Энергосбережение в строительстве

Ограждающие конструкции

Главным направлением энергосбережения в жилых зданиях  является повышение теплозащитных свойств ограждающих конструкций. По данным тепловизорных обследований панельных домов, на наружные стены приходится 29-30% потерь тепловой энергии, на светопрозрачные наружные ограждения - 25-26, на пол первого этажа и потолок последнего - 4-5, остальные 40% - расход тепла на нагрев инфильтруемого наружного воздуха в объеме, необходимом для вентиляции по санитарным нормам (рис.1).

Рис. 1. Каналы потерь тепла в жилых домахстроите

тон рекуперация

Чтобы "вписаться" в нормативы, содержащиеся в  новых СНиПах, строителям, прежде всего, приходится использовать новые эффективные теплоизоляционные материалы и конструкции. В противном случае, и толщина наружных ограждающих конструкций, и их стоимость, будут непомерно высокими. Например, при сохранении однослойной конструкции стен из полнотелого кирпича их толщина должна была бы составить около двух метров. Поэтому для обеспечения требуемых показателей внешние стены жилых зданий строят многослойными, содержащими несущий и теплоизоляционный слои. По расчетам ЦНИИЭП жилища, применение теплоэффективных наружных ограждений за счет экономии тепловых ресурсов окупает единовременные затраты во вновь строящихся жилых и гражданских зданиях в течение семи-восьми лет, а в существующих домах - в течение 12-14 лет [5].

В применяемых ныне трехслойных  конструкциях значительно снизилось  количество и размер так называемых мостиков холода, которые образовывались ранее при устройстве теплоизоляционного слоя между железобетонными элементами ограждающей конструкции. Между утеплителем и наружной стеной по конструктивным особенностям проходило железобетонное ребро, имевшее очень высокий коэффициент теплопроводности. Теперь в таких конструкциях используют металлические и стеклопластиковые дискретные связи, что приводит к повышению теплотехнической однородности конструкции и повышению приведенного сопротивления теплопередаче.

Теплоизоляция

Структура применяемых в нашей стране теплоизоляционных материалов достаточно близка к структуре, сложившейся в передовых зарубежных странах. В основном это минераловатные изделия (более 65%), на стекловатные материалы приходится 8%, еще 20% - на пенопласты, доля теплоизоляционных бетонов не превышает 3%, вспученного перлита, вермикулита и изделий на их основе - 2-3, а на остальные виды эффективных теплоизоляционных материалов приходится 1-2%. При использовании эффективных теплоизоляционных материалов по периметру здания с каждого его метра за счет уменьшения толщины наружных ограждающих конструкций высвобождается примерно по 0,25 кв. м полезной площади. Также многослойные системы наружного утепления позволяют снизить нагрузку на фундамент, а стало быть, сократить расходы на его возведение.

Одним из наиболее динамично развивающихся считается  сегмент экструдированного пенополистирола, ежегодный рост которого оценивается в 25-30%. Он отличается самым низким коэффициентом теплопроводности 0,03 и практически нулевым показателем влагопоглощения (за 30 суток в воде набирает всего 2-5% влаги).

Основной проблемой  является то, что в настоящее время  малоизученным остается вопрос долговечности теплоизоляционного материала при эксплуатации в ограждающих конструкциях. В первую очередь это относится к волокнистым утеплителям и пенопластам. Имеющиеся результаты свидетельствуют о том, что срок службы теплоизоляционного материала из стекловолокна или на основе минеральной ваты составляет 25-30 лет. По прошествии этого срока начинает возрастать коэффициент теплопроводности [6].

Пористые  бетоны

Помимо применения утеплителей повышение теплоизоляции  достигается за счет материалов на минеральной основе: газо- и пенобетонов, полистиролбетона, а также пустотелых крупноформатных керамических материалов из пористой керамики. Легкие ячеистые бетоны позволяют экономить тепло и снижать энергозатраты примерно на 20%. В то же время использование конструкционного легкого бетона позволяет экономить 30-50% массы при строительстве высотных зданий. Такие легкие бетоны применяются, например, для производства однослойных наружных стен, самонесущих в пределах этажа.

Важно, что легкие бетоны можно производить с использованием пористых заполнителей из технологических отходов (шлаки, шламы, золы, осадки сточных вод, бытовой мусор и т. д.).

