Эффективное энергоиспользование в городах и населенных пунктах при одновременно надежном их энергообеспечении закладывается в первую очередь на этапах планирования, проектирования и строительства. Энергосберегающие решения получают приоритет при планировке жилого сектора, садово-парковой зоны города, его промышленных объектов, городских инженерных инфраструктур, транспортных коммуникаций. Стройиндустрия республики потребляет около 15% всех энергоресурсов. Не менее 30% расходуемого топлива идет на отопление зданий и сооружений, теплотехнические качества которых определяются строительной отраслью. Взаимное размещение зданий, их ориентация по странам света, типы зданий, виды транспорта и транспортные развязки, структура и конструкции систем обеспечения топливом, тепловой и электрической энергией, водоснабжения, канализации, утилизации городских отходов, дальнейшие перспективы развития города, его социально-экономическая роль – все это в совокупности влияет на объем и эффективность потребления энергоресурсов, а также на воздействие энергоиспользования города на окружающую среду.Отсюда вытекают основные задачи энергосбережения в градостроительстве: •снижение энергоемкости строительной продукции: материалов и конструкций – за счет более эффективных технологий их изготовления; •разработка и внедрение архитектурно-градостроительных и конструктивно- технологических решений при проектировании, строительстве, реконструкции жилых домов, общественных зданий и объектов производственного назначения, обеспечивающих сниже- ние энергопотребления, в том числе новых типов энергоэффективных зданий массового строительства; •снижение энергоемкости, повышение качества строительно-монтажных и ремонтных работ за счет совершенствования их технологии; •комплекс мер по тепловой модернизации (термореабилитации, санации) существую- щего жилого фонда, зданий и сооружений с целью повышения теплозащитных свойств ог- раждающих конструкций зданий и совершенствования систем их теплоснабжения; •внедрение энергоэффективных инженерного оборудования и систем жизнеобеспече- ния (отопления, вентиляции, освещения и т. д.), современных приборов контроля и учета ТЭР. Общие вопросы. Согласно современной концепции, с точки зрения энергопотребления, проектирование, строительство и использование здания рассматриваются как единая технологическая цепь, имеющая своей целью минимизировать энергоматериальные, трудовые затраты и воздействие на окружающую среду. Из общего объема тепловой энергии, по- требляемой при строительстве и эксплуатации зданий сегодня, только 10% расходуется на производство строительных материалов и изделий, а также на сам процесс строительства, а 90% идет на отопление и горячее водоснабжение, что в 2 раза больше, чем в западноевропейских странах. Типовая структура расхода тепловой энергии зданием, а также потенциал энергосбережения следующие: наружные стены – 30% (потенциал 50%); окна – 35% (потенциал 50%); вентиляция – 15% (потенциал 50%); горячая вода – 10% (потенциал 30%); крыша, пол – 8% (потенциал 50%); трубопровод, арматура – 2% (потенциал 5%). В Беларуси с 1994 г. были введены новые нормативы на термические сопротивления строительных ограждающих конструкций (стен, крыш, перекрытий, окон, дверей и т.д.) зда- ний и сооружений. Исследования показывают, что существенную экономию - до 14%- тепловой энергии в здании можно получить при увеличении термосопротивлепия наружных стен в 2–2,5 раза. Дальнейшее его увеличение, а также увеличение термосопротивления оконных, дверных проемов для зданий с естественной вентиляцией, которая характерна для жилого фонда республики, экономически неоправданны: значительно возрастают энергоза- траты на вентиляцию, горячее водоснабжение, тепловые потери через окна, балконные две- ри, нарушаются санитарно-гигиенические нормы воздухообмена. Потребление тепловой 184 энергии зданием зависит от его геометрических размеров, этажности, площади остекления наружной поверхности, теплофизических характеристик и размеров строительных и инже- нерных конструкций. Сегодня в республике пересмотрены подходы к объемно- планировочным решениям возводимых зданий и сооружений с целью сокращения энергопо- терь во время эксплуатации. Новые жилые здания с повышенным термосопротивлением на- ружных стен и проемов должны оборудоваться сбалансированной вентиляцией, установ- ками утилизации тепла отработанною воздуха и горячей воды, контрольно-регулировочной аппаратурой потребления тепла и воды. Следует отметить, что во время действия низких норм по термическому сопротивлению стен