Энергоэффективность в архитектурно-дизайнерском проектировании

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

"Ульяновский государственный технический университет"

Кафедра: Архитектурно-строительное проектирование

РЕФЕРАТ

«ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ В АРХИТЕКТУРНО-ДИЗАЙНЕРСКОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ»

Ульяновск, 2018 г.



СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ В АРХИТЕКТУРЕ ЗДАНИЯ

2. ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ ЗДАНИЯ НА ОБЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕПЛОПОТЕРЬ

3. ВАРИАНТЫ КОНСТРУКТИВНОГО РЕШЕНИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ ПОКРЫТИЯ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ТЕПЛОПОТЕРИ ЗДАНИЯ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ



ВВЕДЕНИЕ

Защита от теплопотерь является комплексной проблемой, включающей ряд задач.

В настоящее время используемые человечеством энергоресурсы постепенно иссякают, стоимость их добычи увеличивается, а нерациональное использование сказывается на экологии. Эффективное применение энергоресурсов за счет использования инновационных решений является ключом к решению этой проблемы.

Только энергосбережение в любой сфере деятельности человека способно свести к минимуму бесполезные потери энергии, что сегодня является одним из приоритетных направлений. Значительно повысить эффективность использования любого вида энергии способны современные энергосберегающие технологии, применение которых несет достаточно реальные выгоды -- это экономия энергии и затрат, связанных с ее использованием, а также поддержание необходимого экологического равновесия. Проектирование и постройка энергосберегающих зданий, является одним из наиболее важных вопросов в энергосберегающей политике каждой развитой страны.

Проблема создания и эксплуатации современного здания состоит в том, что в большинстве случаев его создатели не учитывают идею энергосбережения. Уже созданные здания постоянно теряют тепло через окна (порядка 19% теплопотерь) и стены (5% теплопотерь). А создаваемые в здании климатические системы по-прежнему не соответствуют современным стандартам энергосбережения, стоимость эксплуатации которых внесколько раз превышает все вместе взятые затраты по уходу за зданием. Главными направлениями повышения энергосбережения являются внедрение принципиально новых типов конструкций зданий, а также использование эффективных теплоизоляционных материалов. Речь идет как о современных методах строительства новых зданий жилого и производственного назначения, так и о комплексном переустройстве уже существующих зданий.

Изучаемая тема имеет очень высокую актуальность, так как от рациональности использования энергоресурсов напрямую зависит развитие и экономический успех любого государства. Новейшие теплосберегающие технологии в строительстве помимо экономии финансовых ресурсов, открывают и принципиально новые возможности для снижения выбросов в атмосферу вредных веществ, которые образуются при обогреве и охлаждении зданий. Актуальность внедрения современных теплосберегающих технологий, по сути, сопоставима с непосредственным производством энергии. Теплосберегающие технологии представляют собой более выгодный и экологически грамотный способ обеспечения растущего с каждым годом спроса на энергоносители.

Постановка цели

1. Проанализировать уже имеющиеся в источниках проблемы и решения энергосберегающих зданий в сфере теплопотерь через ограждающие конструкции.

2. Указать основные источники теплопотерь в здании и рассмотреть в общем понятия энергоэфективности и теплопотери здания через ограждающие конструкции.

3. Найти решение основных проблем связанных с энергоэфективностью здания и теплопотерями через ограждающие конструкции.

4. Сделать выводы о рациональности использования каждого из предложенных способов решения проблемы с теплопотерями.

Ключевые слова: тепло, энергоэфективность, теплопотери, покрытие, уровень теплопотерь, конструктивное решение.

Анализ научной литературы

Мною был проведен анализ статьи Кочетковой Ю.Ю. «Покрытие «КОРУНД» - теплоизоляционный материал снижающий теплопотери и повышающий антикоррозионную защиту зданий и сооружений сферы жилищно-коммунального хозяйства» и выделены некоторые основные аспекты. Действительно одним из эффективных теплоизоляционных материалов, которые уже сейчас находят широкое применение не только в строительстве, но и в сфере жилищно-коммунального хозяйства, является жидкая керамическая теплоизоляция. Подобное теплозащитное покрытие (на аналогичных принципах) первоначально было разработано по заданию NASA. В дальнейшем его удалось «приземлить» и адаптировать для задач теплозащиты и энергосбережения объектов на Земле, а затем в США наладить и промышленный выпуск. Применению «Корунда» также может сопутствовать качественная гидроизоляция.

Жидкое керамическое теплоизоляционное покрытие представляет собой жидкую композицию на водной основе. Оно состоит из микроскопических керамических вакуумированных сфер, пигментирующих, ингибирующих и антипереновых добавок. Основным компонентом является полимерная латексная композиция. В композиции диспергированы полые микросферы (керамические). Размеры микросфер составляют 0,01…0,5 мм. Эти микросферы являются активным компонентом покрытия, которое функционирует за счет блокировки (активизации высокого термического сопротивления) основных трех видов передачи тепла: это кондукция, конвекция и радиация. В процессе теплопередачи структура покрытия, имеющая микроскопические поры, рассеивает и отражает более 82% поступающего излучения.

Ее низкая теплопроводность дает возможность ослаблять тепловой поток в среде материала. Низкая излучательная способность снижает уровень исходящего потока тепла и обеспечивает, таким образом, снижение теплопотерь. Покрытие «Корунд» - это материал, который можно использоваться в любых помещениях, в том числе и в отсутствие дополнительной вентиляции (см. рисунок). Утеплитель стойкий к горению. Неприхотливый, удобный к использованию материал. Представляет собой композицию белого цвета, которая наносится на различные типы поверхностей, в том числе металлические, картонные, бетонные, кирпичные, деревянные и многие другие. После высыхания образовывается эластичное покрытие, отличающееся прекрасными эксплуатационными свойствами. «Корунд» имеет идеальную адгезию к металлу, пластику, пропилену, что позволяет изолировать покрываемую поверхность от доступа воды и воздуха. Теплоизолятор непроницаем для воды и не подвержен влиянию водного раствора соли. Покрытие обеспечивают защиту поверхности от воздействия влаги, атмосферных осадков и перепадов температуры.

