Пути дальнейшего повышения энергоэффективности зданий

Пути дальнейшего повышения энергоэффективности зданий

Снижение
энергопотребления в строительном
секторе — проблема комплексная; тепловая
защита отапливаемых зданий и ее контроль
являются лишь частью, хотя и важнейшей,
общей проблемы. Дальнейшее снижение
нормируемых удельных расходов тепловой
энергии на отопление жилых и общественных
зданий за счет повышения уровня тепловой
защиты на ближайшее десятилетие,
по-видимому, нецелесообразно. Вероятно,
это снижение будет происходить за счет
ввода более энергоэффективных систем
воздухообмена (режим регулирования
воздухообмена по потребности, рекуперации
теплоты вытяжного воздуха и пр.) и за
счет учета управления режимами внутреннего
микроклимата, например, в ночные часы.
В связи с этим потребуется доработка
алгоритма расчета расхода энергии в
общественных зданиях.

Другая
часть общей, пока не решенной проблемы
— отыскание уровня эффективной тепловой
защиты для зданий с системами охлаждения
внутреннего воздуха в теплый период
года. В этом случае уровень тепловой
защиты по условиям энергосбережения
может быть выше, чем при расчетах на
отопление зданий. Это означает, что для
северных и центральных регионов страны
уровень тепловой защиты может
устанавливаться из условий энергосбережения
при отоплении, а для южных регионов — из
условия энергосбережения при охлаждении.
По-видимому, целесообразно объединение
нормирования расхода горячей воды,
газа, электроэнергии на освещение и
другие нужды, а также установление
единой нормы по удельному расходу
энергии здания.

Конструктивные и технологические решения устройства теплозащиты стен

В
зависимости от типа нагрузок наружные
стены делятся на:

Требования
к различным типам стен существенно
отличаются. В первых двух случаях очень
важны прочностные характеристики, т.к.
от них во многом зависит устойчивость
всего здания. Поэтому материалы,
используемые для их возведения, подлежат
особому контролю.

Конструктивная
система представляет собой взаимосвязанную
совокупность вертикальных (стены) и
горизонтальных (перекрытия) несущих
конструкций здания, которые совместно
обеспечивают его прочность, жесткость
и устойчивость.

На
сегодняшний день наиболее применяемыми
конструктивными системами являются
каркасная и стеновая (бескаркасная)
системы. Следует отметить, что в
современных условиях часто функциональные
особенности здания и экономические
предпосылки приводят к необходимости
сочетания обеих конструктивных систем.
Поэтому сегодня все большую актуальность
приобретает устройство комбинированных
систем.

Для
бескаркасной
конструктивной системы используют
следующие стеновые материалы: деревянные
брусья и бревна,
керамические
и силикатные кирпичи, различные блоки
(бетонные, керамические, силикатные)
и железобетонные
несущие панели (панельное домостроение).

До
недавнего времени бескаркасная система
являлась основной в массовом жилищном
строительстве домов различной этажности.
Но в условиях сегодняшнего рынка, когда
сокращение материалоемкости стеновых
конструкций при одновременном обеспечении
необходимых показателей теплозащиты
является одним из самых актуальных
вопросов строительства, все большее
распространение получает каркасная
система возведения зданий.

Наружные
стены в каркасных зданиях не являются
несущими. Поэтому прочностные
характеристики стенового заполнения
не так важны, как в зданиях бескаркасного
типа.

Наружные
стены многоэтажных каркасных зданий
посредством закладных деталей крепятся
к несущим элементам каркаса или опираются
на кромки дисков перекрытий. Крепление
может осуществляться и посредством
специальных кронштейнов, закрепляемых
на каркасе.

С
точки зрения архитектурной планировки
и назначения здания, наиболее перспективным
является вариант каркаса со свободной
планировкой — перекрытия на несущих
колоннах. Здания такого типа позволяют
отказаться от типовой планировки
квартир, в то время как в зданиях с
поперечными или продольными несущими
стенами это сделать практически
невозможно.

Хорошо
зарекомендовали себя каркасные дома и
в сейсмически опасных районах.

Для
возведения каркаса используются металл,
дерево, железобетон, причем железобетонный
каркас может быть как монолитный,
так и сборный. На сегодняшний день
наиболее часто используется жесткий
монолитный каркас с заполнением
эффективными стеновыми материалами.

Все
большее применение находят легкие
каркасные металлоконструкции. Возведение
здания осуществляется из отдельных
конструктивных элементов на строительной
площадке; либо из модулей, монтаж которых
производится на стройплощадке.

Данная
технология имеет несколько основных
достоинств. Во-первых, — это быстрое
возведение сооружения (короткий срок
строительства). Во-вторых, — возможность
формирования больших пролетов. И наконец,
— легкость конструкции, уменьшающая
нагрузку на фундамент. Это позволяет,
в частности, устраивать мансардные
этажи без усиления фундамента.

Особое
место среди металлических каркасных
систем занимают системы из термоэлементов
(стальных профилей с перфорированными
стенками, прерывающими мостики холода).

Наряду
с железобетонными и металлическими
каркасами давно и хорошо известны
деревянные каркасные дома, в которых
несущим элементом является деревянный
каркас из цельной или клееной древесины.
По сравнению с рублеными деревянные
каркасные конструкции отличаются
большей экономичностью (меньше расход
древесины) и минимальной подверженностью
усадке.

