Самый зеленый завод в мире
Илья Завалеев
В рамках требований корпоративной политики компании L’Oréal была установлена цель – получить для завода сертификат LEED серебро. В 2016 году компания HPBS согласилась заниматься данным проектом.
Изначально обозначились несколько сложных аспектов с точки зрения сертификации. Первая очередь завода L’Oréal была построена в 2008 году. Тогда компания L’Oréal планировала новое расширение завода. Поэтому решался вопрос: сертифицировать весь завод или только новую его часть? Во-вторых, сложность состояла в том, что это именно завод, а система LEED оценивает энергопотребление здания целиком, включая технологические процессы. Если же технология очень энергоемкая, то эффект от оптимизации энергопотребления систем здания незначителен.
На момент оценки проекта действовали две системы сертификации: LEED 2009 и LEED V4 (LEED 2015 – четвертого поколения).
По сравнению с LEED 2009 система LEED V4 имеет намного более жесткие и современные требования. Кроме того она включает в себя большое количество дополнительных критериев. Например анализ жизненного цикла здания. Значительно увеличено требование обязательной части по энергоэффективности. Расширены требования по приемке систем и ограждающих конструкций. Переработана секция по материалам, появились требования к сертификатам EPD на материалы. Обязательным стал раздельный сбор отходов от строительства. Добавлены различные требования по ответственным поставкам и поставщикам.
Заказчику были предложены оба варианта сертификации. Ни один завод в России по новой LEED V4 еще не сертифицировался, и нам, конечно, было интересно. Заказчик согласился на более современную и сложную систему сертификации.
Затем решался вопрос будем ли мы сертифицировать здание завода целиком или только новую его часть. Для этого была проанализирована существующая часть завода. Оказалось, что для нее требования LEED V4 практически невыполнимы, поскольку для этого пришлось бы проводить серьезную реконструкцию существующей части завода. В результате приняли решение сертифицировать только новую часть завода.
Все – команда заказчика, проектировщик и подрядчик – были очень позитивно настроены на сертификацию по новой системе LEED V4.
Интегрированный подход
В процессе выполнения проекта особое внимание уделялось современным проектным решениям и новым подходам к строительству. Внедрению инноваций способствовала корпоративная культура компании L’Oréal, а также ее сотрудники были заинтересованы в том, чтобы сделать свое рабочее место более экологичным, энергоэффективным и комфортным.
В версии LEED V4 есть новый критерии – это интегрированный подход. Он применялся нами и ранее на проектах, сертифицируемых по LEED V3, для того чтобы достичь более высоких результатов и добиться более согласованных решений между разными участниками проекта.
Интегрированный подход заключается в том, что в процесс проектирования вовлекаются все участники проекта: служба эксплуатации, подрядчик, технологи от заказчика, экологи и консультанты. Каждый вопрос рассматривается всеми участниками проекта и находится консенсус. Процесс более трудоемкий, но ошибок и конфликтов при этом гораздо меньше.
Когда мы провели первый мозговой штурм, направленный на повышение энергоэффективности, экологии, комфорта и безопасности здания, команда проекта осознала, что процесс задействует большое количество аспектов проектирования и строительства, который учитывает технологии, оборудование, автоматизацию системы управления зданием.
Существует убеждение, что система LEED затрагивает только экологическую тему, в том виде, в котором в России воспринимается инженерная экология. По факту оказывается, что это система, которая задает стандарты качества зданий и говорит о том, насколько здание функционально, современно и насколько высок уровень его комфорта и безопасности, как любого современного продукта. В рамках интегрированного подхода была дана оценка критериев с учетом корпоративных целей компании L’Oréal:
Сократить выбросы парниковых газов. Цель: к 2020 году выбросы парниковых газов должны быть равны нулю.
Использовать выбросы канализационных стоков с завода. Завод должен соответствовать концепции zero liquid discharge («сухой» завод): вся вода, которая идет в заводскую канализацию, должна быть очищена и возвращена в технологию производства.
Снизить до нуля количество отходов, которые отправляются на полигон для захоронения.
Поэтому нам пришлось заниматься не только сопровождением проектирования и строительства завода для его сертифицирования, но и помогать заказчику в снижении выбросов парниковых газов, сокращении водопотребления и генерации отходов.
В последствии именно процесс по достижению этих целей позволил выйти сначала на уровень LEED Gold, а потом на уровень LEED Platinum.