Фасадные  системы

В последние  годы в жилищно-гражданском строительстве  для обеспечения теплозащиты также активно применяют наружные стены с фасадными системами. Наружное расположение теплоизоляции в общем балансе теплопотерь оказывается значительно более эффективным по сравнению с внутренним, в первую очередь из-за существенного превышения суммарной длины теплопроводных включений примыканий внутренних стен и перекрытий по фасадам зданий длины теплопроводных включений в его углах. В случае устройства теплоизоляции снаружи толщина слоя утеплителя может быть на 25-35% меньше, чем при внутренней теплоизоляции. Еще одним преимуществом наружной теплоизоляции является возрастание теплоаккумулирующей способности массивной части стены. Например, при наружной теплоизоляции кирпичных стен они при отключении источника тепла остывают в шесть раз медленнее стен с внутренней теплоизоляцией при одной и той же толщине слоя утеплителя.

Фасадные системы  можно разделить на:

• системы со штукатурными слоями. Системы со штукатурными слоями предусматривают клеевое или механическое закрепление утеплителя с помощью анкеров, дюбелей и каркасов к несущей части стены с последующим оштукатуриванием;
• системы с облицовкой кирпичом или другими мелкоштучными материалами;
• системы с защитно-декоративными экранами. Такие системы выполняют с воздушным вентилируемым зазором между утеплителем и экраном. По этой причине рядом фирм такие системы утепления называются вентилируемым фасадом. В настоящее время в отечественной практике фасадостроения используется более 40 вариантов навесных систем.

Оконные конструкции

Второе по значимости направление энергосбережения в жилых зданиях - замена устаревших окон и дверей в зданиях. Окна остаются наиболее уязвимым местом в ограждающих конструкциях, несмотря на постоянное совершенствование. В обычных деревянных окнах с двойным остеклением через не плотности ограждающих конструкций в жилую комнату поступает наружный воздух в количестве, при котором за 1 час заменяется половина объема помещения (кратность воздухообмена 0,5). Однако со временем в таких окнах могут образовываться различные щели, в результате чего возникает излишняя инфильтрация. Это приводит к увеличению годовых потерь теплоты с 5,2 ГДж при кратности воздухообмена 0,5 до 20,8 ГДж при двукратном воздухообмене (для двухкомнатной квартиры). В результате через окна из помещений в нашей стране уходит до 40% тепла. Сегодня современные оконные конструкции с трехслойным остеклением предлагает целый ряд отечественных и зарубежных фирм.

Вместе с  тем следует учитывать, что такие  окна могут удорожать строительство  приблизительно на 8%, остекление балконов и лоджий - на 3-5%. Надо также иметь в виду, что следствием установки герметичных пластиковых окон в большинстве случаев становится нарушение воздухообмена в помещениях зданий, где традиционно проектируется система естественной вентиляции. Из-за пониженной воздухопроницаемости притворов окон в пластмассовых переплетах (и новейших типов окон в деревянных переплетах) и высокой герметизации примыкания окон к стенам происходит недостаточный воздухообмен и, как следствие, возникает повышенная влажность в помещениях. Увеличение влажности воздуха в помещении вынуждает к частому открыванию форточек, а это на 50-70% снижает заложенный эффект повышения теплозащитных качеств окон. Вместе с тем современные оконные конструкции уже оснащаются регулируемыми приборами вентилирования (шумозащитными клапанами, специально организованными отверстиями в оконном профиле, поворотно-откидными устройствами, фиксаторами), которые могут обеспечить любой вариант проветривания помещения по желанию пользователя. Таким образом, внедрение энергоэффективных окон без конструктивного решения всего оконного проема с учетом конвекции и организации воздухообмена зачастую приводит к обратному эффекту, т. е. к снижению теплозащитных качеств окон в условиях эксплуатации и ухудшению условий для проживания. Решение вопроса адекватного воздухообмена потребует применения систем механической вентиляции.

Существует  еще одно направление, в котором  современные технологии открывают  новые возможности модернизации окон - нанесение на стекло теплоотражающего покрытия, которое прозрачно для видимой части спектра дневного света, но в то же время характеризуется высоким коэффициентом отражения в тепловом диапазоне излучения, направленного изнутри наружу. Применение в стеклопакетах стекол с селективным покрытием увеличивает сопротивление теплопередаче оконных блоков до значений 0,6-0,65 м2·oC/Вт. Покрытие теплосберегающего стекла может быть твердым или мягким. Твердое покрытие отличает стойкость к любым климатическим воздействиям, и наносится оно в процессе производства стекла так называемым пиролитическим способом, или высокотемпературным пиролизом (раствор, который распыляется на стекло, выпаривается, и на его поверхности остается прочное покрытие). Мягкое покрытие отличает меньшая стойкость к атмосферным воздействиям, оно наносится в вакуумных камерах методом напыления. Стекла с мягким напылением устанавливаются только внутри стеклопакета, с твердым - как внутри, так и снаружи. В скандинавских странах, где вопрос сохранения тепла в помещениях стоит не менее остро, чем у нас, этот продукт используют в остеклении порядка 90% зданий.