Несколько
особняком стоит еще один способ
современного возведения стеновых
конструкций — технология с применением
несъемных опалубок. Специфика
рассматриваемых систем заключается в
том, что сами элементы несъемной опалубки
не являются несущими. элементами
конструкции. В процессе строительства
сооружения, путем установки арматуры
и заливки бетоном, создается жесткий
железобетонный каркас, удовлетворяющий
требованиям по прочности и устойчивости.

Общие
принципы обеспечения теплозащиты стен

Повышение
теплозащитных качеств стеновых
ограждающих конструкций заключается
в увеличении их сопротивления теплопередачи
до нормативных значений, действующих
в настоящее время. Это достигается
утеплением стен теплоизоляционными
материалами, которые должны защищаться
от наружных воздействий защитно-декоративным
слоем, способным при необходимости
сохранить или улучшить
архитектурно-художественного облик
здания или помещения.

В практике устройства
дополнительной теплозащиты стен
существует два основных способа ее
расположения: с наружной или внутренней
стороны стены. Иногда встречается
конструктивно-технологическое решение
устройства теплозащиты зданий с
расположением утеплителя с наружной и
внутренней стороны стены одновременно.
Данный способ можно назвать комбинированным.

Конкретный вариант
расположения теплозащиты устанавливается
на основе анализа всех возможных способов
ее устройства с учетом их достоинств и
недостатков.

Вариант с расположением
теплоизоляционного материала на
внутренней поверхности стены обладает
следующими достоинствами:

— теплоизоляционный
материал, как правило, не имеющий
достаточной способности к сопротивлению
воздействиям внешней среды, находится
в благоприятных условиях и, следовательно,
не требуется его дополнительная защита;

— производство работ
по устройству теплозащиты может идти
в любое время года независимо от способа
крепления. При этом не требуется
применение дорогостоящих средств
подмащивания.

К недостаткам
расположения теплозащиты со стороны
помещения относятся:

— уменьшение площади
помещения за счет увеличения толщины
стены;

— необходимость
устройства, с целью исключения выпадения
конденсата, дополнительной теплозащиты
в местах опираний на стены плит перекрытий
и в местах примыкания к наружным стенам
внутренних стен и перегородок;

— необходимость защиты
теплоизоляционного материала и стены
от увлажнения путем устройства
пароизоляционного слоя перед
теплоизоляционным материалом;

— расположение хорошо
аккумулирующего тепло материала стены
(например, кирпичной кладки) в зоне
низких температур, что в значительной
мере снижает тепловую инерцию ограждения;

— невозможность
защитить стыки крупнопанельных зданий
от протечек;

— невозможность менять
архитектурно-художественный облик
фасада здания;

— необходимость
отселения жильцов;

— сложность устройства
теплоизоляции в местах расположения
приборов отопления, а также в пределах
толщины пола.

Следует отметить, что
в большинстве случаев устройство
дополнительной теплоизоляции с внутренней
стороны стены производится на стадии
реконструкции с полной заменой
санитарно-технического оборудования
и конструкций пола. Поэтому, последний
недостаток данного способа является
менее существенным по сравнению с
остальными.

Вариант расположения
теплозащиты с наружной стороны стены
обладает существенными достоинствами.
К ним, в частности, относятся:

— создание защитной
термооболочки, исключающей образование
«мостиков холода»;

— исключение необходимости
устройства пароизоляционного слоя;

— возможность защитить
стыки крупнопанельных зданий от протечек;

— создание нового
архитектурно-художественного облика
здания;

— возможность
одновременно с устройством теплоизоляции
исправлять дефекты стены;

— расположение хорошо
аккумулирующего тепло материала стены
в зоне положительных температур. Это
повышает тепловую инерцию ограждения
и способствует улучшению ее теплозащитных
качеств при нестационарной теплопередаче,
а также сохранению следующих преимуществ
высоких теплоаккумулирующих качеств
стены: колебания уровня теплоотдачи
систем отопления, работающих в определенном
режиме (т.е. практически всех систем
центрального отопления), почти не
отражаются на температуре воздуха
внутри помещения; кратковременные
притоки холодного воздуха (при каждом
открывании окон и дверей) не приводят
сразу же к охлаждению помещения;
температурные колебания наружного
воздуха сказываются на внутреннем
климате помещения не столь ощутимо
(особенно, в летний период);

— при устройстве
теплоизоляции с наружной стороны стены
не уменьшается площадь помещений;

— отсутствуют неудобства,
связанные с устройством теплоизоляции
в местах расположения приборов отопления
и в пределах толщины пола.

Существенными
недостатками этого варианта является
необходимость устройства по теплоизоляции
надежного защитного слоя, а также
использование при выполнении работ
дорогостоящих средств подмащивания.

Устройство теплозащиты
с наружной и внутренней стороны стены
одновременно в настоящее время не
используется, так как данный способ
обладает большой трудоемкостью работ.
Он применялся в тех случаях, когда была
необходимость восстановить локальные
теплозащитные качества стены. Для этого
требовалось только оштукатурить наружную
и внутреннюю поверхности стен “теплыми”
растворами.

Конструкция
дополнительной теплозащиты в период
эксплуатации подвергается внешним и
внутренним воздействиям. К внешним
относятся: солнечная радиация; атмосферные
осадки (дождь, град, снег); переменные
температуры; влажность воздуха; внешний
шум; воздушный поток; газы; химические
вещества; биологические вредители. К
внутренним воздействиям можно отнести
нагрузки (постоянные, временные и
кратковременные), колебания температуры,
влажность, морозное пучение и сейсмоволны.
Добиться правильной и долговременной
работы теплозащиты можно только в том
случае, если она будет способна
противостоять данным воздействиям, а
так же отвечать конструктивным,
технологическим и эстетическим
требованиям.