Технологии, которые внедрялись, условно можно разделить на четыре типа, по управлению традиционными стихиями: земля, воздух, вода и огонь.
Это ландшафт, благоустройство, отходы, строительные материалы, конструкции.
Расположение завода
Система LEED поощряет строительство на промышленных и ранее использованных землях. Завод L’Oreal находится на промышленных землях – это индустриальный парк Ворсино в Калужской области. Это обычный промышленный участок, на котором нет редких видов растений, болотистых местностей, но имеются определенные льготы при использовании земли. В Калужской области создана программа развития этого парка.
Рядом с участком расположены аэропорт, железнодорожный терминал и проходит федеральная трасса. Плюс вокруг участка застройки: существующий завод и несколько других предприятий.
В процессе строительства контролировалось загрязнение участка и проводились соответствующие меры. Участок изучили и его часть восстановили, используя местный грунт.
На заводе оборудована небольшая парковка для сотрудников. На работу из близлежащих городов можно добираться на специальных корпоративных маршрутках, что минимизирует использование личного автотранспорта. Предусмотрены специальные места для автомобилей, владельцы которых подвозят на работу своих коллег. Это приветствуется с точки зрения экологии.
Для грузового транспорта предусмотрены специальные розетки: можно выключить двигатель и подключить аккумулятор в любое время суток, а не тратить солярку. Это тоже положительно сказывается на экологии.
Для сотрудников организованны места, где они могут интересно проводить время, а также где можно отдохнуть во время перерыва или провести какой-то праздник.
Использовано решение по снижению эффекта «теплового острова»: применены светлые кровли, защита от светового загрязнения. Наружное освещение спроектировано таким образом, чтобы не освещать летом соседние участки.
На заводе ведется тщательная сортировка производственного мусора – организовано безотходное производство: все отходы сдаются на переработку. Строительные отходы не стали исключением.
Сюда относятся вопросы качества микроклимата, вентиляции, акустики, теплового комфорта, освещения.
Воздухообмен и качество воздуха
Обязательное требование LEED – это обеспечение должного уровня воздухообмена. Во всех помещениях завода за исключением складов изначально планировался соответствующий требованиям воздухообмен.
На складах предусмотрена только естественная вентиляция. Однако, согласно стандарту ASHRAE 62.1–2010, если на складе постоянно работают люди, то обязательна принудительная вентиляция. Поэтому в помещении склада разместили небольшую вентустановку.
По требованию LEED V4 курение в здании абсолютно запрещено. Поэтому для сотрудников на внешней территории завода было организовано небольшое крытое помещение, где они и их гости могут отдохнуть, не мешая другим, и покурить, не загрязняя воздух заводских помещений. Для повышения уровня чистоты завода установлены при входе грязезащитные решетки, а также воздушные фильтры класса очистки F7 (предназначены для тонкой очистки воздуха в системах вентиляции и кондиционирования).
При проведении строительных работ разработан план по управлению качеством воздуха, позволяющий контролировать уровень запыленности внутри здания. Все материалы следовало хранить в сухих и чистых помещениях. Перед вводом в эксплуатацию помещения принудительно проветривались несколько дней.
В соответствии со стандартом ASHRAE 55 была создана модель теплового комфорта, учитывающая, что в здании есть помещения с круглосуточным пребыванием людей, а также индивидуальные рабочие места. Комфортный режим настраивается благодаря климатическим системам (система кондиционирования, система отопления). Сотрудники могут регулировать температуру воздуха на своих рабочих местах.
Модель, позволяющая оптимально использовать естественное освещение, была разработана еще на этапе концепции проекта. Окна расположены таким образом, чтобы максимально увеличить количество поступающего через них солнечного света. При выборе источников освещения в глубине помещений оценивалась с помощью математической модели эффективность зенитных фонарей и оптических световодов. Световоды дают более качественный свет, но достаточно дороги. В итоге решено установить зенитные фонари, тоже выполняющие требование по естественному освещению в 300 люкс.
Завод работает круглые сутки, поэтому предусмотрена система искусственного освещения с использованием светодиодных светильников. В тех места, где много естественного света, установлены датчики освещенности: источники искусственного освещения автоматически выключается, если естественного света достаточно.
По периметру завода расположено большое количество окон. Персонал всегда имеет зрительный контакт с внешней средой. Хорошо видно, что происходит на улице, какая погода, какое время суток. Это благотворно сказывается на производительности труда сотрудников и их самочувствии. Когда человек имеет доступ к внешнему миру, то сохраняются естественные биологические циклы.
