26 июня 2016г.
Рассматриваются различные варианты применения решений на этапе разработки проекта в зданиях гражданского назначения, влияющих на сбережение энергетических ресурсов. Проведен анализ влияния размеров и формы здания, ориентации фасадов по сторонам света, теплозащитных свойств ограждающих конструкций, влияния теплопроводных включений, влажности строительных материалов и изделий, герметичности оболочки, рекуперации тепла вытяжного воздуха.
Энергоэффективность и энергосбережения имеют большое значение для развития страны и выхода из кризиса. На сегодня, без решения этих проблем, развитие в сфере энергетических ресурсов, а также непосредственно в жилищно-коммунальном хозяйстве, не может осуществляться.
Энергосбережение – это прежде всего комплекс мер: организационных, правовых, технических, технологических, экономических и других.
Большую роль в этом имеют архитектурные решения, принимаемые при проектировании зданий, и в большей мере гражданских, т.к. они входят практически во все отрасли народного хозяйства, а ЖКХ оказывает одно из самых значимых влияний на жизнь людей и общества в целом.
Так же сами люди все больше начинают задумываться об экономии на энергоресурсах, но пока в недостаточном количестве. Больше 75 % граждан нашей страны, считают, что экономить энергоресурсы нужно всегда. Но, в действительности, экономят электроэнергию около 60 %, газ – 40 %, тепло – только 30 %, это при том, что большая часть энергии уходит на обогрев помещений.
Практически все ресурсы, потраченные на отопление зданий, тратятся на компенсацию тех тепловых потерь, которые забирают ограждающие конструкции зданий. Экспериментальные исследования показывают, что потери тепла через кровлю составляют около 15-20 %, через подвальное перекрытие около 10-15 %, через стены около 15- 25 % и через светопрозрачные конструкции около 20-40 %.
Потери тепла происходят через наружные фасады из-за разности температур. Но если «совместить» два одинаковых по форме и объему здания, то таким образом мы исключаем трансмиссионные потери через сдвоенные фасады зданий. При этом строительный объем и площадь полученного здания будут равны по сумме площадей и строительных объемов площадей двух зданий.
Если к этому дому, состоящему из двух блоков, присоединить такой же секционный дом с торца здания, мы получим уже 3 общих стены или 6 фасадов на 4 здания-секции, а не 1 стену на 2 секции, как в первом варианте. Но в первом случае коэффициент блокировки 0,833, а во втором 0,788. Блокирование 2 зданий эффективнее на 8,4% блокирования четырех зданий.
В другом случае, присоединив секции со стороны фасада, мы получим 4 общих стены или 8 фасадов на 4 здания-секции. В этом случае коэффициент блокировки 1, при этом его строительный объем и площадь равны 4 зданиям или увеличился в 4 раза.
Если сверху на 4 секционный, квадратный по очертанию дом надстроить такие же секции, то трансмиссионные потери энергии тепла снизятся в месте полов второго этажа и покрытия первого.
Из рассмотренной ситуации можно понять, что чем больше строительный объем, тем потери удельной тепловой энергии меньше, чем в здании с меньшим строительным объемом, необходимо учесть, что здания имеют одинаковый уровень теплоизоляции конструкций ограждения и одинаковую форму. А так же, что при невозможности развить больший строительный объем зданий в более квадратную форму, и необходимости его увеличения, оптимальным является блокировка двух секций.
Отношение площади поверхности наружных ограждающих к строительному объему всего здания влияет на удельные затраты тепла пропорционально, чем больше это отношение, тем больше расход энергии для отопления. Перефразировав, можно сказать, что чем меньше выступающих частей в здании, тем меньше удельные потери тепла.
Большего эффекта энергосбережения можно достичь при проектировании зданий в форме многогранника, круга, овала или хотя бы с закругленными углами. Более подробно это отражено в работе Семеновой Э.Е., Тютерева А.А. Исследования зависимости энергоэффективности здания от геометрической формы [3].
Это не говорит о том, что архитекторы должны проектировать гражданские здания только круглой, квадратной или другой формы без выступающих архитектурных элементов и деталей. Это говорит о том, что потери тепла, возникающие дополнительно при его развитой поверхности или недостаточной компактности, нужно компенсировать другими решениями, одно из них это ориентация по сторонам света.
Как показывают исследования, большая часть потерь тепла происходит через окна. Следовательно, при проектировании привязка энергоэффективных зданий, важно разместить на участке объект, так чтобы в больше количество окон было ориентированно в сторону юга, для максимальной солнечной инсоляции. Ориентация на южную сторону больше чем 2,5 раза превышает количество солнечной радиации на вертикальную поверхность здания, чем с ориентацией на север. При зонировании помещений, это тоже нужно помнить и учитывать. При составлении уравнения баланса тепла в зданиях, необходимо учитывать не только потери тепла, но и его поступления, в том числе и от солнечной радиации.
Другим, одним из наиболее эффективных решений в сбережении энергетических ресурсов является выбор ограждающих конструкций. Повысив значение уровня защиты тепла в ограждающих конструкциях, совершая их подбор с теплотехническими характеристиками большими по значению, экономия затрат энергии могут достигнуть соизмеримых показателей с решениями, приведенными выше и даже превысить их. Так мировые нормативные требования к уровню ограждающих конструкций по таплотехническим характеристикам постоянно повышаются.