Свойства: эффективно снижает теплопотери и повышает антикоррозионную защиту; предохраняет поверхность от образования конденсата; наносится на поверхность любой формы; не создает дополнительной нагрузки на несущие конструкции; предотвращает температурные деформации металлических конструкций; обеспечивает постоянный доступ к осмотру изолированной поверхности без необходимости остановки производства, простоев, связанных с ремонтом и сбоями в работе производственного оборудования; не разрушается под воздействием УФ-излучения; быстрая процедура нанесения теплоизоляционного покрытия, снижающая трудозатраты по сравнению с традиционными изоляторами (легко и быстро наносится кистью, аппаратом безвоздушного нанесения); легко ремонтируется и восстанавливается; является изоляционным материалом, который не поддерживает горение (при температуре 260 °С обугливается, при 800 °С разлагается с выделением СО и NO, что способствует замедлению распространения пламени); экологически безопасен, нетоксичен, не содержит вредных летучих органических соединений; стоек к щелочам; водородный показатель (pH) 8,5 - 9,5; время полного высыхания одного слоя 24 часа; расчетная теплопроводность при 20°С 0,001 Вт/м °С.

Следовательно можно сказать что покрытие «КОРУНД» внушает доверие, поскольку разработано очень серьёзной организацией. Но данное покрытие в большей мере является изоляционным материалом, поскольку поставляется в жидкой форме и способно в определенной степени герметизировать и защитить ограждающие конструкции, в том числе покрытия от воздействия внешней среды.

Считаю что данный материал имеет хороший потенциал в применении совместно с утеплителем. В таком сочетании он даст максимальную эффективность и за счет своих изоляционных свойств поможет максимально уменьшить теплопотери здания в целом. Проведя анализ статьи А.М. Чегринец «Анализ теплопотерь в ограждающих конструкциях зданий и сооружений» мною было выявлено несколько полезных фактов и утверждений. В зданиях без чердачного этажа (совмещенное покрытие), чаще всего это крупнопанельные жилые дома, возводимые в 70-х годах ХХ в., теплопотери через крышу примерно равны теплопотерям через стены здания - при том, что в условно в "классическом" доме с чердачным этажом теплопотери через чердак и крышу составляют примерно 6-8 % от общих потерь тепла. Конструкция совмещенного покрытия состоит из:

* железобетонной плиты покрытия;

* утеплителя;

* выравнивающего слоя (из раствора);

* гидроизоляционных слоев рубероида.

Энергетический аудит включает комплекс мероприятий по определению энергоэффективности и оценки энергосбережения, по результатам которых проводится сертификация объекта с присвоением ему определенного класса энергетической эффективности. При этом учитываются архитектурные особенности здания, такие как размеры окон, дверных проемов, их количество, особенности конструкции стен, крыши, пола (их общая площадь, толщина и материалы, из которых они изготовлены). Не менее важна информация о функциональном применении здания и температурном режиме, который должен в нем поддерживаться. Основной целью определения недостатков совмещенной крыши является качественное выявление мест высокой теплопроводности. Такие места образуются вследствие:

* некачественной укладки слоев кровли;

* насыщения слоев кровли атмосферной или конденсационной влагой при эксплуатации. Существует два метода санации здания с целью улучшения теплозащитных свойств покрытия:

* надстройка чердачного покрытия дома;

* осушение слоев кровли и применения дополнительного утепления и гидроизоляции.

Подвергнув тепловизорному контролю внешние и внутренние поверхности можно сказать, что дляэффективного проведения тепловизорных исследований состояния застройки необходимо учитывать следующие особенности:

* Термографическое обследование крыш необходимо проводить при условии обеспечения значительного перепада температуры между внутренней и внешней средой, т.е. в отопительный сезон. В осенне-зимний период тепловой поток движется из помещения (положительная температура) в атмосферу (отрицательная температура), а в летний - наоборот.

* Сила ветра и его направление существенно влияют на потери тепла здания. Необходимо учитывать конвекцию поверхности крыши путем внесения коррекции в данные замеров температуры или проводить замеры в безветренную погоду.

* Необходимо учитывать факторы, приводящие к неверной интерпретации термографической картины - снег, дождь, иней на поверхности крыши, воздействие солнечной радиации и тепловой инерции материалов.

С целью предотвращения погрешностей надо проводить термографические замеры при отсутствии осадков, ветра, в ночные или утренние часы суток.

* При проведении исследований большой площади кровли или большого количества крыш рекомендуется устанавливать тепловизионную камеру на место видеокамеры в системе аэрофотосъемки на борту вертолета.

* Процесс дальнейшего анализа данных, полученных тепловизионной камерой, является неотъемлемой составляющей термографии. Например, расположение мест накопления влаги в конструкциях трудно определить, поскольку наблюдается ее перемещение (при условии препятствия для выхода водяного пара) от места конденсации до места, где мы наблюдаем влагу в виде пятен, плесени, других дефектов.

Применение тепловизионной камеры позволяет распознавать место накопления влаги без видимых признаков увлажнения конструкции крыши. По результатам тепловизорных исследований различных жилых зданий теплопотери некачественных оконных заполнений составляют 18 %, через совмещенные покрытия (без чердачного пространства) и дефекты стыковых соединений панельных стен теряется около половины совокупных тепловых потерь в здании, кроме того, за счету величенного притока холодного воздуха через вышеуказанные неплотности система вентиляции приводит еще к 14% теплопотерь.