Подробное
рассмотрение вариантов расположения
утеплителя

Рисунок
№7. Кривые изменения температуры
ограждающих конструкций.

а)
неутеплённых, б) утеплённых изнутри, в)
снаружи, при условии поддержания внутри
помещения одинаковой плюсовой температуры.

Как
видно из представленных на рисунке №7
температурных
кривых, наибольшего эф­фекта
можно добиться путем утепления сна­ружи
(вариант в). При этом:

При
внутреннем утеплении несущая се­на
и часть теплоизоляции промерзают что
способствует
появлению избытка влаги, об­разованию
грибка и ускоренному старению ограждающей
конструкции.

Полное
отсутствие теплоизоляции недопустимо.

Вариант
1.
Утеплитель размещен с внутренней стороны
ограждающей конструкции.
Здесь
уместен вопрос: какое здание или помещение
необходимо утеплить? Для подвального
помещения такой способ более чем разумен
и обоснован. Хотя придется уменьшить
площадь и дополнительно потратиться
на монтаж пароизоляции. Последнее
окупится тем, что стены с внутренней
стороны помещения не будут пропитываться
влагой в процессе его эксплуатации.
Ведь в результате жизнедеятельности
человека стены изнутри постоянно
подвергаются тепловому и влажностному
воздействию, что при неправильной их
конструкции может привести к отсыреванию,
появлению плесневых грибков и, в конечном
счете, разрушению. Необходимо только
строго соблюдать технологию при
устройстве пароизоляции.

Утеплять
стены с внутренней стороны помещения
во вновь строящемся здании естественно
неразумно, однако при строительстве
некоторых промышленных зданий, а также
при реконструкции или ремонте существующих
зданий зачастую приходится идти на это.

Вариант
2. Утеплитель
размещен внутри ограждающей
конструкции.Такую
конструкцию чаще всего называют “сэндвич”
или “сэндвич-панели”.
Все зависит от того, какая это стена
несущая, самонесущая или навесная и из
какого материала она производится:
кирпич, бетон, дерево, металл или
комбинированная. От исходного материала,
а также от типа утеплителя зависит
толщина стены.

Под
наименованием “сэндвич-панели”
подразумевается целый класс многослойных
конструкций,
включающих в себя теплоизоляционный
материал,
облицованный с обеих сторон. Этот
строительный материал, широко используемый
в последние десятилетия за рубежом,
приобретает все большую популярность
и в России. Однако, делая выбор в пользу
данного современного и эффективного
материала, нужно четко представлять
себе, какая из множеств разновидностей
“сэндвич-панелей” будет максимально
отвечать именно Вашим потребностям.

По
функциональному назначению “сэндвич-панели”
можно разделить на стеновые, кровельные
и отделочные (для реконструкции и
утепления старых зданий и помещений).
Каждая из них имеет свои особенности.
Отделочные панели, например, имеют
небольшую толщину (25-50 мм). Лицевая
поверхность имеет декоративное покрытие,
а на внутренней – оно отсутствует.
Вообще, облицовка панелей может быть
самой разнообразной в зависимости от
их назначения и пожеланий заказчика.
Это металл, гипсокартон, фанера или
пластик. Поверхность панели имеет
законченный вид и не нуждается в
дальнейшей обработке.

По
виду теплоизоляционного
материала
“сэндвич-панели”
можно разделить на три основные группы:

При
этом панели с пенополимерным утеплителем
в 1,5-2 раза легче, чем панели с минераловатным
утеплителем той же толщины, и обладают
лучшими теплоизоляционными свойствами
(что особенно актуально в силу необходимости
экономить тепловую энергию), но уступают
по огнестойкости. Разумеется, в зависимости
от перечисленных выше факторов, а также
от качества утеплителя и облицовочного
материала, существенно зависит цена
панелей.

Благодаря
своим замечательным эксплуатационным
свойствам, богатой цветовой гамме, а
также широкому диапазону размеров и
модификаций, строительные “сэндвич-панели”
являются прекрасным материалом, находящим
применение при реконструкции и утеплении
старых зданий и помещений.

Вариант
3. Утеплитель
размещен снаружи ограждающей конструкции.
При размещении утеплителя снаружи его
необходимо защищать от атмосферных
воздействий. Можно выделить два подхода:
это наиболее часто применяемая защита
из специального штукатурного состава
(“мокрый” способ) без воздушной прослойки
и защита из специальных плит (“сухой”
способ) с воздушной прослойкой, так
называемая система
вентилируемого фасада.

Устройство
дополнительной теплоизоляции снаружи
лучше защищает стену от переменного
замерзания и оттаивания. Выравниваются
температурные колебания массива стены,
что препятствует появлению деформаций,
особенно нежелательных при крупнопанельном
домостроении. Точка росы сдвигается в
наружный теплоизоляционный слой,
внутренняя часть стены не отсыревает,
и не требуется дополнительной пароизоляции.

При
защите утеплителя специальными
штукатурными составами, следует сказать,
что этот способ чаще всего применяют
для жилых зданий массового строительства.
Он дешевле и дальнейшая эксплуатация
таких стен проще, чем системы с
вентилируемым фасадом.

Другим
достоинством наружной
теплоизоляции является
увеличение теплоаккумулирующей
способности массива стены. Так, по данным
ЦНИИЭП жилища, если произойдет отключение
источника теплоснабжения при наружной
изоляции, кирпичная стена будет остывать
в 6 раз медленнее, чем при внутреннем
слое теплоизоляции такой же толщины.
Установка теплоизоляции снаружи
позволяет также снизить расходы на
ремонт поврежденных стен.