Так же моделировалось акустическое состояние здания. По системе LEED предусмотрено три требования к уровню шума:
- звук от вентиляционного оборудования,
- звукоизоляция между помещениями,
- время реверберации.
По изоляции оборудования и помещений требования LEED были выполнены. А вот нужного уровня реверберации не удалось достичь, поскольку помещения в промышленном здании имеют высокие пролеты и погасить звук в таком помещении достаточно затруднительно. В результате звук долго угасает, т. к. возникает эффект эха. Чтобы достичь нужной реверберации, потребовалось бы обшить стены и кровлю звукопоглощающими материалами, но это привело бы к значительному удорожанию.
Спроектирован специальный ландшафт, позволяющий отказаться от использования системы полива. Подобраны растения – травы, естественно произрастающие в регионе и использующие природную влагу.
Для снижения объема воды, используемой на внутренние нужды, установили высокоэффективную сантехнику с малым расходом: душевые, унитазы, а также писсуары, в которых вообще нет смыва водой.
Построены новые многоступенчатые очистные сооружения с обратным осмосом, от которых проложен дополнительный второй водопровод, подающий очищенную техническую воду для смыва. В результате водопотребление сантехникой сократилось примерно на 83 %.
Здание оборудовано счетчиками для разных видов воды (техническая, горячая, холодная), данные с которых передаются в режиме реального времени в систему автоматизированного управления зданием (BMS).
Именно здесь решаются вопросы энергоэффективности. В этом направлении были выполнены беспрецедентные энергосберегающие мероприятия.
Для оптимизации энергопотребления использовался метод цифрового моделирования, построена виртуальная модель здания, на которой проводилась виртуальная симуляция эксплуатации энергетических систем. В рамках данного процесса тестировались разные проектные решения. В результате приняты следующие решения:
- немного повысить сопротивление теплопередачи для стен и кровли,
- установить белую кровлю для отражения излишнего тепла и снижения нагрузки на систему кондиционирования,
- использовать в системе освещения только светодиодные лампы,
- установить датчики присутствия (коридоры, офисы),
- обеспечить в офисах автоматическое выключение розеток в часы отсутствия персонала,
- смоделировать совместную работу систем естественного и искусственного освещения. Подключить датчики освещенности, которые при достаточном естественном освещении, автоматически отключат искусственные источники света (и наоборот).
Большая работа проведена по механическим системам.
В существующей с 2008 года части завода есть помещение, в котором при выполнении технологических процессов образуется много тепла: температура воздуха здесь даже зимой достигает 27 °С. Изначально это тепло сбрасывалось наружу, но инженеры HPBS предложили использовать его для отопления новой части завода. Для этого была сделана система вентиляционных каналов, по которых теплый воздух подается в другие помещения.
Сначала с помощью специальных вентиляторов и проемов в стенах теплый воздух из помещения с избытом тепла попадает в помещение упаковки, где температурный режим 24 °С. Затем через проемы в стенах теплый воздух с помощью вентиляторов подается на склад, где температура должна быть не ниже 16 °С. В результате использованная система позволяет отапливать практически всю новую часть завода (помещение упаковки и склад) и значительно экономить тепловую энергию.
Использование функции экономайзера
Система вентиляции с переменным расходом поддерживает нужный расход воздуха в помещении. Она имеет функцию экономайзера и рекуператора. Экономайзер (air side economizer) – это такая функция вентустановки, которая учитывает температуру наружного и внутреннего воздуха и подает воздух в помещение с более низкой или высокой температурой в зависимости, соответственно, от того, что требуется: кондиционирование или отопление помещения. При этом использует тепло или холод наружного воздуха.
Например, если помещение перегрето, а на улице прохладно, то наружный более прохладный воздух подается в помещение для естественного охлаждения. И наоборот.
Данная система в нашем случае имеет 6 режимов (летний, зимний и межсезонные режимы) и автоматически переключается с одного режима на другой, в зависимости от наружной и внутренней температуры воздуха, регулируя объем подачи воздуха. Уровень расхода воздуха соответствует требованиям LEED. Зимой работают рекуператоры, которые согревают воздух примерно до 10–15 °С. Это позволяет экономить более 50 % тепловой энергии.
Причины отказа от лучистых систем отопления
При выполнении сертификации рассматривались лучистые системы отопления, которые очень эффективны в больших помещениях: напольное отопление, инфракрасное газовое отопление. Но поскольку наша цель – сокращение выбросов парниковых газов и минимизация использования традиционных ископаемых источников энергии, то инфракрасное газовое отопление нам не подошло.