На базе полученных результатов для осуществления санации жилых зданий считается обязательным следующий перечень работ:

* утепление кровель и чердаков;

* утепление фасадов;

* замена окон и балконных дверей;

* утепление перекрытий подвалов;

* обновление систем отопления и горячего водоснабжения;

* обновление системы вентиляции. По результатам подобных мероприятий в Германии экономия энергоресурсов была впечатляющая, зафиксировали значительное сокращение выброса в атмосферу углекислого газа, создали большое количество квалифицированных и стабильных рабочих мест в строительстве, промышленности и энергетике, а также произошло снижение коммунальных платежей за отопление. Кроме того опыт санации крупнопанельных жилых домов в Восточной Германии за последние 10 лет показал, что в зависимости от конструкции наружных панелей достигается экономия расхода энергии на отопление от 30 до 70 %. Следовательно данная статья в достаточной мере осветила значение проблем теплопотерь в ограждающих конструкциях зданий. Было сформулировано четкое утверждение, что благодаря исследованиям в зарубежных странах теплопотери через конструкции покрытия довольно таки велики. Обследования здания с помощью тепловизора при указанных выше условиях оказывается эффективными и могут дать общее представление о теплопотерях и общей энергоэффективности здания. Можно сформулировать утверждение, что при уменьшении теплопотерь повышается общая энергоэффективность здания, что снижает затраты на обогрев здания в зимний период и на охлаждение в летний период.



1. ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ В АРХИТЕКТУРЕ ЗДАНИЯ

здание конструкция теплоизоляция

Здания с максимальным использованием выделяемой внутри них тепловой энергии и максимальной защитой от потерь теплоты через наружные поверхности и вентиляцию называются энергосберегающими, энергоэкономичным или энергоэффективными. Среди энергоэффективных домов выделяют так называемые:

пассивные дома, у которых в разы ниже удельное потребление тепла по сравнению с обычными современными зданиями;

активные дома, которые кроме малого удельного потребления тепла имеют еще и встроенные источники энергии (как правило, используются установки на ВИЭ: тепловые насосы, ветряки, солнечные батареи); здания с нулевым потреблением, которым при малом энергопотреблении достаточно собственных источников энергии, что делает необязательными сети и подключение к инфраструктуре. Термин "энергоэффективное" здание появился после энергетического кризиса 70-х гг. ХХ в., когда за рубежом нормативы показателей теплозащиты строительных конструкций были увеличены в 2-3,5 раза. В дальнейшем эти нормы были уточнены и более ужесточены, в результате чего появились два новых термина: дома низкого энергопотребления (ДНЭ) и дома ультранизкого энергопотребления (ДУЭ). Годовой расход тепла для первых из них (ДНЭ) составляет 30-70 кВт*ч/м3, для вторых (ДУЭ) - 15-30 кВт*ч/м3.

Результатом дальнейшего развития концепции энергосбережения стало появление еще двух понятий: "пассивный" и "активный" дом. Пассивный дом (от англ. passive house) - это сооружение, основной особенностью которого является малое энергопотребление (не более 10 % от энергии, расходуемой обычным зданием для обогрева единицы его внутреннего объема). Такого снижения удается достичь в первую очередь за счет того, что дом максимально улавливает и сохраняет в жилом пространстве тепло, поступающее из окружающей среды и выработанное внутренними источниками, включая электролампы, бытовые приборы и даже проживающих в здании людей. Для этого постройка должна быть компактной, качественно утепленной, герметичной и правильно ориентированной по сторонам света. Обязательно применяют также систему приточно-вытяжной вентиляции с рекуперацией воздуха. Активный дом (от англ. active house) представляет собой союз пассивного и "умного дома". Благодаря этому он не только тратит мало энергии, но и грамотно распоряжается тем незначительным ее количеством, которое потребляет. Главное, даже этим минимальным объемом активное здание в максимально возможной степени обеспечивает себя само, используя энергию солнца, ветра, тепло земли и т.д. И, наконец, о понятии "зеленое здание" (от англ. green building). Это не просто название концепции строительства и эксплуатации энергоэффективных домов, которая преследует цель снизить уровень потребления энергетических и материальных ресурсов при одновременном повышении качества зданий и их комфортности. Это целая философия, основанная на идее сбережения природных ресурсов и даже "сотрудничества" с окружающей средой, что учитывает интересы будущих поколений. Суть концепции заключается в следующем. "Зеленый дом" энергоэффективен, экономичен в эксплуатации и экологичен. Это значит, что его энергопотребление как минимум на 25 % меньше, чем обычного, а чтобы добиться этого, при строительстве нужно использовать материалы, которые не выделяют вредных веществ ни в период эксплуатации дома, ни после его демонтажа. Желательно также, чтобы их можно было использовать вторично. Экономное отношение к природным ресурсам предполагает и минимизацию потребления чистой воды, для чего организуется эффективная очистка и вторичное использование (для стирки, мытья полов, полива растений и т. п.) дождевых и сточных вод. Строиться "зеленое здание" должно с учетом особенностей местного климата, традиций и культуры населения и в гармонии с ландшафтом. Для анализа эффективности сбережения энергии используется понятие эксэргии - воплощенной энергии, т.е. полезной доли затраченной энергии. Значения эксэргии рассматриваются при сопоставлении вариантов зданий на всех этапах - начиная от добычи материалов, изготовления строительных деталей и вплоть до разборки и повторного использования материалов и элементов. Более эффективно то здание, в котором эксэргия максимальна или ее потери в ходе возведения, эксплуатации и разборки здания минимальны. Понятие эксэргии оказалось весьма информативным и начинает широко использоваться в практике.

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.

Из приведенных данных следует, что недостаточное термическое сопротивление осаждающих конструкций наиболее существенно снижает энергоэффективность зданий. Однако утеплением лишь ограждающих конструкций нельзя добиться значительного уменьшения теплопотерь, поскольку существенная их доля приходится на так называемые "мостики холода", то есть участки интенсивного теплообмена с окружающей средой. Такие участки чаще всего образуются в местах контакта плит перекрытий с несущими стенами, в местах примыкания к наружным стенам внутренних стен и перегородок, а также при проседании некачественного теплоизоляционного материала в трехслойных ограждающих конструкциях с утеплителем в качестве среднего слоя.

