Пути оптимизации теплопотерь в доме

Если руководствоваться вторым законом термодинамики – законом снижения качества энергии, – то использование высококачественной энергии в любом виде для поддержания температуры в доме на уровне 20 ^оС является чрезвычайно расточительным мероприятием (см. гл. 4). В этой ситуации логика подсказывает, что наиболее выгодным вариантом отопления, тем более в регионах с холодным климатом, будет строительство домов, обеспечивающих минимальные теплопотери – 2–5 %. При этом варианте отопления здания коэффициент полезного действия «отопительной системы» составит 96 %.

При таком КПД становится возможным обогревать такой дом за счет солнечной радиации, тепловыделений находящихся там людей и оборудования, которое используется для приготовления пищи и т.д.

В старину на Руси дома строили с учетом необходимости сохранения тепла. Толщина кирпичных стен была равной одному метру. Размеры оконных и дверных проемов, их конструкция, качество «притвора» – все это обеспечивало минимальные потери тепла.

Сейчас можно использовать такие материалы, как минеральная вата, которые сохраняют тепло в 12–15 раз лучше, чем кирпич, есть возможности массового изготовления трех- и четырехслойных оконных блоков с высокой точностью изготовления.

Практика показывает, что реально, без значительного увеличения затрат, можно сделать дом (коттедж), который можно начинать обогревать при температуре на улице примерно в –10 ^оС. Для существующего жилого фонда это надо делать при температуре +10 ^оС. Чем каркас дома будет массивнее, чем тщательнее он изолирован, тем выше будет его аккумулирующий эффект, и такой дом будет остывать медленно, что дополнительно улучшает его теплотехнические характеристики.

Для того чтобы экономить энергию, необходима оптимизация проектов домов по температурам и по используемым в них системам жизнеобеспечения. Надо, чтобы производились в необходимых объемах теплоизоляционные негорючие материалы с коэффициентом теплопроводности, таким как у воздуха, и ниже.

Приведем здесь некоторые из реализованных решений, которые можно считать удачными.

Ограждающие конструкции

Из традиционного строительного материала наиболее эффективным считается мелкопористый кирпич с закрытыми порами, который в настоящее время производят по энергоэффективной технологии – вибропрессованием. В Германии многие здания возводят из пористой глины.

Для ограждающих конструкций (стен) предлагается строительный теплоизоляционно-конструкционный бетон и различные тепло- и звукоизоляционные прокладочные и уплотнительные материалы. При этом предлагаются самые различные варианты бетонов по форме выпуска – блоки, панели, и по основе – с использованием различных заполнителей типа керамзита и др.

Для малоэтажного строительства выгодно использование ячеистых бетонных блоков.

Из прокладочных материалов целесообразно применение огнеупорных волокнистых материалов, предлагаемых в виде лент, матов, рулонов различного формата и размерах.

Не менее внимательно следует подойти и к выбору окон. В западных странах практически полностью перешли от обычного остекления зданий к стеклопакетам. Например, потребителю, установившему у себя окна со стеклопакетами, предоставлялась скидка в размере 30 % при оплате за отопление. При этом желательно выбирать стеклопакеты с «тепловым зеркалом», то есть с нанесенным на стекла низкоэмиссионным теплоотражающим покрытием.

В паспорте такого стеклопакета должны указываться значения коэффициента сопротивления теплопередаче (м²∙^оС/Вт). В настоящее время в большинстве случаев используются стеклопакеты с коэффициентом сопротивления теплопередаче от 1 до 2 м²∙^оС/Вт. В нашей практике нередко пока рекомендуются стеклопакеты с коэффициентом сопротивления теплопередаче от 0,65 до 1,0, в зависимости от градусо-суток отопительного периода для конкретной местности. Вызвано это, в частности, тем, что при установке стеклопакетов с коэффициентом более чем 1,0 обычно рекомендуется кондиционирование воздуха в помещении.