Что касается теплого пола, то его применение осложнялось тем, что цеха достаточно плотно заставлены технологическим оборудованием, поэтому высока вероятность повреждения теплого пола. Кроме того в этих условиях трудно прокладывать трубы, а нужно было достичь гибкости функциональной. Теплый пол решено не использовать.
В фасадах применены стекла с атермальным покрытием, которое пропускает только 20 % теплового излучения солнечной радиации. Такие стекла выпускают тепло из здания, а летом препятствуют проникновению тепловых лучей снаружи.
Установленные зенитные фонари оснащены солнцезащитной системой и системой рассеивания света, чтобы не слепило людей в цеху.
С помощью данных решений сокращены расходы на электричество и тепло.
Чиллеры
Используемые чиллеры оснащены функцией free coolling. Зимой чиллер не работает, а холод по необходимости можно брать с сухой градирни. В холодильном центре были использованы экологичные хладагенты и подобраны высокоэффективные чиллеры.
Солнечная электростанция
Для сокращения выбросов парниковых газов принято решение построить солнечную электростанцию (СЭС). Это самая крупная в России СЭС, предназначенная для энергоснабжения предприятия, установленной мощностью 500 кВт. СЭС генерирует примерно 500 тыс. кВт ч электроэнергии в год, что составляет почти 10 % от годового энергопотребления завода.
Для оптимизации угла наклона фотоэлектрических панелей и выбора технических характеристик HPBS проводили математическое моделирование данной СЭС с учетом климатических особенностей региона. Срок окупаемости для Калуги составляет примерно 10 лет.
Для L’Oréal очень важным было сокращение выбросов парниковых газов, которое дает эта система. На СЭС нет аккумуляторов: ток подается сразу на распределительный щит.
Поскольку завод одновременно потребляет электроэнергию и от внешней сети и от СЭС, то установлены специальные инверторы, гармонизирующие частоту электрического тока от внешней сети с частотой СЭС и передающие электроэнергию в единую сеть завода.. Если день пасмурный, то электроснабжение 100‑процентно обеспечивается внешней сетью, если – солнечный, то подача электроэнергии из внешней сети, которая всегда задействована, снижается.
Котельная на пеллетах
В настоящее время котельная завода работает на природном газе. Однако, поскольку была установлена цель по снижению выбросов парниковых газов, сейчас разрабатывается проект котельной на биомассе – топливных пеллетах, получаемых из отходов мебельного производства. Пеллеты относятся к категории возобновляемых энергоресурсов.
Завод выходит на оптовый рынок для покупки энергии, генерируемой возобновляемыми источниками (солнечные, ветро- и гидроэлектростанции). Планируется напрямую работать с поставщиками зеленой энергии. Однако в России вся энергия поступает в общий «котел» российских электрических сетей и нельзя разделить какую энергию покупает потребитель: экологически чистую или полученную при сжигании традиционных видов топлива. Поэтому компания L’Oreal пока не может получить сертифицированную зеленую энергию, но будет над этим работать.
В системе LEED существует обязательное требование по расширенной приемке. В данном проекте этому вопросу уделялось большое внимание, поэтому приемке была дана максимальная оценка – 6 баллов.
Приемка инженерных систем
В рамках данного требования выполняется проверка проектной документации и на этапе проектирования, и на рабочей стадии. В число процедур входит проверка закупочных спецификаций от подрядчика и оценка их соответствия требованиям заказчика, а также качество и функциональность оборудования, соответствие техническими характеристикам. В конце все инженерные системы проходят приемку, включая качество монтажа. Проводят функциональные испытания систем.
Например, принимая какую-либо вентустановку, выполняют ранее описанные действия согласно алгоритму. Имитируются сигналы с BMS и специалисты оценивают как отрабатывает вентустановка заданный алгоритм. При проведении таких испытаний выявляются ошибки, неточности и неправильная работа алгоритмов. В процессе испытаний происходит более качественная настройка инженерных систем, что способствует улучшению дальнейшей их работе. За это начисляется 3 балла.
Приемка ограждающих конструкций
Кроме того были проведены испытания ограждающих конструкций здания, что добавило еще 2 балла. Осуществлена приемка: стен, окон, качества монтажа окон. Собиралось большое количество документации: спецификации и паспорта на ограждающие конструкции, покрытия, зенитные фонари.