Для достижения экономии энергии предусматривают:

энергоэффективные объемно-планировочные решения;

использование эффективной теплоизоляции наружных стен;

применение энергосберегающих окон, форточек, жалюзи;

устройство на высоту одного-двух этажей зимнего сада;

обваловку части здания;

устройство кровли-газона, кровли-зимнего сада;

герметичную заделку стыков и щелей, исключение утечек теплоты;

устройство окон с двух смежных сторон здания;

выполнение наружных стен с повышенной теплоизоляцией со стороны действия холодных ветров;

утилизация всей теплоты от внутренних источников (бытовые приборы, люди, теплая вода послу употребления);

применение пассивной системы утилизации солнечной энергии; использование энергонезависимых технологий вентиляции, очистки стоков и др.; динамическую теплоизоляцию наружных стен.

Современные системы утепления предусматривают создание комплексной защитной термооболочки вокруг конструкций здания. Такая оболочка включает в себя утепление контактирующих с грунтом конструкций фундамента в сочетании с утеплением скатных или плоских крыш, а также устройство вентилируемых фасадов, передвигающих зону положительных температур в несущие конструкции. Этот комплекс мер исключает появление "мостиков холода", повышает тепловое сопротивление ограждения и предотвращает выпадение конденсата, пагубно влияющего на теплоизолирующие и другие эксплуатационные характеристики конструкций.

Еще одной немаловажной проблемой являются теплопотери через окна. Наиболее простой подход к решению этой проблемы - уменьшение площади окон - далеко не всегда приемлем, поскольку ухудшает комфортность и микроклимат помещений. Эта дилемма наилучшим образом разрешается использованием современных трехслойных стеклопакетов с низкой теплопроводностью.

В будущем должны найти применение свето-прозрачная и вакуумная теплоизоляция, стекла в системах пассивного отопления, пропускающие солнечную радиацию в наиболее энергоемкой части спектра, селективные светопоглощающие покрытия, системы автоматики, согласующие действие систем энергосбережения с температурными режимами снаружи и внутри здания. Идеальное энергоэкономичное здание требует использования высоких технологий.

Экономию энергии начинают на этапе выбора объемно-планировочных решений, направленных на максимальное снижение потерь теплоты через ограждающие конструкции. Окна в доме лучше всего размещать с солнечной стороны; здание в плане должно иметь простую форму, а площадь окон должна быть минимально необходима для освещения; при возможности рекомендуется обваловка стен с северной стороны. Для одно- или двухэтажных зданий целесообразно устройство светопрозрачных оранжерей, зимних садов, теплиц с южной стороны на всю высоту стены. Желательно не допускать сквозного проветривания через дверные и оконные проемы, устраивая теплые глухие стены главным образом с холодной северной стороны. Эти мероприятия требуют совершенных конструкций стен, перекрытий, окон и дверей, а также высокого качества работ при строительстве. Широко применяемый метод теплоснабжения - устройство дополнительной теплоизоляции внутри здания или снаружи. Последнее более эффективно. Для теплоизоляции применяют готовые панели из искусственных (пенополистирол, пенополиуретан, пенополивинилхлорид, легкие бетоны и др.) или естественных (древесно-волокнистые плиты, войлок, пробка, минеральная вата и др.) материалов, используют последующее оштукатуривание утеплителя по синтетической сетке.

Панели крепят на специальных анкерах или на клею непосредственно к стене или же на небольшом относе с воздушной прослойкой. Иногда облицовочные теплоизоляционные панели имеют наружную поверхность, не требующую дополнительной отделки. При мягком рулонном утеплителе или плитах, не имеющих высококачественного наружного слоя, применяют декоративные облицовочные плиты из металла, пластмасс, цемента и др.

При динамической теплоизоляции наружных стен свежий воздух, перед тем как попасть в здание, проходит через сквозные вертикальные плоскости в стене и нагревается от теплоты, проникающей в стену от пассивных систем солнечного отопления и изнутри здания от систем отопления. Нагретый воздух идет в здание, а после использования проходит через полости в наружных стенах, отдавая им теплоту. Для утилизации теплоты наружных стен можно пропускать через каналы в них воздух и отбирать затем его теплоту тепловым насосом. Далее эта теплота может использоваться для отопления или поступать в тепловой аккумулятор. Охлажденный после насоса воздух должен направляться в верхнюю часть помещения.

Утилизируется также энергия тепловых сточных вод.

Как показывают расчеты и опытная эксплуатация, при утилизации всей энергии не требуется дополнительная энергия в течение всего года для отопления правильно спроектированного энергосберегающего дома. Иногда бывают эффективны нетрадиционные энергосберегающие решения. Так, установка светоотражающих козырьков может дать возможность не использовать или использовать не на полную мощность две трети осветительных приборов в помещении. Энергосберегающее здание должно иметь не только хорошую изоляцию, а и герметичные наружные ограждения. Герметичность здания - необходимый элемент для ограничения потерь ценного тепла, а также для создания условий, в которых обмен вентиляционного воздуха будет отрегулирован. Свежий воздух должен попадать в помещения путем соответствующих приборов (воздухозаборников или приточных решеток с регуляцией забора), в то время как неконтролируемый приток воздуха сквозь щели в окнах, дверях, стенах и т.д. должен быть сведен к минимуму. Выполнение герметичного здания требует использования соответствующих проектных решений во всех местах с риском возникновения неплотных соединений конструкций.

В наружных стенах особенно тщательно должны быть выполнены соединения с наружными окнами и дверями, а также с перекрытиями и крышей. Нежелательные трещины могут возникать в стенах, если раствор, соединяющий керамические или бетонные элементы, не будет плотно заполнять швы. Очень важно выполнить герметично все проходы сквозь наружные ограждения элементов электрических, телефонных или телевизионных систем.