Использование
навесных конструкций позволяет, с одной
стороны, «одеть» фасад в современные
отделочные материалы, а с другой —
улучшить теплотехнические характеристики
ограждающей конструкции и защитить ее
от вредных атмосферных воздействий.

ПОВЫШЕНИЕ
ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ

За последнее десятилетие на 40 50% снизилась
потребность в тепловой энергии на
отопление новых и реконструируемых
жилых зданий в России. В этом результате
есть, в частности, вклад совместных
научных разработок специалистов НИИСФ
и ЦЭНЭФ с участием специалистов из США.
В течение десятилетия был разработан
и апробирован новый «энергетический
принцип» нормирования тепловой защиты
зданий, создан и внедрен комплекс
обязательных к исполнению нормативных
документов на федеральном и региональном
уровнях, произошел переход строительного
комплекса страны на новые энергоэффективные
технологии.

Развитие методов нормирования тепловой
защиты зданий в направлении все большего
внедрения в нормы принципов энергосбережения
можно разделить на четыре этапа.

1. Точкой отсчета служит
поэлементный метод.
На этом этапе рассматривалась в основном
теплопередача через наружные ограждающие
конструкции. Все наружные ограждающие
конструкции здания подразделялись на
элементы (наружные стены, чердачные
перекрытия или покрытия, цокольные
перекрытия, окна, двери и т.д.), для каждого
из которых устанавливалось минимально
допустимое сопротивление теплопередаче.
Метод получил отражение в действовавших
до 1995 г федеральных нормах по тепловой
защите здании (СНиП “Строительная
теплотехника”). Нормы были построены
по предписывающему принципу, т.е.
возможности проектирования были жестко
ограничены нормативными требованиями
и предписаниями. Для этого этапа были
характерны простейшие расчетные
методики. При учете “мостиков холода”
расчет приведенного коэффициента
теплопередачи ограждающей конструкции
существенно усложнялся. Нормируемый
уровень тепловой защиты здании мало
соответствовал требованиям энергосбережения.

2. На втором этапе
нормировался приведенный (средний)
коэффициент теплопередачи
совокупности ограждающих конструкции
здания в стационарных условиях. Вместо
нормирования каждого элемента было
достаточно задать одно значение для
совокупности ограждающих конструкций.
В результате получали большую
вариабельность при проектировании,
когда меньшую теплозащиту одного
элемента можно было компенсировать
большей теплозащитой других элементов.
К недостаткам этого этапа следует
отнести невозможность прямого контроля
нормативных значений. Приведенный
(средний) коэффициент теплопередачи в
виде нормы был впервые в России введен
в московские городские нормы по
энергосбережению в зданиях в 1994 г (МГСН
2.01-94 ‘Энергосбережение в зданиях»).
Эти нормы представляли собой первый
шаг в направлении энергосбережения —
они предусматривали снижение
энергопотребления на 20 %. В них впервые
был введен расчет удельной потребности
в тепловой энергии на отопление здания
за отопительный период и требования по
энергетическому паспорту.

Снижение потребности в тепловой энергии
на отопление здании достигается не
только за счет ограждающих конструкции,
но и за счет улучшения систем вентиляции
и отопления, и за счет пассивного
использования солнечной энергии при
выборе выгодных с энергетической точки
зрения архитектурного и объемно-планировочного
решений. Основываясь на этой методологии
в 1994-95 гг. были разработаны и введены в
действие принципиальные изменения в
федеральные нормы по строительной
теплотехнике; их применение обеспечило
с 2000 г снижение энергопотребления для
вновь возводимых и реконструируемых
здании на 40 % по сравнению с 1995 г. Можно
утверждать, что новые подходы, отраженные
в нормах, во многом способствовали
внедрению новых для России энергосберегающих
технологий в строительстве.

По методологии третьего этапа в 1998 99
гг. с установлением норм по удельному
энергопотреблению была разработана
новая редакция московских городских
норм по энергосбережению в зданиях
(МГСН 201-99), по которым осуществляется
сейчас все московское строительство.
В этих нормах был детально разработан
энергетический паспорт здания, методология
расчета энергозатрат на горячее
водоснабжение, а также новый раздел
проекта ‘Энергоэффекгивность зданий».
Новые федеральные нормы «Дома жилые
одноквартирные» 2001 г. содержит
отдельные нормативные требования по
удельному энергопотреблению малоэтажных
домов. Другой новый нормативный документ
— свод правил «Проектирование тепловой
защиты здании” — содержит рекомендуемые
форму энергетического паспорта и
алгоритм расчета удельного энергопотребления
здания. Принцип нормирования, отражающий
требования системного подхода, в отличие
от предписывающих норм первого и второго
этапов, — потребительский.

4. И, наконец, на четвертом
этапе произошло объединение нормирования
тепловой защиты и систем теплоснабжения
путем нормирования
потребности здания в первичной энергии.
Аналогичная методология уже апробирована
в нормах Великобритании, Франции, Италии,
Германии и во многих регионах России в
территориальных строительных нормах
ТСН по энергетической эффективности
зданий. В течение 1999-2002 гг. было разработано
и введено в действие свыше 30 ТСН — от
Калининградской области на западе до
Сахалинской области на востоке и от
Краснодарского края на юге до Ненецкого
АО на севере. Все ТСН, введенные в действие
на этих территориях, утверждены главами
администрации территории, зарегистрированы
Госстроем РФ и включены в список
нормативных документов, действующих
на территории Российской Федерации. Не
менее 70 % (а в некоторых регионах, например
в Москве, все 100 %) вновь возводимых и
реконструируемых зданий проектируются
и возводятся согласно требованиям этих
ТСН.