В завершение была выполнена проверка фасадов с использованием тепловизионной съемки. Обследование проводилось зимой. В результате обнаружили между сэндвич-панелями плохо загерметизированные стыки, которые позже заделали.
Анализ динамики фактического энергопотребления
Финальная приемка – анализ динамики фактического энергопотребления (Monitoring based commissioning), который проводится на основе фактического графика энергопотребления. В предыдущих версиях LEED была отдельная процедура по измерению и верификации данных (Measurement and Verification), а в новой версии LEED v4 данное требование перешло в блок приемки.
Анализ динамики фактического энергопотребления систем здания происходит следующим образом: снимаются данные с системы BMS за несколько месяцев работы (3 месяца) и сравниваются с результатами, полученными во время отработки цифровой модели. Цифровые модели были созданы для оценки работы вентиляционной установки, котельной и чиллеров. Плюс потребление тепловой энергии, электрической энергии, освещения на работу инженерных систем. В результате были выявлены некоторые несостыковки, например:
– в светлое время суток искусственное освещение не должно работать, а система BMS показала, что работает. Оказывается, сбился датчик.
– циркуляционные насосы работали постоянно и не выключались автоматически, когда надо.
– вентустановка не включилась в режим экономайзера и подавала полностью полный объем холодного воздуха нагревала его, что увеличило расходы на отопление.
Все найденные ошибки работы инженерных систем были исправлены.
Новая функция LEED V4 – это Demand Response – система интеллектуального энергопотребления здания. Если цена на электричество колеблется в течение дня, то можно настроить систему автоматического управления зданием таким образом, чтобы при высокой стоимости электроэнергии здание снижало ее потребление и, наоборот: дешевую энергию использовало максимально.
В HPBS разработали специальный алгоритм, позволяющий экономить за счет использования энергии по низкому тарифу. Для этого разбили энергозависимое технологическое оборудование на несколько категорий:
Оборудование, которые нельзя отключать или снижать нагрузку (то, что влияет на безопасность).
Агрегаты, которые не зависимы от времени подачи электроэнергии. Например зарядка погрузчиков: её можно проводить в любое время суток. Аккумуляторы, которым требуется подзарядка, система отключает от сети на период, когда тариф высокий (максимум два часа).
Системы, медленно реагирующие на изменение условий. Например изменение уставки на охлаждение воздуха чиллером. Если летом температура в помещении 22–24 °С, и цена электричества повысилась согласно дневному тарифу, то достаточно поменять уставку с 22 на 24 °С. Система охлаждения достаточно инерционна: прежде чем персонал почувствует изменения, пройдет 1–2 часа, в течение которых будет пройден пик стоимости электричества. Когда электричество опять будет поставляться по низкому тарифу, уставку зададим в 20 °С и помещения получат дополнительный холод. И здание, системы кондиционирования имеют большую тепловую инерцию.
Это основные моменты по системе Demand Response, которые были реализованы с точки зрения энергоэффективности.
Анализ жизненного цикла – это новый критерий LEED V4. Такой анализ был выполнен в рамках сертификации завода в свете воздействия на окружающую среду. Для улучшения результатов:
оптимизировали конструкцию здания,
использовали материалы с низким воздействием на окружающую среду.
Выполняя анализ жизненного цикла здания, использовали специальные инструменты и методики.
Большинство критериев по применению строительных материалов остаются достаточно жесткими. Нам удалось провести только анализ жизненного цикла материалов, решить вопросы с переработкой отходов, а также частично применить материалы с EPD сертификатами.
Сейчас в системе LEED нет критериев по использованию местных материалов. Все на порядок сложнее. Это и ответственное производство строительных материалов, которые должны соответствовать политике GRI, и положительное заключение независимого аудитора от производственной компании. Должен быть полностью раскрыт состав материала с указанием всех компонентов и их количества до 10‑тысячных долей, включая химические связи. Пока этого сложно достичь не только на российском рынке, но и в странах Европы, и в США.
Недостающие баллы для достижения уровня Platinum были получены благодаря использованию критерия по инновациям. Для этого определили уровень удовлетворенности сотрудников тепловым комфортом и качеством внутренней среды. Также HPBS адаптировали систему дератизации, как систему по управлению и предотвращению появления вредителей.
Был задействован и критерий – Green Cleaning – подбор чистящих средств и их проверка для чистки на территории завода.
В результате выполненных работ был впервые в мире для промышленного предприятия получен сертификат LEED V4 Platinum.