Принимая решение о постройке энергосберегающего здания, зададимся вопросом, изменится ли сумма нашей оплаты за энергию и насколько, улучшим ли мы внутренний комфорт. Обеспечение энергоэкономности здания требует дополнительных издержек на строительство, так как в калькуляции дополнительных издержек на такое здание необходимо принимать во внимание разницу между стоимостью стандартных и энергосберегающих изделий. Например, стоимость увеличения толщины изоляции, разница в стоимости окон и дверей стандартных и энергосберегающих, разница в стоимости систем отопления и вентиляции и т.д. Увеличение размера инвестиций, в зависимости от выбранных решений, составляет в совокупности от нескольких до 12% стоимости стандартного объекта. Но, в результате осуществления инвестиций в односемейном доме можно достичь снижения расхода энергии до 16000 кВт-ч в год. Если воспользоваться кредитом на строительство дома, то данную величину экономии можно использовать на выплату дополнительной части кредита, сумма которого увеличилась на издержки по повышению энергетического стандарта.

Возможно, дополнительные расходы на строительство энергосберегающего дома и увеличивают сумму кредита, однако, ежемесячный кредитный взнос не увеличивается на сумму большую, чем та же ежемесячная величина экономии на стоимости эксплуатации. Совокупные издержки, как энергия и кредит, для энергосберегающего и стандартного здания приблизительно одинаковые, в то время как после оплаты кредита эксплуатационная стоимость энергосберегающего здания будет ниже. Итог такой: строительство энергосберегающего здания является выгодным инвестированием.

В Европе индустрия строительства энергоэффективных и пассивных зданий достаточно развита в ряде стран. Например, в Германии, Австрии, Дании и других. Так в Европе возведено уже несколько десятков тысяч таких домов. Они доступны обычным потребителям, так как разница в затратах между строительством энергоэффективного и обычного дома составляет 10-15%, а счета за энергию сокращаются в несколько раз. Таким образом, выбор в пользу энергоэффективного дома часто становится даже выгоден потребителю. Район VIII (Хельсинки, Финляндия) -- новый взгляд на энергосбережение и экологию. Район VIIKKI представляет собой экологически чистую территорию сельского типа площадью 1132 га, которая частично использовалась для научных экспериментальных целей Технологическим Университетом Хельсинки.

Строительство демонстрационного энергоэффективного района EKOVIIKKI осуществлялось в соответствии с программой Европейского сообщества Thermiе, которая включает в себя 9 различных европейских экспериментальных проектов. Руководство финским проектом было возложено на Технологический университет г. Хельсинки. К новому экспериментальному жилому району VIIKKI применили новый подход: речь идет не только об экономии энергии, но и об экологическом и социальном аспектах, о долговременности строительства, его влиянии на окружающую среду, то есть о так называемом жизнеподдерживающем строительстве.

Целью строительства демонстрационного жилого района VIIKKI являлось выявление эффективности энергосберегающих технологий в реальных условиях во взаимосвязи с экологическими и социальными аспектами.

Энергоснабжение района обеспечивается комбинацией районного тепло- и электроснабжения Хельсинки и солнечного теплоснабжения. Система теплоснабжения жилого района VIIKKI включает в себя крупнейшую в Финляндии установку по использованию солнечной энергии. При разработке этого проекта были использованы новейшие концепции использования солнечной энергии и интеграции солнечных систем в здание. Система солнечного теплоснабжения состоит из восьми установленных на зданиях солнечных коллекторов общей площадью 1248 м2. Эти солнечные нагревательные системы обеспечивают централизованное теплоснабжение и в некоторых случаях производят также обогрев помещений при помощи систем подогрева пола. В жилом районе VIIKKI демонстрируются новые солнечные комбинированные системы, интеграция коллектора с крышей, системы пассивного использования солнечной радиации, параллельное использование систем солнечного обогрева и систем централизованного теплоснабжения, в солнечных коллекторах используются модули большой площади (с размером блока коллектора 10 м2). Солнечные коллекторы встроены в конструкцию крыши жилого дома. Эти коллекторы установлены под углом 47°-60°. Такие углы оптимальны, так как они соответствуют наклону солнца осенью, зимой и весной, когда имеется наибольшая потребность в энергии.

При проектировании систем отопления и вентиляции жилых домов были применены следующие технические решения, повышающие их энергетическую эффективность:

-- использование тепла обратной воды системы теплоснабжения для напольного отопления;

-- утилизация тепла удаляемого воздуха;

-- индивидуальная механическая вентиляция с рекуперацией тепла раздельно для каждого жилого помещения;

-- повышение эффективности систем естественной вентиляции за счет специальной конструкции дефлекторов;

-- вентиляция помещений при помощи предварительного подогрева наружного воздуха, подаваемого через окна или остекленные балконы;

-- использование низкотемпературных отопительных систем;

-- использование солнечных коллекторов, подключенных к магистралям горячей воды;

-- использование счетчиков тепла и индивидуальный контроль температуры в каждой квартире.

В соответствии с повышенными требованиями к теплозащите ограждающие конструкции были выполнены из энергосберегающих материалов с эффективной теплоизоляцией.

Наружные стены выполнены из изготовленных в заводских условиях деревянных элементов, слоистая фасадная облицовка -- с использованием бумаги, изготовленной из бумажных отходов. Конструкция пола представляет собой комбинацию системы напольного отопления с сохраняющим тепло бетонным основанием. В России, несмотря на огромные расходы энергии на теплоснабжение (на это тратится около 30-40% всех энергоресурсов), энергоэффективные здания имеются только в качестве демонстрационных проектов.