Результаты внедрения в проектирование
и строительство жилых зданий новых
нормативных документов, отражающих
системный подход к тепловой защите
зданий и энергосбережению, позволяют
сделать следующие выводы:

• Новый принцип нормирования по
комплексному показателю удельного
энергопотребления здания за отопительный
период, дающий большую свободу при
выборе проектных решении и возможность
контроля энергопотребления при
эксплуатации зданий, впервые в российской
практике был успешно апробирован более
чем в 30 субъектах РФ.

• Новые нормативные требования
стимулировали проектировщиков на
разработку энергоэффективных форм
зданий, в том числе с уширенным корпусом,
и стимулировали региональную промышленность
на выпуск новых прогрессивных строительных
материалов и изделии на уровне мировых
стандартов и, в частности, на увеличение
производства эффективных высококачественных
теплоизоляционных материалов,
энергосберегающих ограждающих конструкций
и новых типов энергоэффективных окон.

• Анализ новых конструктивных решений
ограждающих конструкций, ориентированных
на новейшие технологии, в том числе на
системы наружной теплоизоляции,
вентилируемые ограждения, трехслойные
конструкции на точечных связях, а также
опыт, накопленный в субъектах РФ при
разработке этих решений на практике,
подтверждают реализуемость новых
нормативов.

• Выборочный контроль эксплуатируемых
зданий на соответствие энергетическим
и теплотехническим нормативным
требованиям (энергетический аудит),
введенный во все территориальные нормы,
является необходимым элементом контроля
качества возведенного здания, однако
пока не обеспечен стандартизованными
методами измерений, что затрудняет
работу по анализу фактического
энергосберегающего эффекта в результате
внедрения новых норм.

Введение

Для полного понимания проблем связанных с энергоэффективностью и энергосбережением начнем с понятия (определения), что же означает слово энергоэффективность? Энергоэффективность – это комплекс организационных, экономических и технологических мер, направленных на повышение значения рационального использования энергетических ресурсов в производственной, бытовой и научно-технической сферах. Говоря более простым языком, энергоэффективность – это эффективное использование энергии, а значит сокращение коммунальных расходов. Слова энергоэффективность и энергосбережение часто упоминаются вместе. Хотя существует взаимосвязь, все же это разные вещи. Эффективность означает получение необходимого результата с использованием меньшего количества энергии. Сбережение, однако, означает потребление меньшего количества энергии или вовсе отказ от ее использования. Эффективность часто приводит к сбережению энергии, но не наоборот. Для упрощения восприятия информации далее в тексте слова энергоэффективность и энергосбережение будут использованы как синонимы.

Рисунок 1 – Стандартное энергопотребление дома в Европе (Анимация, 8 кадров, 24 Кбайт)

Как мы можем заметить из приведенной диаграммы, большая часть потребляемой энергии приходится на отопление, а четвертая часть всей энергии – на горячее водоснабжение. То есть другими словами, основная часть энергии тратится на подогрев воды. И это весьма логично, вы только представьте, сколько необходимо затратить угля и газа для того, чтобы отопить, к примеру, 17–ти этажное здание, в котором расположено по меньшей мере 136 квартир площадью 50–70 м2 каждая. Такие большие затраты энергии так же связаны с большими потерями тепла, т.е. пока подогретая вода достигнет верхних этажей, она уже успеет остыть на пару десятков градусов, и это только единичный пример.

Потребление тепловой энергии в России, а также энергосбережение в этой области активно регулируются многими нормативными и правовыми документами. В 2009 году целях создания экономических, правовых и организационных основ повышения энергетической эффективности, и стимулирования энергосбережения был принят Федеральный закон Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации. Действие указанного Федерального закона распространяются на деятельность, которая связана с использованием энергетических ресурсов, определяются полномочия органов власти, в первую очередь правовое регулирование в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности. В законе разъяснена необходимость повышения энергетической эффективности, энергосбережения и показаны способы их осуществления.

Перед тем как принимать какие-либо меры по повышению энергоэффективности дома, помимо оценки класса энергоэффективности необходима оценка состояния здания в целом. Что это значит?

Надзорные органы определяют класс энергоэффективности многоквартирного жилого дома, а застройщик и собственник дома размещают указатель класса энергоэффективности на фасаде дома. Собственники зданий, строений, сооружений обязаны в течении всего срока их эксплуатации не только обеспечивать установленные показатели энергоэффективности, но и проводить мероприятия по их повышению. Это так же является обязанностью, лица, ответственного за содержание жилого дома. Один раз в пять лет показатели энергоэффективности должны пересматриваться в направлении улучшения. Если дом крепкий и имеет небольшой процент износа, то имеет смысл работа по повышению энергоэффективности дома. Затраты по повышению энергоэффективности окупятся. Если дом находится в предаварийном состоянии, то лучше обойтись малыми затратами на поддержание комфорта и обеспечение учета энергоресурсов. Учет в любом случае быстро окупится. В составе требований к управлению энергоэффективностью зданий, строений, сооружений: показатели энергоэффективности для объекта в целом; показатели энергоэффективности для архитектурно–планировочных решений; показатели энергоэффективности для элементов объекта и конструкций, а так же материалов и технологий, применяемых при капремонте.