На данный момент, применения энергосберегающих решений, конструкций и материалов все больше становится возможным, технический прогресс дает возможность изготовления разработок и применения идей в человеческом быту, они уже появляются на рынке и все больше пользуются спросом. Одним из таких примеров могут служить светопрозрачные оконные конструкции с применением низкоэмиисионных покрытий, Оставляя высокие показатели по прозрачности и светопропускающей способности, оконные конструкции с низкоэмиисионными покрытиями приобретают высокие показатели по теплоизоляции. Позволяя аккумулировать тепло внутри помещений, благодаря своим способностям пропускать свет и отражать внутрь помещений, сохраняется большое количество тепловой энергии.
Теплоизоляция наружных конструкций является основной мерой для снижения уровня трансмиссионных потерь тепла в зданиях, так как компенсация происходят на протяжении всего периода эксплуатации зданий. Существует множество современных вариантов решения тепловой защиты ограждающих конструкций. Ведутся работы по улучшению применения уже существующих материалов и эффективности их применения. Так же разрабатываются новые материалы. Применение ячеистых бетонов уже не является чем-то необычным, вакуумные панели и различные энергосберегающие все чаще применяются в проектировании различных зданий, появляются новые материалы.
В составе конструкций ограждения всегда присутствуют теплопроводные включения, которые выступают в качестве «мостиков холода». Потери тепла через теплопроводные включения могут достигать значительных величин и по этой причине должны быть учтены при теплотехническом расчете конструкций наружных ограждений.
В ограждающих конструкциях стен в качестве теплопроводных включений могут выступать оконные откосы, дверные и оконные перемычки, диски плит перекрытий, бетонные или металлические выносные консоли, несущие конструкции вентилируемых фасадов, кронштейны, анкера для крепления утеплителя, гибкие связи для крепления лицевого слоя к основанию и пр. В кладке стен из мелкоштучных изделий (кирпичей, камней из поризованной керамики, газобетонных блоков и пр.) к ним добавляются швы кладки между деталями и изделиями.
Стоит помнить о влажности применяемых материалов. Это зависит от абсорбционных свойств изделий и влажностного режима помещения, зоны влажности, где предполагается строительство здания. Чем выше влажность применяемых строительных материалов в составе наружных ограждающих конструкций, тем выше их теплопроводность. По этой причине недопущение их переувлажнения обеспечивает соответствие расчетных и фактических параметров теплоизоляции ограждающих конструкций.
Особенно актуальна задача обеспечения влажностного режима ограждающих конструкций, выполненных из материалов, которые имеют высокую начальную влажность, например, изделий из автоклавного газобетона. Влажность изделий из автоклавного газобетона может составлять 40% и более, поэтому значительное количество тепловой энергии приходится затрачивать, чтобы вывести влагу из стен.
Помимо трансмиссионных потерь в ограждающих конструкциях также возможны так называемые инфильтрационные утечки тепла. С теплотехнической точки зрения воздухопроницаемость оболочки отрицательно влияет на тепловой режим здания. Чем выше здание, тем более существенным оказывается влияние воздухопроницаемости ограждающих конструкций на его тепловой режим.
С позиции обеспечения требуемой воздухонепроницаемости наружной оболочки здания следует отдавать предпочтение менее воздухонепроницаемым материалам или материалам с диффузионно-герметичным покрытием.
Использование воздухонепроницаемых изделий в составе оболочки приводит в ряде случаев к необходимости устройства в здании механической вентиляции. В то же время при изначальном включении механической системы вентиляции в проект здания герметичность наружной оболочки, обеспеченная применением диффузионно-герметичных материалов, является положительным фактором, обеспечивающим высокий КПД принудительной системы вентиляции. Использование в системе механической вентиляции рекуперационных устройств (утилизаторов тепла вытяжного воздуха) позволяет существенно (до 40%и более) снизить потери тепловой энергии в здании на отопление.
Необходимо обеспечить в зданиях требуемый воздухообмен. Без учета утилизации тепла вытяжного воздуха (рекуперации) потери в зданиях тепловой энергии за счет вентиляционного теплообмена за отопительный период могут достигать до 60 %. По этой причине использование инженерных устройств, позволяющих утилизировать часть тепла вытяжного воздуха, является актуальной задачей энергосбережения.
Вопрос строительства энергоэффективных зданий в России становится одним из ключевых, а проблема рационального использования энергоресурсов приобретает все большее значение. Внедрение подобных решений и мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности, опирающиеся на зарубежный опыт, и внедрение новых технологий на всех уровнях и стадиях проектирования зданий, позволяет достичь значимых показателей по энергоэффективности и сохранению ресурсов.
Список литературы
1. Береговой А.М. Здания с энергосберегающими конструкциями // Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Пенза: ПГУАиС, 2005. - 344 с.
2. Горшков А.С. Принцыпы энергосбережения в зданиях // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2014. № 7 (186). С. 26-35.
3. Семенова Э.Е., Тютерев А.А. Исследования зависимости энергоэффективности здания от геометрической формы. // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: высокие технологии. Экология. 2011. № 1. С. 102-104.