Строительные компании предлагают потребителям в качестве энергоэффективных более качественные и утепленные здания, у которых на расходы энергии и воды могут быть 10-30% ниже по сравнению со стандартными домами. Строительство действительно пассивного дома обойдется значительно дороже (по оценкам экспертов из-за неразвитости строительной индустрии и индивидуальности заказа затраты будут в 2 или более раз выше), что при относительно низких ценах на энергию не окупится. Таким образом, энергоэффективные здания, главной особенностью которых является малое энергопотребление и почти полная энергонезависимость, постепенно завоевывают мировой рынок строительных услуг. Не смотря на то, что цены таких зданий имеют более высокую рыночную стоимость, они пользуются большим успехом в настоящее время в силу низкой стоимости эксплуатации здания.



2. ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ ЗДАНИЯ НА ОБЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕПЛОПОТЕРЬ

Основные потери тепла в зданиях происходят через:

стены, имеющие низкое термическое сопротивление;

крыши (обычно с мягкими плоскими кровлями и низким термическим сопротивлением);

окна и балконные двери, которые в силу физического износа имеют неплотности, способствующие фильтрации воздуха, да и сама конструкция окон не соответствует современным требованиям;

фундаменты, в которых отсутствует теплоизоляция;

входные двери, требующие их повсеместной замены;

внешние выступающие конструкции - балконы, козырьки и т.п., способствующие передаче тепла в окружающую среду.

Мировой опыт свидетельствует о возможности повышения теплозащиты зданий путем утепления внешних ограждающих конструкций с использованием современных теплоэффективных материалов и прогрессивных технологий. С этой целью в Украине в 1996 году были введены новые повышенные нормативы сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций, как для нового строительства, так и для реконструкции зданий. Наибольший резерв в снижении теплопотерь в зданиях связан, прежде всего, с повышением термического сопротивления внешних стен зданий. В соответствии с новыми нормативами, сопротивление теплопередаче внешних стен зданий находится в пределах 1,7-2,2 м2-°С/Вт, что в 1,5-2 раза выше термического сопротивления внешних стен существующих зданий. Принципиальных технических решений может быть два: или увеличивать соответственно толщину стен в 1,5-2,0 раза из традиционно применяемых материалов (кирпич, легкобетонные панели) или утеплять здание с применением современных утеплительных систем, не увеличивая, а в некоторых случаях - снижая толщину стен. Второе решение, как показывает практика, является более экономически выгодным.

Утепление зданий с помощью утеплительных систем имеют преимущества в двух аспектах:

экономический аспект - снижение энергозатрат на отопление помещений примерно на 30%;

социальный аспект - повышение теплового комфорта помещений.

При увеличении термического сопротивления стен после утепления улучшается комфорт внутри обогреваемых помещений без повышения температуры воздуха, так как при этом повышается радиационная температура (под радиационной температурой понимают средневзвешенную температуру всех поверхностей помещения). И, напротив, в зданиях с низким уровнем теплоизоляции наружных стен и окон радиационная температура понижена. Поэтому, для сохранения тепловой комфортности приходится излишне повышать температуру воздуха в помещении, что приводит к повышенному потреблению тепловой энергии. При повышении радиационной температуры помещения на один градус, в результате утепления внешних стен, можно достичь того же уровня теплового комфорта, что при увеличении температуры воздуха в помещениях примерно на два градуса. Существуют следующие способы теплоизоляции стен. Немаловажное значение имеет правильный выбор способа теплоизоляции стен - внутри помещений или снаружи зданий. Для достижения максимального эффекта при утеплении зданий необходимо провести оценку возможной изоляции стен и других элементов зданий (крыши, подвала, окон и дверей и т. д.).

Способ теплоизоляции стен внутри помещений преимущественно используется для старых домов, где фасад должен быть сохранен в первоначальном виде или для домов, используемых непостоянно. Преимуществами такого способа являются относительно низкие затраты, так как на производство работ внутри помещения не требуются строительные леса. К недостаткам следует отнести низкую тепловую инерцию стен.

При способе внутренней теплоизоляции теплопотери наружной части стены в 6 раз выше, чем при наружном способе изоляции. Кроме того, ухудшаются условия эксплуатации несущих стен, в которых могут возникнуть трещины и деформации. В конструкциях стен будет образовываться "точка росы", что может привести к значительным повреждениям, связанным с конденсацией влаги. Необходимо также переносить радиаторы и трубы, заменять электропроводку. Перечень недостатков при проведении работ изнутри помещений показывает, что этот способ не следует использовать, если имеются другие возможности, и, прежде всего, возможность внешней теплоизоляции стен.

Внешняя теплоизоляция стен является лучшим вариантом теплоизоляции здания в целом по сравнению с внутренней теплоизоляцией.

Устройство дополнительной теплоизоляции снаружи здания имеет следующие достоинства:

* защищает стену от переменного замерзания и спаивания и других атмосферных воздействий;

* выравнивает температурные колебания основного массива стены, благодаря чему исключается появление в нем трещин вследствие неравномерных температурных деформаций, что особенно актуально для наружных стен из крупных панелей;

* сдвигает "точку росы" во внешний теплоизоляционный слой, благодаря чему исключается переувлажнение внутренней части стены;

* создается благоприятный режим работы стены по условиям ее паропроницаемости, исключающей необходимость устройства специальной пароизоляции, в том числе и на оконных откосах, что требуется в случае внутренней теплоизоляции;

* формируется более благоприятный климат помещения; * возникает возможность улучшить оформление фасадов реконструируемых или ремонтируемых зданий;

* не уменьшается площадь помещений; Недостаток этого способа состоит в необходимости устройства лесов снаружи здания.

В целом же, внешняя теплоизоляция оказывается значительно эффективней внутренней, в связи с чем ниже приведен анализ существующих систем наружного утепления зданий.

Применяемые в настоящее время системы наружного утепления стен зданий можно классифицировать следующим образом:

* системы утепления с оштукатуриванием фасадов;

* системы утепления с защитно-декоративным экраном;

* системы утепления с облицовкой кирпичом или другими мелкоштучными материалами.