Некоторые другие меры, способствующие уменьшению потерь тепла через окна и витражи, которые можно учесть при новом строительстве:

· уменьшение степени остекления до 15–20 %;

· увеличение числа стекол в оконных проемах до трех или четырех; использование штор, подрамных и наружных жалюзи, козырьков и т.д.;

· вентиляция окон и установка различных регулируемых солнцезащитных устройств.

Выбор формы здания. Наименьшие потери тепла в холодный и теплопоступления в теплый период года (при прочих условиях) соответствуют зданиям круглым, квадратным в плане, кубической или сферической формы. Такие здания при одной и той же площади имеют меньшую поверхность наружных стен, чем здания прямоугольные и в форме параллелепипеда. Например, прямоугольному в плане зданию, стороны которого относятся друг к другу как 1:16, соответствуют равные по площади квадратные и круглые здания, периметры которых меньше на 53 и 60 %. Отсюда большие теплопотери в домах с количеством углов более четырех.

Ориентирование зданий относительно сторон света. В теплый период года поступление тепла от солнечной радиации через окна может составлять 30–50 % от общих теплопоступлений. Это, в свою очередь, вызывает необходимость тратить энергию на кондиционирование воздуха или холодильную установку.

А ведь этого в большинстве случаев можно исбежать за счет рациональной ориентации зданий. Так, при широтном расположении зданий суточное поступление тепла летом наименьшее, зимой – наибольшее. Технико-экономические расчеты показывают, что в южных районах целесообразно преимущественно широтное, а в районах с продолжительностью отопительного периода 200 дней и более – меридианное и близкое к нему расположение зданий. В этом случае уменьшаются расходы холода в теплый период года и расходы тепла в холодный период.

Большего эффекта можно добиться, если учитывать влияние на здание направления господствующего ветра, а также за счет расположения каждого здания, входящего в комплекс, за счет учета рельефа местности и размещения входов и выходов на заветренной стороне.

Солнце в доме. Солнце в жилище – одно из условий здоровья его обитателей. В дополнение к этому появляется возможность использования в своей повседневной жизни природного возобновляемого источника энергии.

Дом надо располагать так, чтобы в него попадало как можно больше солнца, независимо от направления улицы. Помещения, где люди находятся продолжительное время, в частности, гостиные и детские комнаты, располагают в освещенной солнцем части дома. Северную сторону используют для размещения подсобных помещений: ванных комнат, коридоров, лестничных клеток.

Окна, расположенные высоко, ближе к потолку, обеспечивают освещение большей части комнаты, а низко расположенные окна освещают меньший участок помещения.

В ряде стран (Германия, Канада) накоплен более чем десятилетний опыт строительства и эксплуатации энергосберегающих домов. Приведем здесь некоторые дополнительные данные, полученные по результатам их эксплуатации.

Благодаря хорошей теплоизоляции расход энергии на отопление по сравнению с домами, выполненными в соответствии с требованиями последних стандартов, снижается примерно на 30 %. В этих условиях солнечное излучение становится реальной статьей сокращения отопительных расходов. Поэтому такой дом следует при строительстве ориентировать на юг. Отклонение от строго южной ориентации на 20 % на восток или запад уменьшает количество полученного домом тепла примерно на 5 %. Если окна расположены не строго вертикально, а наклонно, то при наклоне в 15 % количество сэкономленной тепловой энергии снижается примерно на 2 %.

Выявлено, что использование простого оконного стекла крайне неэффективно энергетически – при таких окнах расход топлива на отопление не ниже 60 кг у.т./м²∙год. Использование оконных конструкций при их тройном остеклении из стекол с теплозащитой сокращает этот удельный показатель расхода топлива сразу втрое. В качестве средств защиты окон от воздействия мороза применяют жалюзи и ставни с теплоизоляцией.

