в ночные–утренние и вечерне–ночные часы жизни здания.

Это связано с тем, что в модели не учтены нагрузки от работы систем в указанные часы, а именно: активное оборудование информационных систем, а также климатическое оборудование (кондиционеры и тепловые завесы), необходимое для их непрерывной работы. А самое главное – приточно-вытяжные вентиляционные установки не выключаются в ночное время, а переходят в экономичный режим работы.
В нерабочие часы службой эксплуатации здания был выставлен автоматический режим работы вентиляторов приточно-вытяжных систем для обеспечения 60 % расхода приточного воздуха в помещения (основываясь на рекомендациях паспортных данных от производителя). В результате, данные расхождения были оптимизированы путём перевода систем в режим экономии в ночное время.

При выполнении моделирования нагрузки от солнечной радиации через светопрозрачные конструкции атриума, было получено подтверждение, что в летнее время, температура воздуха превышает обозначенную комфортную (рис. 5).

Для решения данной проблемы было предложено нанести на светопрозрачные конструкции атриума энергоэффективную плёнку с улучшенными коэффициентами сопротивления теплопередачи и пропускания солнечной тепловой энергии (рис. 6).

Используемое решение наиболее эффективно демонстрирует свойства энерогоэффективной плёнки – она пропускает свет, но при этом полностью блокирует ультрафиолетовые излучения, частично отражает ближнее инфракрасное излучение солнца, а также полностью отражает дальнее инфракрасное излучение солнца.

Для БЦ «Энергия» были проверены и получены эффекты от четырёх энергоэффективных мероприятий. В таблице 2 приведены результаты оценки примененных решений, где видно, что самым энергоэффективным мероприятием является снижение расхода подаваемого воздуха при регулировании по датчикам CO₂ до значений 30–40 % от номинального, что выше проектного решения, предполагавшего снижение расхода только до значений 80 % от номинального расхода.

В рамках программы по снижению энергоемкости объекта были также предложены дополнительные мероприятия. Особое внимание было рекомендовано уделить герметичности монтажа оконных и дверных заполнений для снижения инфильтрации наружного воздуха и снижения нагрузки на отопление (560 МВт·ч в год).

Отметим, что снижение потребления электроэнергии для заказчика являлось важным аспектом, так как годовые затраты на электроэнергию существенно выше затрат на тепловую энергию. Показательно, что платежи за электроэнергию превысили платежи за тепловую энергию почти в 20 раз.
В процессе энергомоделирования были применены потенциальные энергоэффективные мероприятия к соответствующим инженерным системам с целью получения дополнительной экономии на энергоресурсах, и, как следствие, снижения затрат на платежах за ресурсы.

Проведённое исследование позволило:

• Проанализировать работу инженерных систем введённого в эксплуатацию здания.
• Выявить проблемы с комфортным поддержанием температур в ряде функциональных зон.
• Определить потребителей с наибольшим расходованием энергоресурсов и предложить способы с минимальными материальными затратами по увеличению их энергоэффективности.
• Добиться потенциальной экономии на эксплуатационных затратах (на 1,5 млн руб./год) (табл. 3).

При проектировании, строительстве, в рамках сертификации по системе GREEN ZOOM на объекте реализован ряд энергоэффективных решений:

• установка терморегулирующих головок на радиаторы отопления;
• установка приточно-вытяжных систем с эффективностью рекуперации тепла 85 %;
• снижение расхода горячей воды в системе ГВС;
• подача наружного воздуха в процентном отношении составляет 60–80 % от проектного, при регулировании по датчикам CO₂;
• регулирование внутреннего освещения по датчикам присутствия;
• диммирование внутреннего освещения по уровню естественного освещения.

Бизнес-центр «Энергия» прошёл сертификацию по стандарту GREEN ZOOM. Здание получило 59 баллов.

А это «Золотой» уровень российской системы соответствия экологическим требованиям и энергосбережению в коммерческой и жилой недвижимости. Статус энергоэффективного объекта был отмечен серией профессиональных наград и официально подтверждён. Так, в 2016 году БЦ «Энергия» был отмечен высшей наградой Российского этапа конкурса TOBY Awards в номинации «Выдающееся здание года». В том же году объект одержал победу в номинации «Бизнес-центры: Москва и Санкт-Петербург» Всероссийского конкурса по экологическому девелопменту и энергоэффективности Green Awards. ●