Вентиляция

В большинстве  жилых зданий предусмотрены системы  вентиляции с естественной циркуляцией  воздуха. То есть его движение происходит за счет естественной тяги, возникающей в результате разницы давлений и температур. При этом наружный воздух поступает через открытые форточки жилых комнат и удаляется через вытяжные решетки, установленные в кухнях, ванных комнатах и туалетах. Преимущество систем с естественной тягой в том, что они дешевы, не создают шума и не требуют затрат на свою эксплуатацию. Однако надо иметь в виду, что вытяжные системы рассчитаны на выполнение своих функций в полном объеме при температуре наружного воздуха не выше +5оС, т. е. только когда включена отопительная система здания. А в теплое время года, когда выключена отопительная система, выполнение вытяжкой своих функций в полном объеме не предусмотрено. В этот период воздухообмен помещений может быть обеспечен только при открывании окон и наличии ветра на улице.

К недостаткам  естественной вентиляции следует отнести и то, что она плохо согласуется с современными требованиями энергосбережения. Известно, что с вентиляционным воздухом из помещения уходит от 30 до 75% тепла. Энергосбережение было бы наиболее эффективным, если бы вентиляция могла работать с переменным расходом воздуха, в согласовании с режимом работы тепловой системы. Организовать такое регулирование при естественной вентиляции практически невозможно. Для этого в квартирах жилых домов должны применяться вентиляционные системы механической вытяжной вентиляции с естественным притоком воздуха или системы механической приточно-вытяжной вентиляции. Вытяжные системы могут быть центральными, с общим вытяжным вентилятором, или с индивидуальными вентиляторами у каждой вентиляционной решетки. Оборудование жилых зданий приточными системами вентиляции происходит значительно реже, чем механическими вытяжными, так как это существенно удорожает проект за счет стоимости самой системы. Преимуществом механических приточных систем является гарантированная подача расчетного расхода приточного воздуха в каждую квартиру, возможность обеспыливания приточного воздуха и уменьшения аллергических заболеваний, возможность воздухораспределения, исключающего дутье вне зависимости от погодных условий на улице. Сейчас более 80% рынка Европы в секторе вентилирования прочно удерживают моноблочные приточно-вытяжные установки.

Кроме экономии энергозатрат с помощью механической вентиляции можно экономить за счет нагрева приточного воздуха вытяжным путем теплопередачи (рекуперация). Рекуператоры состоят из рекуперативных пластинчатых теплообменников, в которых происходит передача теплоты между разделенными металлическими пластинами потоками воздуха с различной температурой. Вытяжной воздух проходит через каждый второй канал теплообменника и нагревает пластины, его образующие. Приточный воздух проходит через остальные каналы и нагревается при соприкосновении с нагретыми вытяжным воздухом стенками каналов. Степень эффективности рекуператоров в зависимости от их принципа действия колеблется довольно в широком диапазоне - от 40 до 80-85%.

Еще одно решение  для вентиляции было применено при  строительстве энергопассивных  домов в Германии, когда помимо обычного рекуператора были установлены подземные пластиковые трубы для приточного воздуха. Это позволило зимой предварительно подогревать приточный воздух теплом земли. Таким образом, практически воздухонепроницаемый "пассивный дом" постоянно имеет большой приток свежего воздуха почти без затрат энергии.

Регулирование подачи тепла

Возможно развитие направления поквартирного регулирования теплового режима. В настоящее время в новом строительстве обязательным является установка термостатов перед каждым отопительным прибором. Хотя это решение связано со значительными затратами (один термостат соизмерим по стоимости с конвектором, перед которым он ставится), оно позволяет повысить комфортность и сократить теплопотребление на отопление за счет учета теплопоступлений с солнечной радиацией и от бытовых тепловыделений. Однако за рубежом одновременно с термостатом устанавливают на отопительный прибор теплоизмеритель, как правило испарительного типа, позволяющий жильцу платить меньше за отопление, если потребление тепла уменьшается. У нас такие измерители не устанавливаются, и ничто не мешает жильцу жить комфортно в тепле и при открытых термостате и форточке, через которую "сбрасываются" все избытки тепла.

Во многих жилых  домах теплоноситель распределен  неравномерно по всему зданию. Очень  часто на верхних этажах и посередине дома жарко, а в угловых комнатах и на нижних этажах очень холодно. Для решения этой проблемы существуют балансировочные вентили, позволяющие отрегулировать отопление дома, сделать его сбалансированным и равномерным. Для того чтобы сделать средний типовой многоквартирный дом (порядка 80-100 квартир), достаточно поставить примерно 10 датчиков размером со спичечную коробку в разных местах, частично в квартирах, частично в вентиляционных люках, для того чтобы полностью контролировать параметры теплового комфорта во всем здании.