Повышение теплового сопротивления ограждающих конструкций

В настоящее время все эти меры по повышению энергоэффективности учитываются еще только на этапе планирования и проектирования многоквартирного жилого дома. Современные здания обладают огромными резервами повышения их тепловой эффективности, но исследователи недостаточно изучили особенности формирования их теплового режима, а проектировщики не умеют оптимизировать потоки тепла и массы в ограждениях и зданий.

В настоящее время технологии, использующие тепловые насосы, применяются практически во всех развитых странах мира. Низкопотенциальным источником тепловой энергии для испарителей тепловых насосов служит грунт поверхностных слоев Земли и тепло удаляемого вентиляционного воздуха.

Все проекты застроек, зданий и сооружений, проходят обязательную экспертизу на стадии утверждения технического задания на строительство и на стадии технико–экономического обоснования или проекта. Основные задачи экспертизы – проверка соответствия проекта нормативным требованиям, способствование внедрению современных прогрессивных решений и снижение сметной стоимости строительства объектов, особенно городского заказа. Московские городские нормы Энергосбережение в зданиях. Нормативы по теплозащите и тепло–, водо–, электроснабжению рекомендуют использовать наиболее прогрессивный потребительский подход в выборе теплозащиты зданий, когда нормируется удельный расход тепла на отопление здания за отопительный период. Это стимулирует проектировщиков не только повышать теплозащиту наружных ограждений здания, но и применять более эффективные системы регулирования подачи тепла на отопление, энергосберегающие технологии и оптимальные объемно–планировочные решения зданий.

Повышение теплозащитных свойств стеновых конструкций остается одной из основных задач при создании энергоэффективных зданий. Можно выделить различные способы повышения сопротивления теплопередаче современных стеновых ограждений. Среди них: увеличение толщины однородных стеновых конструкций, увеличение толщины теплоизоляции в составе многослойной ограждающей конструкции, снижение насыпной плотности заполнителей, используемых для изготовления стеновых блоков и панелей.

Рисунок 2 – Зависимость температуры на внутренней поверхности дома от толщины теплоизоляции наружных стен

Основным условием сохранения теплозащитных свойств теплоизоляционных материалов является его сухое состояние. Это объясняется значительным увеличением коэффициента теплопроводности материала при его увлажнении. Так, например, при увлажнении только на 1% керамзитобетона его коэффициент теплопроводности увеличивается на 20%. Стена, впитавшая влагу, теряет свои теплозащитные свойства до 80%. Следствием этого является: повышенное энергопотребление здания; промерзание конструкций и появление на её внутренней поверхности чёрной плесени с отслоением отделочных материалов. Физическое старение ограждающих конструкций зданий сопровождается повреждением поверхностных слоёв. Атмосферные осадки, проникая в тело стены из бетона или кирпича, замерзая, увеличиваются в объёме и разрушают их поверхностный слой. Этот процесс имеет необратимый характер во времени. Одновременно физическое старение сопровождается химическим. Вода по капиллярной системе материала переносит агрессивные реагенты, обильно содержащиеся в городских «кислотных дождях», внутрь ограждающей конструкции и вызывают коррозионное разрушение бетона и кирпича.

Перечень ссылок

Санация жилого фонда

Построенные в восьмидесятых годах и ранее многоквартирные панельные жилые дома серийной дешевой застройки требуют капитального ремонта.
Отличный десятилетний опыт реконструкции жилого фонда накоплен в Восточной Германии. В результате проведённой санации расход энергоресурсов на отопление снизился от тридцати до семидесяти процентов, в зависимости от конструкции домов. Санация предусматривает следующие виды работ: реконструкция системы вентиляции, обновление систем горячего водоснабжения и отопления, утепление перекрытий, замена балконных дверей подвалов и окон, утепление фасадов, чердаков и кровли.

Строительство ширококорпусных зданий

Из практики строительства широко известно: чем шире здание, тем меньше площадь ограждающих конструкций на один квадратный метр общей площади, уменьшаются потери тепла через ограждающие конструкции, уменьшаются кратность воздухообмена, удельные строительные затраты.

Учет энергоресурсов

При системе расчетов без счетчиков энергии поставщики энергоресурсов списывают все потери и утечки в сетях на потребителей. Поставщики энергоресурсов не заинтересованы в обнаружении этих потерь, и они, естественно, будут против установки приборов учёта непосредственно у потребителя. Сами приборы учёта не экономят энергии, но к энергосбережению подвигнуть могут.

Регулирование подачи тепла

В строительстве новых зданий в настоящее время является обязательным устройство термостатов перед всеми отопительными приборами для поквартирного регулирования температуры воздуха. Это дает возможность уменьшить энергопотребление на отопление за счет бытовых тепловыделений и поступления энергии от солнечной радиации.

Использование современных оконных конструкций с трёхслойным остеклением

Через окна зданий и сооружений может уходить до сорока процентов тепла. Замена устаревших окон на современные окна с трехслойным остеклением и нанесением теплоотражающего покрытия – очень важное направление в деле повышения класса энергоэффективности жилых домов.

Применение фасадных систем

При наружном устройстве теплоизоляции толщина утеплителя может быть уменьшена на 25-35% по сравнению с внутреннем. Существенное преимущество устройства наружной теплоизоляции – увеличение теплоаккумулирующей способности стен. Так при выключении источника тепла при наружной теплоизоляции стены из кирпича остывают медленнее в шесть раз.

Применение ячеистых бетонов

Легкие пористые бетоны дают возможность сберегать тепло и уменьшать энергетические затраты до двадцати процентов. Эти ячеистые бетоны используются, например, при возведении самонесущих стен в пределах одного этажа.

