Оптимізація енергоефективності будівлі багатопрофільного медичного центру

UKR: Мета. Підвищення теплової ефективності будівлі багатопрофільного медичного центру шляхом оптимізації архітектурно-планувальних рішень, врахування кліматичних умов та вдосконалення параметрів інженерних систем. Будівля розглядається як єдина енергосистема, ефективність якої визначається взаємодією зовнішніх і внутрішніх чинників. Методика. Базується на математичному моделюванні тепломасообміну, аналізі кліматичних даних та розрахунках енерговитрат відповідно до чинних нормативів. У роботі враховано вплив інсоляції, вітрового навантаження, температури зовнішнього повітря, інфільтрації та теплозахисту огороджувальних конструкцій. Запропоновано показник ефективності проєктного рішення, що оцінює його відхилення від енергетично оптимального варіанту. Результати. Отримано на прикладі багатопрофільного медичного центру в місті Дніпро. Проведено аналіз інсоляції за орієнтацією фасадів, розраховано теплові надходження через прозорі й непрозорі елементи, визначено теплові навантаження на опалення й охолодження. Враховано сезонну змінність клімату, теплоємність матеріалів і режим експлуатації. Дослідження підтвердило, що орієнтація будівлі, площа скління, ефективність вентиляційної системи та якість інженерного обладнання істотно впливають на енергоспоживання. Запропоновано методику вибору габаритів будівлі з урахуванням місцевих кліматичних даних і потенціалу сонячної енергії. Наукова новизна. Полягає в обґрунтуванні системного підходу до енергоефективного проєктування, що поєднує кліматичні чинники, архітектурні обмеження та теплотехнічні характеристики в єдину модель. Запропоновано коефіцієнт, що оцінює проєктне рішення за рівнем його енергоефективності. Практична значимість. Полягає у формуванні рекомендацій щодо зменшення енергоспоживання. Запропоновані рішення дозволяють знизити теплове навантаження на інженерні системи на 20…25 %, скоротити експлуатаційні витрати та підвищити комфорт. У досліджуваному об’єкті впроваджено систему вентиляції з рекуперацією тепла (до 85 %) і тепловий насос із коефіцієнтом ефективності (COP) 3,5, що забезпечило значне зниження енергоспоживання. Результати підтверджують ефективність поєднання архітектурного проєктування з сучасним інженерним обладнанням та кліматичною адаптацією. Методика може бути використана для широкого спектра громадських і житлових будівель. Висновки. Комплексне енергоефективне проєктування потребує інтеграції архітектури, енергетики та кліматології. Запропонований підхід дозволяє формувати проєкти, які не лише відповідають нормативам, а й забезпечують мінімальне енергоспоживання в реальних умовах експлуатації.

ENG: Purpose. Increasing the thermal efficiency of a multidisciplinary medical center building by optimizing architectural and planning solutions, taking into account climatic conditions and improving the parameters of engineering systems. The building is considered as a single energy system, the efficiency of which is determined by the interaction of external and internal factors. Methodology. Is based on mathematical modeling of heat and mass transfer, analysis of climatic data, and calculation of energy consumption in accordance with current standards. The study takes into account the effects of solar insolation, wind loads, outdoor air temperature, air infiltration, and thermal insulation of building envelopes. An indicator of the efficiency of a design solution is proposed, which assesses its deviation from the energy-optimal variant. Findings. Are based on the example of a multidisciplinary medical center located in the city of Dnipro. An analysis of insolation according to the orientation of facades was carried out, thermal gains through transparent and opaque elements were calculated, and heating and cooling loads were determined. Seasonal climate variability, thermal inertia of materials, and the operational regime were taken into account. The study confirmed that the building’s orientation, glazing area, ventilation system efficiency, and the quality of engineering equipment significantly affect energy consumption. A method for determining the optimal building dimensions is proposed, based on local climatic data and the potential of solar energy. Originality. lies in the substantiation of a systemic approach to energy-efficient design, which combines climatic factors, architectural constraints, and thermal characteristics into a unified model. A coefficient is proposed to evaluate the design solution in terms of its energy efficiency. Practical value. lies in the development of recommendations for reducing energy consumption. The proposed solutions make it possible to reduce thermal loads on engineering systems by 20–25%, lower operating costs, and improve comfort. The examined facility includes a ventilation system with heat recovery (up to 85%) and a heat pump with a COP of 3.5, which resulted in significant energy savings. The results confirm the effectiveness of integrating architectural design with modern engineering equipment and climate adaptation. The methodology can be applied to a wide range of public and residential buildings. Conclusions. Comprehensive energy-efficient design requires the integration of architecture, energy systems, and climatology. The proposed approach enables the development of projects that not only comply with standards but also ensure minimal energy consumption under real operating conditions.