Режим вентиляции. Естественно, в таких домах, сильно насыщенных теплоизоляционными материалами, создаются условия для накопления избытков тепла, что создает известный дискомфорт. Известно, что при нормальном режиме циркуляции замена воздуха в жилых помещениях должна происходить каждые два часа. В зависимости от времени года, погодных условий предусматриваются различные варианты замены воздуха с целью обеспечения при этом минимальных теплопотерь:

· открывать все форточки или окна на 10 мин., такой вариант проветривания называется залповым;

· использование принудительной вентиляции и кондиционеров. Но при этом часть тепла выходящего из помещения воздуха следует использовать через теплообменники с возвратом в помещение в качестве тепла или холода, в зависимости от времени года;

· то же самое, но с использованием различных программируемых и управляющих систем вентиляции и отопления, которые устанавливают тепловой и воздушный режим в помещении в соответствии с требованиями технических норм.

Исследования показали, что в любом доме, тем более энергосберегающем, использование окон для проветривания в отопительный период длительное время приводит к ненужной потере тепла, что делает идею энергосбережения бессмысленной. Любой дом также по своей конструкции должен быть максимально герметичным, чтобы исключить «самопроветривание» при работающих системах отопления.

Об используемой металлопродукции, ее заменителях. В масштабах одного дома, конечно же, не имеет заметного значения, какой материал мы выбираем. Но, учитывая то, что сейчас идет активное строительство, выбор материалов может существенно повлиять на энергетические затраты при их изготовлении в зависимости от спроса.

Долговечность металлических изделий существенно зависит от однородности стали, что, в первую очередь, определяется способом ее разливки. Так производство стали, полученной при использовании непрерывной разливки, менее энергоемко, и сама она на 15 % долговечнее, чем металл обычной разливки через изложницы. Во всех ответственных узлах целесообразно применение низколегированной стали вместо обычной углеродистой. Вес этих узлов сокращается на 15–20 %, а срок службы увеличивается в 1,5–2 раза.

Необходимо предусматривать в проектах применение прогрессивных видов металлопродукции – гнутые профили, фасонные профили высокой точности, прокатно-сварные профили, угловая сталь с переменной толщиной полки и т.д. При их изготовлении энергозатраты снижаются на 20–40 %, значительно ниже становится металлоемкость соответствующих изделий и конструкций. Кроме того, удачное применение этих видов металлопродукции улучшает интерьер дома.

Целесообразно также применение металлокерамики, биметаллов, легких сплавов цветных металлов, пластмасс, а также различных композиционных материалов, например, стеклопластиков, в которых синтетические смолы армируются стеклянными волокнами или другими материалами. Применение стеклопластиков вместо металла снижает вес изделий в 2,5–3 раза, они обычно дешевле и не уступают по прочности. Пластмассы обладают высокими термо-, звуко- и электроизоляционными свойствами.

Сопоставим потребление энергии при постройке и эксплуатации зданий, %:

· эксплуатация зданий – 90;

· производство стройматериалов – 8;

· перевозка и строительство – 2.

Расчетные оценки показывают, что если увеличить затраты энергии на строительство домов в 2–2,5 раза для снижения тепловых потерь при эксплуатации, последует снижение расхода энергии при эксплуатации зданий примерно на 35–40 %. Должно произойти общее снижение затрат энергии, что несомненно выгодно собственнику. Поэтому на стадии проектирования любого объекта следует проводить энергетический анализ всех этапов создания объекта: производства (выбора) стройматериалов и изделий; строительства; эксплуатации сооружений в российских условиях.

Переход к созданию и строительству домов с максимально возможными энергосберегающими характеристиками требует пересмотра не только традиционных конструкций крупнопанельных и кирпичных домов, но и сложившихся архитектурно-строительных систем и решений. На наш взгляд, наиболее важные из них:

· отказ от типовых проектов и переход на индивидуальное строительство, адресное проектирование объектов, но из унифицированных и сертифицированных изделий и материалов, выпускаемых отечественной и зарубежной стройиндустрией;

· переход на развитие малоэтажного строительства, в том числе, и с использованием легкобетонных мелкоштучных блоков, легких металлических и деревянных блочных конструкций.

Приведенные данные не дают полного и исчерпывающего представления об энергосберегающем доме. Главное, как было сказано в журнале «Das Haus» («Дом») – это «правильно строить и разумно жить».

Дата добавления: 2015-06-27