Использование более эффективных типов теплоизоляции

Применение современных теплоизоляционных материалов в следствии уменьшения толщины наружных ограждающих конструкций по периметру здания с каждого его метра высвобождает около четверти квадратного метра полезной площади. Эффективные многослойные системы наружного утепления дают возможность уменьшить нагрузку на фундамент и снизить расходы на его строительство, повысить класс энергоэффективности дома.

Улучшение теплозащитных свойств ограждающих конструкций

Основным направлением повышения энергоэффективности жилых зданий является увеличение теплозащитных качеств ограждающих конструкций. По результатам тепловизорных измерений панельных домов на наружные стены приходится около тридцати процентов потерь энергии, на остекление – около двадцати пяти процентов, на потолок последнего и пол первого этажа – около пяти процентов, оставшиеся сорок процентов — потери теплоэнергии на нагрев внешнего воздуха в объеме, требуемом для вентиляции по СНИПам.

Рассмотрение различных способов улучшения теплотехнических характеристик реконструируемого здания за счёт применения современных эффективных материалов, технологий и утилизации тепла вытяжного воздуха. Достижение энергоэффективности при реконструкции.

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Институт «Строительство и транспортная инфраструктура»

Кубанский государственный технологический университет

Повышение энергоэффективности в жилых и промышленных зданиях при реконструкции

Тимошенко А.П., студент 6 курс

Леонова А.Н., кандидат технических наук, доцент

В статье рассматриваются различные способы улучшения теплотехнических характеристик реконструируемого здания за счёт применения современных эффективных материалов, технологий и утилизации тепла вытяжного воздуха.

Ключевые слова: энергосбережение, энергоэффективность зданий, теплопотери, теплообменник, реконструкция.

The article discusses various ways to improve the thermal characteristics of the reconstructed building due to the use of modern efficient materials, technologies аnd heat recovery exhaust air.

Key words: energy saving, energy efficiency of buildings, heat losses, heat exchanger, reconstruction.

С введением Федерального закона №261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» и Постановления правительства РФ №18 «Правила установления требований энергетической эффективности для зданий» появилась большая необходимость в сокращении теплопотерь.

Самым простым и распространенным способом является улучшение теплозащитных характеристик ограждающих конструкций. Но высокая герметичность современных окон сделала практически неработоспособными системы естественной вентиляции. В квартирах ухудшилась комфортность проживания: имеет место высокая влажность и низкое качество воздуха, возрастает вероятность грибковых поражений конструкций. Поэтому для комфортного времяпровождения в помещении необходимо использовать одновременно несколько способов повышения энергоэффективности.

Рассмотрим каждый способ в отдельности:

1. Улучшение теплозащитных характеристик ограждающих конструкций.

В данном способе повышение энергоэффективности можно достичь с помощью 3х мероприятий:

— замена окон;

— утепление наружных стен;

— утепление кровли;

В зданиях через окна теряется значительное количество тепла. Особенно эффективна замена окон в реконструируемых зданиях, при строительстве которых использовались окна с деревянной рамой без использования стеклопакета.

Основные виды применяемых светопрозрачных конструкций:

• Использование И-стекла.

Данное стекло ставят во внутреннюю часть стеклопакета и оно имеет напыление из оксида металла, серебра или цинка.

• Использование стеклопакетов с инертными газами.

Повышает сопротивление теплопередаче.

• Использование 3х и более камерных стеклопакетов.

Ставятся в той части России, где преобладает минусовая температура.

Основными видами утепления являются:

• Навесной вентилируемый фасад

Плюсы данного способа: длительный срок эксплуатации (около 50 лет); осуществляется естественная вентиляция, которая способствует отведению избыточной влаги; монтаж можно производить круглогодично; улучшает звукоизоляцию здания; навесной фасад придает красивый облик здания и тем самым отпадает необходимость в отделочных работах.

Минусы данного способа: не целесообразно делать данный фасад в районах Крайнего Севера; дороговизна (по сравнению с другими видами утепления); сложность монтажа (в связи с этим появляется необходимость в высококвалифицированных рабочих)

Рис. 1 — Устройство навесного фасада

Рис. 2 — Система утепления фасадов на минеральной вате Стена: 1 — клей; 2 — плиты минеральной ваты; 3 — дюбель; 4 — базовый штукатурный слой; 5 — стеклосетка; 6 — грунтовка под отделку; 7 — декоративный штукатурный слой; Цоколь: 8 — гидроизоляционный слой; 9 — клей; 10 — экструдированный пенополистирол;

энергоэффективность здание реконструкция

Состоит из грунтовой основы, клеевого состава, слоя теплоизоляционного материала (могут быть жесткие или мягкие плиты), армирующего слоя, нескольких слоев штукатурки.

Плюсы данного способа: дешевый (по сравнению с другими видами утепления); хорошая звукоизоляция, легкий монтаж (не требующий высококвалифицированных рабочих).

* Штукатурный фасад

Минусы данного способа: монтаж можно производить только при положительной температуре (про отсутствии ветра, яркого солнечного свет и влажности); высокие требования к хорошему сочетанию материалов.

* Теплоизоляционные плиты заводского изготовления не требующие отделочных работ после их установки.

2. Совершенствование систем вентиляции, утилизация теплоты вытяжного воздуха для нагрева приточного.

Для повышения энергоэффективности используют следующие виды теплоутилизаторов:

— рекуперативный теплообменник;

— регенеративный теплообменник;

— теплообменник с промежуточным теплоносителем;

— энтальпийный теплообменник;

В многоэтажных жилых зданиях теплоутилизаторы по своему исполнению подразделяются на индивидуальные, смешанные и централизованные.