Система утепления с оштукатуриванием фасадов. Системы утепления с оштукатуриванием фасадов предусматривают клеевое или механическое закрепление утеплителя с помощью анкеров, дюбелей и каркасов к существующей стене с последующим покрытием его штукатурными слоями. В зависимости от толщины фасадных штукатурных слоев применяют две разновидности устройства системы: с жестким» и гибкими (подвижными или шарнирными крепежными элементами (кронштейнами анкерами). Первую используют при малых толщинах штукатурных слоев 8-12 мм. В этом случае температурно-влажностные деформации тонких слоев штукатурки не вызывают ее растрескивания, нагрузка oт веса может восприниматься жесткими крепежными элементами, работающими на поперечный изгиб и растяжение от действия ветровых потоков на здание.

"Вентилируемый фасад" - системы утепления с защитным экраном. Системы утепления с защитно-декоративным экраном выполняют с воздушным вентилируемым зазором между утеплителем и экраном. По этой причине, рядом фирм такая система утепления называется "вентилируемый фасад". Для изготовления экранов применяют металл (сталь или алюминий), асбестоцемент, керамическую плитку, стеклофибробетон, пластмассы и другие материалы. В качестве экранов используются также крупноразмерные панели, состоящие из внешней декоративной алюминиевой оболочки, заполненной пенополиуретаном. Выбор того или иного типа облицовки, утеплителя и конструкции крепления определяются целым комплексом как объективных (природно-климатические условия, тип стен утепляемых зданий, физико-механические характеристики стен, элементы облицовки креплений и утеплителя), так и субъективных (эстетические качества экранов и сопряжений) факторов. В этих системах за счет вентиляции обеспечивается снижение влажности утеплителя и существующей стены, что способствует повышению общего термического сопротивления стены и улучшению температурно-влажностного режима помещения, а также повышению воздухообмена через наружную стену. Защитный экран не только предохраняет утеплитель от механических повреждений, атмосферных осадков, а также ветровой и радиационной эрозии, но и позволяет придать фасадам разнообразную выразительность за счет использования различных типов конструкций, форм, фактур и цветов отделки облицовочных элементов. При этом появляется возможность легко ремонтировать и обновлять "одежду" фасадов.

Использование экранов из различного рода листовых, плитных и линейных элементов позволяет круглогодично выполнять работы по утеплению фасадов и индустриализировать их проведение, что представляется весьма важным, учитывая огромное количество зданий, подлежащих утеплению.

При этом обеспечивается повышение качества и долговечности наружной отделки зданий. В качестве утеплителя целесообразно использовать огнестойкие минераловатные полужесткие плиты, характеристики и толщины которых определяются расчетом в зависимости от характеристик существующих стен и местных климатических условий. При использовании в качестве утеплителя в таких системах легко выветриваемых материалов (например, минераловатных плит малой плотности) их со стороны воздушного зазора необходимо защищать слоями материалов, хорошо сопротивляющихся воздействию ветра.

Для крепления утеплителя и экранов к существующей стене могут использоваться специальные металлические крепежные элементы или деревянные каркасы. Все металлические крепления (в т.ч. анкера, шурупы и гвозди) должны выполняться из коррозионно-стойкой стали, а все деревянные элементы каркаса должны быть антисептированы и антипирированы. Для крепления деревянного каркаса целесообразно использовать металлические уголки. Сечения и глубина заделки анкеров (дюбелей) должны определяться расчетом на восприятие ими усилий от веса закрепляемых на них конструкций и отсоса ветра, величина которого определяется местным ветровым районом и расположением элемента по высоте и в плане здания. Утепление стен с облицовкой кирпичом является одним из самых распространенных способов утепления в частном жилищном строительстве. Системы утепления с облицовкой кирпичом или другими мелкоштучными материалами обладают достаточной паропроницаемостью и не требуют обязательного устройства вентилируемого воздушного зазора. В то же время из-за различных механических и температурно-влажностных деформаций основной стены и облицовочного кирпичного слоя высота последнего ограничивается 2-3 этажами. Между существующей стеной и кирпичной облицовкой укладывается теплоизоляционный материал в виде полужестких минераловатных плит, плит из пенополистирола или теплоизоляционных плит из газобетона плотностью д=200-300 кгум2 и коэффициентом теплопроводности 1=0,08-0,09 Вт/м2-°С. Устойчивость кладки от действия отсоса воздуха обеспечивается гибкими анкерами, располагаемыми через 7 рядов по высоте и прикрепляемыми к существующей стене анкерами. На уровне каждого горизонтального ряда анкеров в кирпичную кладку устанавливается арматурная сетка, обеспечивающая сцепление анкеров с кладкой. Сетка состоит из двух продольных стержней Ж4 мм с расстоянием между ними 60 мм и поперечных стержней ЖЗ с шагом 300 мм. Несущие элементы конструкций утепления изготавливаются из алюминиевых сплавов или коррозионностойкой стали. Вертикально устанавливаемые кронштейны из Z-образного профиля располагаются в простенках с шагом 50 см и прикрепляются к стенам с помощью крепежных анкеров.

Комбинированные системы утепления зданий всегда были популярны, поскольку смогли соединить в себе лучшие качества теплоизоляционных материалов за счет их совместного использования.

Для утепления зданий могут применяться и комбинированные системы. Например, первые этажи здания целесообразно утеплять с облицовкой кирпичом для предохранения от возможных механических повреждений, а последующие - другими системами с оштукатуриванием или с защитным экраном. Стоимость утепления наружных стен зданий зависит от принятого конструктивного варианта. Наиболее дешевые варианты с оштукатуриванием фасадов или облицовкой кирпичом (20-30 условных единиц на 1 кв.м площади). Дорогими являются утеплительные системы с применением защитно-декоративных экранов ("вентилируемый фасад"), где стоимость возрастает в 1,5-2 раза.

Расчеты показывают, что за счет экономии тепла увеличение единовременных затрат для вновь строящихся зданий окупается за 7-10 лет, а в существующих домах - в течение 12-15 лет.

