Энергосберегающие технологии в строительстве

Энергосберегающие технологии при строительстве частных домов стали широко использоваться в России. Время дешевизны энергоносителей в нашей стране уже прошло, только за два последних года цены на электроэнергию выросли на 45,8%, а на газ - на 63,5%.

Одним из активных потребителей энергии является строительный комплекс, где возможно экономить энергию за счет энергосберегающих технологий в строительстве.

Для развития концепции энергосберегающего дома, безусловно, необходимо опираться на богатый опыт эксплуатации различных зданий. Очевидно, что энергоэффективность здания определяется совокупностью многих факторов. Исследования показывают, что при эксплуатации традиционного многоэтажного жилого дома через стены теряется до 40% тепла, через окна - 18%, подвал - 10%, крышу - 18%, вентиляцию - 14%. Поэтому свести теплопотери к минимуму возможно только при комплексном подходе к энергосбережению.

Таким образом, целью данной работы является рассмотреть современное состояние и возможности дальнейшего развития применения энергосберегающих технологий в строительстве.

Задачами работы являются:

• изучить мировой опыт применения энергосберегающих технологий в строительстве;
• рассмотреть алгоритмы экономии при эксплуатации жилых зданий;
• проанализировать  теплопотери через кровлю, стены, пол;
• предложить алгоритм энергоэффективности при строительстве дома;
• рассмотреть энергоэффективные дома в России.

При эксплуатации жилого дома большая часть тепла теряется через ограждающие конструкции: стены, крышу, окна. Поэтому современные системы утепления предусматривают создание комплексной тепловой оболочки, передвигающей зону положительных температур в несущие конструкции по всей поверхности дома, включая и теплоизоляцию контактирующего с грунтом фундамента. Такое решение исключает появление мостиков холода, повышает тепловое сопротивление ограждения и предотвращает выпадение конденсата, отрицательно влияющего на теплоизолирующие и другие эксплуатационные характеристики.

Теплоизоляция зданий и сооружений преследует несколько целей: повышение уровня комфортности, тепло и звукоизоляции, экономию топливных ресурсов и сокра­щение эксплуатационных расходов.

Высокую энергоэффективность жилища можно обеспечить за счет оптимизации архитектурных форм и рас­положения объекта с учетом розы ветров, максимального использования солнечной энергии, повышения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций и окон. Снижения теплопотерь при воздухообмене за счет создания высокой герметизации объекта, установки приточно-вытяжной системы вентиляции с рекуперацией тепла и очисткой входящего воздуха, использования нетрадиционных источников энергии. Перечисленные мероприятия подразделяются на пассивную теплозащиту, базирующуюся на создании «броневого» термощита, и активную составляющую, за которой стоят системы умного дома в самых разных проявлениях.

Реализация таких проектов требует увеличения капитальных затрат на строительство, однако вложения окупаются в будущем за счет экономии энергии, снижения эксплуатационных затрат и обеспечения комфортных условий проживания, достигаемых за счет автоматического поддержания определенной температуры, относительной влажности, чистоты воздуха и других параметров.

Перечислим реальные рычаги экономии энергии:

• повышение сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций;
• остекление лоджий (приточный воздух механической вентиляцией забирается из застекленных пространств, где подогревается солнцем);
• эффективная герметизация трещин, швов, заполнение пустот;
• использование солнечной энергии для горячего водоснабжения и отопления;
• применение электрооборудования с низким потреблением энергии;
• использование тепловых насосов;
• устройство напольного водяного низкотемпературного отопления;
• применение водоразборного оборудования с экономным расходом воды;
• использование приборов учета и контроля потребления тепловой энергии для домов, подключенных к централизованным системам теплоснабжения;
• грамотное расположение светопрозрачных конструкций с ориентацией на южную сторону;
• создание управляемых светопрозрачных конструкций, контролирующих микроклимат в помещении.

Каждое из этих направлений очень важно. Результатом может стать ощутимая — до десятков процентов — энергетическая экономия, разумеется, при комплексном употреблении.

Интенсивность теплопотерь определяется двумя факторами: разницей температур внутри и снаружи дома и сопро­тивлением его ограждающих конструкций теплопередаче. Разделив разницу температур At на величину сопротивления теплопередаче R_o стен, кровли, пола, окон и дверей и умножив на площадь S их поверхности, можно вычис­лить интенсивность теплопотерьQ:

Q = (Δt/R ) х S.