Рекуперативный (пластинчатый) теплообменник

Рис. 3 — Принцип действия пластинчатого теплообменника

Эта технология больше подходит для стран с более мягким климатом. В пластинчатом теплообменнике потоки подаваемого и удаляемого воздуха разделены тонкой алюминиевой фольгой. Тепло удаляемого воздуха через пластины нагревает подаваемый воздух. На пластинах теплообменника конденсируется влага, попадающая из помещения. Поэтому для пластинчатых теплообменников необходим отвод воды. При низкой температуре из-за влаги происходит обледенение, теплообменник забивается. Лед растапливается с помощью удаляемого из помещения воздуха или электрического нагревателя.

При отогреве холодный воздух попадает в помещение в обход теплообменника, а теплый воздух растапливает лед на пластинах.

Рис. 4 — Принцип действия регенеративного теплообменника

Эта технология больше подходит для стран с более холодным климатом, т.к. среднегодовая эффективность очень высока. А постоянно вращающийся теплообменник не замерзает.

Рис. 5 — Принцип действия теплообменника с промежуточным теплоносителем

Рис. 5 — Принцип действия энтальпийного теплообменника

Теплообменники с энтальпией способны не только сохранять тепло отработанного воздуха, но и передавать приточному воздуху большую часть влаги. В холодное время года предотвращают чрезмерное высыхание воздуха и обеспечивают более приятную атмосферу в помещении.

Теплообменники состоят из большого количества плотно соединенных друг с другом полимерных мембран. Мембраны расположены таким образом, что потоки вытяжного и приточного воздуха текут во встречных направлениях не перемешиваясь, но при этом обмениваясь теплом и влагой. Для переноса влаги используется физический принцип осмоса водяного пара, который осуществляется благодаря пористой структуре специальной полимерной мембраны.

Полимерные мембраны обладают специальным антимикробным покрытием, непроницаемым для запахов и для микробов всех видов. Таким образом, гарантируется соблюдение санитарных и гигиенических норм в квартирах и зданиях, где через теплообменник проходит отработанный воздух из кухни и санитарных помещений.

В сравнении со стандартным теплообменником, в энтальпийном процент восстановления тепла несколько снижаются, но за счет увлажнения приточный воздух кажется более теплым, климат в помещении более мягкий и комфортный. Еще одно существенное преимущество полимерных мембран — это отсутствие необходимости отвода конденсата, что значительно упрощает монтаж и эксплуатацию системы вентиляции.

Для достижения максимальной энергоэффективности в жилых и промышленных зданиях при реконструкции рациональней всего использовать сразу несколько способов, например, активный и пассивный.

Список использованной литературы

1. Глущенко Н.С., Смыков А.А. Современные методы повышения энергоэффективности зданий за счет сокращения потерь теплоты через светопрозрачные ограждающие конструкции // В сборнике: V Всероссийский фестиваль науки Сборник докладов. Нижний Новгород, 2015. С. 20-22.

2. Чижов Э.К., Сузанская А.А. Способы повышения класса энергоэффективности при реконструкции зданий // Синергия наук. 2017. № — С. 918-930.

3. Губина И.А., Горшков А.С. Энергосбережение в зданиях при утилизации тепла вытяжного воздуха // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2015. № 4 (31). С. 209—219.

4. Наумов А.Л., Серов С.Ф., Будза А.О. Квартирные утилизаторы теплоты вытяжного воздуха // АВОК. 2012. №1

5. Агеева К.М., Кулигина С.В., Рудакова Д.С., Богачева М.А. Повышение энергоэффективности зданий при реконструкции путем использования альтернативных источников энергии // Международный студенческий строительный форум-2017 Сборник докладов: в 2 томах. Белгород, 2017. С. 71-75.

6. Титова К.М. Анализ способов энергосбережения в системах вентиляции // Стерлитамак: АМИ, 2017. С 274-278.

7. Немова Д.В. Навесные вентилируемые фасады: обзор основных проблем // Инженерно-строительный журнал. 2010. № 5. С. 7-11

8. Леонова А.Н., Курочка М.В. Методы повышения энергоэффективности зданий при реконструкции // Вестник МГСУ. 2018. Т.

12. Вып. 7 (118). С. 805-813.

9. Вербицкий Д.О., Леонова А.Н. Энергоэффективность при строительстве и реконструкции зданий/Экологические, инженерноэкономические, правовые и управленческие аспекты развития строительства и транспортной инфраструктуры сборник статей Международной научнопрактической конференции. ФГБОУ ВО «Кубанский государственный технологический университет», Институт строительства и транспортной инфраструктуры; ФГБОУ ВО «КубГТУ»; Международный центр инновационных исследований «OMEGA SCIENCE». 2017. С. 32-37.

10. Volkov A.N., Leonova A.N., Karpanina E.N., Gura D.A. Energy performance and energy saving of life-support systems in educational institution/Volkov A.N., Leonova A.N., Karpanina E.N., Gura D.A. Journal of Fundamental and Applied Sciences. 2017. Т. 9. № 2S. С. 931-944.

11. Карпанина Е.Н., Леонова А.Н. Мониторинг энергоэффективных зданий/Строительство в прибрежных курортных регионах материалы IX международной научно-практической конференции. Министерство образования и науки РФ; Сочинский государственный университет. 2016. С. 145-148.

12. Гагарин В.Г. Экономические аспекты повышения теплозащиты ограждающих конструкций зданий в условиях рыночной экономики // Светопрозрачные конструкции. 2002. № 3. С. 2.

Размещено на Allbest.ru