3. ВАРИАНТЫ КОНСТРУКТИВНОГО РЕШЕНИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ ПОКРЫТИЯ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ТЕПЛОПОТЕРИ ЗДАНИЯ

От того, каким будет устройство теплоизоляции этой части дома, будет зависеть комфорт всего построения. Крыша может иметь внутреннюю или внешнюю теплоизоляцию. Внешнее утепление предполагает укладку материала в ходе монтажа кровли, внутреннее -- теплоизоляцию со внутренней стороны помещения. Последний вариант вполне может быть проведен после завершения строительства дома. Теплоизоляция, как правило, выполняется одним из двух видов. Первый предусматривает укладку материала на стропильную систему снаружи или изнутри; второй предполагает укладку утеплителя в пространство, образованное стропилами. Если желаете получить более надежный и прочный вариант, то следует производить укладку материала на стропильную систему, кроме того, такой способ позволяет быстрее согреть помещения, удерживая тепло в течение более длительного времени. Чаще всего мастера предпочитают внутреннюю теплоизоляцию, так как ее обустройство не только проще, но и менее затратное. Инструменты и материалы, необходимые для утепления кровли: гидроизоляционный материал; гвозди;

строительный степлер; рулонный или плиточный утеплитель; рейки; молоток; пароизолятор; клей или мастика.

При наличии кровли скатного типа прежде всего следует обустроить слой гидроизоляции. Этот слой укладывается между стропильной системой и крышей, его основной задачей выступает защита помещения от проникновения влаги.

Гидроизолятор необходимо уложить на стропильную систему, укрепив гвоздями или строительным степлером. После того как гидроизоляционный слой был уложен, следует приступать к теплоизоляционным работам кровли. Как правило, для этого используется какой-либо рулонный или плиточный утеплитель, выполненный из минерального материала, например, ваты. Утепления крыши пенопластом следует производить по направлению снизу вверх, то есть от пола нужно продвигаться в сторону конька. Утеплитель должен обладать шириной, равной пространству, образованному соседними стропилами.

Утеплитель укрепляется с помощью строительного степлера или реек. Материал должен иметь толщину не меньше 10 см.

Следующий слой станет пароизоляционным, его следует крепить к стропилам.

Материал укрепляется аналогично предыдущим слоям. Кровля мансарды будет иметь несколько другое устройство теплоизоляции, в этом случае очередность слоев окажется другой. Так, в качестве первого слоя будет выступать обшивка потолка, для этого используется доска или фанера. Поверх обшивки должна быть уложена пароизоляция, для этого отлично подойдет изоспан. Теперь можно уложить слой утеплителя, превосходно с задачей справится минеральная вата, а уже поверх нее укладывается мембрана, которая выступит в качестве пароизоляции. При наличии плоской кровли следует взять в основу работы последовательность утепления. Перед началом внешней теплоизоляции следует тщательно избавить поверхность от мусора и грязи. Далее основание, будь оно из бетона или дерева, следует укрыть теплоизоляционными плитами, приклеив их. Под них дополнительно можно постелить пароизоляцию. В качестве материала для крепления можно использовать клей или мастику. Рекомендуется укладывать пару слоев теплоизоляционного материала с перекрытием швов, располагая листы в шахматном порядке.

Далее необходимо уложить гидроизоляционный слой, для этого используется стяжка, толщина которой может быть примерно равна 5 см. Сверху раскатывается гидроизоляционный рулонный материал. Перед началом укладки необходимо нагреть его нижнюю сторону, это значительно облегчит крепление листа к основанию. Нахлест соседних листов для герметичности должен быть равен примерно 15 сантиметрам. Поверхность в итоге накрывается слоем рулонной гидроизоляции. Способов и методов устройства теплоизоляции, которые позволяют произвести устройство теплоизоляции кровли, существует великое множество, среди них -- рулонный, засыпной, выдувной, набивной, листовой. В качестве материала для рулонной изоляции может выступать каменное, минеральное или стеклянное волокно. Подобное утепление устойчиво к возгораниям, влаге и разрушениям биологического типа, среди которых плесень и грибок. В ряде случаев чтобы создать эффект пароизоляции, в качестве основы применяют фольгу. Рулонное устройство теплоизоляции кровли предполагает использование рулонов с подложкой, которая выступает по бокам. Из теплоизоляционных рулонных материалов следует особенно выделить утеплитель на основе фольги, такой материал обладает подложкой и наполнителем на основе полимера. Мастера предпочитают этот материал за то, что он способен обеспечить достаточно высокий уровень теплоизоляции, что обусловлено малой плотностью, варьирующейся в пределах от 15 до 20 кг/і.

Засыпное устройство теплоизоляции кровли применяется при разности положений стропильных балок. В качестве материала для засыпки используется волокнистый или гранулированный вермикулит, пеностекло и перлитовый песок.

Нагревание способствует увеличению объемов вермикулита в 8 раз. Засыпка считается идеальным способом, применяемым в процессе теплоизоляции нестандартных крыш. Засыпной способ все же имеет некоторые ограничения в применении: его не используют в чердаках, которые подвержены продуванию, дабы избежать выветривания материала.

Набивное устройство утепления кровли предполагает использование металлической сетки, которая должна иметь ячейки 15Ч15 мм. Ее следует натянуть и закрепить шпильками, которые располагают в шахматном порядке. После нужно произвести послойную засыпку материала.

Выдувное устройство утепления кровли предполагает использование массы на основе волокнистого полимера. Этот способ не только эффективен, но и необычен в процессе, так как материал будет необходимо подавать методом выдувания через эластичный трубопровод. Если вы желаете произвести утепление чердачного помещения под крышей, которая имеет сложную форму, тогда данный способ не подойдет. Выдувное устройство утепления кровли -- это использование материала, образованного на основе экологичных волокон целлюлозы.