Разница температур At — величина непостоянная, она меняется от сезона к сезону, в течение дня, в зависимости от погоды и т.д. Однако задачу упрощает то обстоятель­ство, что нам необходимо оценить потребность в тепле суммарно за год. Поэтому для приближенного расчета мы вполне можем использовать такой показатель, как средне­годовая температура воздуха для выбранной местности. Для Воронежской  области, по многолетним данным, она составляет 6,9 °С. Если считать комфортной температурой в доме 22 °С, то наша усредненная разница составит

Δt = 22 °С—6,9 °С = 15,1 °С.

Итак, приступаем к расчету, приведем пример расчета теплопотерь через стены.

Площадь стен нашего дома (два квадратных этажа 8,7 х 8,7 м высотой 2,5 м) будет примерно равна 175 кв. м. Однако из этого нужно вычесть площадь окон и дверей, для которых мы рассчитаем теплопотери отдельно. Предположим, что входная дверь у нас одна, стандартного размера 900 х 2 000 мм, а окон — 16 штук (по два на каждой стороне на обоих этажах) размером 1500 х 1500 мм. Суммарная площадь окон и дверей составит 37,8 кв. м, а оставшаяся площадь кирпичных стен — 137,2 кв. м.

Величина сопротивления теплопередаче стены толщиной в два кирпича равна 0,61 м² х °С/Вт. Для простоты пренебрежем сопротивлением теплопередаче слоя штука­турки, покрывающей стены изнутри. Таким образом, тепловыделение всех стен дома составит:

Q_стен = (15,1 °С/0,61 м²х°С/ Вт) х 137,2 м²= 3,396 кВт.

Теплопотери  рассчитаны и приведены в таблице 1.

 

Таблица 1. Теплопотери

Теплопотери	Разница температур, °С	Площадь, кв. м	Сопротивление теплопередаче, м2х°С/Вт	Теплопотери, кВт
Стен	15,1	175	0,61	3,396
Кровли	15,1	88	1,35	0,984
Пола	15,1	75	1,85	0,4
Двери	15,1	1,8	1,2	0,022
Окон	15,1	36	0,55	0,988
Вентиляции	15,1			2,26
Итого				8,05

Собственно, выше мы вычислили мощность, которая будет необходима для нагрева теплоносителя. А греть его мы будем, естественно, с помощью котла. Таким образом, расходы на отопление — это стоимость топлива для этого котла.

Пожалуй, самым энергосберегающим индивидуальным зданием в России является активный дом, сооруженный в 2011 году по инициативе компании VELUX. В основу его концепции легли три базо­вые составляющие: энергия, здоровый микроклимат, окружающая среда. Они нашли реальное воплощение в оригинальной конструкции двухэтажного дома для одной семьи площадью 230 кв. м. Стены выполнены из пространственного каркаса, конструкция которого заведомо прерывает мостики холода в несущих элементах. Общая толщина стенового утеплителя составляла 550 мм, что обеспечивало величину термического сопротивления 12,07 м² х °С/Вт. (Для сравнения можно привести этот же параметр, являющийся нормой для московского городского строительства. Он составля­ет для ограждающих конструкций 3,5 м² х °С/Вт.) В качестве универсального теплоизолятора для всех компонентов здания был выбран  плитный утеплитель. Внутренняя сторона стен обшита гипсокартоном высокой плотности, что придает легкой деревян­ной каркасной конструкции дополнительную теплоемкость. Из вышесказанного следует, что обладая таким большим термосопротивлением, дом практически не излучает наружу тепловую энергию. А это значит, что расходы на его отопление окажутся весьма скромными.

Таким образом, в настоящее время научно-исследовательские институты и промышленные производители предложили целую гамму технологических решений, обеспечивающих рост энергоэффективности жилых домов: теплоизоляция фасадов, легкие бетоны, оконные конструкции, системы вентиляции с рекуперацией тепла, широко корпусные конструкции домов, системы учета и регулирования тепла и т.д. Все эти решения в достаточной степени известны специалистам и при наличии достаточных стимулов могут быть оперативно внедрены в практику строительства.

 

Библиографический список

1. Физика: Учебник для студ. образоват. учреждений сред. проф. образования / В.Ф. Дмитриева.- 6-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2005.
2. Строительные материалы и изделия: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования /Ю.Г. Барабанщиков. – 2-е изд., стер. - М.: Издательский центр «Академия», 2010.
3. Технология и организация строительства: Г.К. Соколов. – 7-е изд., стер. - М.: Издательский центр «Академия», 2010.
4. Тепло? Еще теплее? Ж. «Современный дом» №3,2013.