осуществлялось строительство панельных зданий массовых серий, а многие из них бы- ли построены с отступлением от строительных норм. Низкое качество строительно- монтажных работ привело к тому, что жилищно-эксплуатационные службы из года в год тратят огромные средства на производство постоянных ремонтно-строительных работ глав- ным образом на межпанельных стыках и в местах сопряжения окон с наружной стеной. Кро- ме того, это обусловливает и значительные потери тепла. Поэтому в настоящее время все в большей мере практикуется осуществление теплови- зионного (с использованием инфракрасной съемки) контроля качества строительно- монтажных работ, что позволяет предотвратить некачественное выполнение работ в местах, в которых возможна наибольшая утечка тепла. В белорусских городах осуществляются работы по реконструкции модернизации, капи- тальному ремонту и термической реабилитации, т.е. санации ранее выстроенных зданий жи- лого и нежилого фонда. Санация в части термореабилитации означает повышение теплоза- щиты зданий путем теплоизоляции стен минеральной ватой и пенопластом, утепление крыш, полов, замену оконных блоков, остекление балконов, модернизацию систем вентиляции, ре- конструкцию и автоматизацию теплоузлов, установку индивидуальных регуляторов тепла в квартирах и в комнатах, экономичных осветительных приборов, счетчиков тепла и воды. Об- следование состояния зданий и сооружений с последующей энергетической паспортизацией позволяет выявить потенциал энергосбережения. Энергетическая паспортизация жилых и общественных зданий представляет собой мероприятие по установлению фактических показателей энергопотребления жилых и обще- ственных зданий, а также по созданию соответствующего банка данных;. Цель энергетиче- ской паспортизации зданий - проверка фактического состояния энерго- и теплопотребления в жилищном секторе, выделение зданий, требующих первоочередных мероприятий по повы- шению теплозащитных свойств, а также поиск оптимальных путей снижения расхода тепло- потребления. В жилом фонде потенциал энергосбережения составляет 30-76%, т.е. нынешнее годовое потребление энергии может быть сокращено наполовину. В нежилом фонде (администра- тивные, общественные, культурного назначения здания, школы, больницы и т.д.) может быть сэкономлено около половины годового объема потребления энергии. Разработаны и приме- няются технологии термореабилитации зданий и путем наружного утепления их фасадов. Первый опыт санации жилого и фонда показал, что возводящиеся и санируемые здания не- обходимо оборудовать системами принудительной управляемой вентиляции. При применяе- мой до сегодняшнего дня естественной вентиляции в результате утепления ограждающих наружных конструкций происходит перераспределение теплопотерь: резко возрастают поте- ри тепла на нагрев поступающего в помещение воздуха и, кроме того, относительная влаж- ность воздуха оказывается выше нормативной. Таким образом, сокращение теплопотерь на 20-30% и нормальный воздухообмен в помещениях можно получить только в результате со- вместного применения в здании теплоизоляции ограждающих конструкций и современных систем принудительной вентиляции. Тепловая изоляция зданий и сооружений. Проблеме получения теплых и, соответст- венно, энергосберегающих конструкций в последние годы в нашей стране уделяется все больше внимания. Они должны быть, во-первых, прочными, жесткими и воспринимать на- 185 грузки, то есть быть несущей конструкцией, а во-вторых, должны защищать внутреннее про- странство от дождя, жары, холода и других атмосферных воздействий, то есть обладать низ- кой теплопроводностью, быть водостойкими и морозоустойчивыми. В природе не существует материала, который удовлетворял бы двум этим требованиям. Для жестких конструкций идеальным материалом является металл, бетон или кирпич. Для утепления годится только эффективный утеплитель, например, каменная вата. Поэтому для того, что бы ограждающей конструкция была прочной и теплой, используют композицию или комбинацию как минимум двух материалов – конструкционного и теплоизоляционного. Композиционная ограждающая конструкция в свою очередь может быть представлена в виде нескольких отличных друг от друга систем и конструкций: 1 Жесткий каркас с заполнением межкаркасного пространства эффективным утеплите- лем. 2 Жесткая ограждающая конструкция (например, кирпичная или бетонная стена), утеп- ленная со стороны внутреннего помещения, или так называемое внутреннее утепление. 3 Две жесткие пластины и эффективный утеплитель между ними, например, «колодез- ная» кирпичная кладка, железобетонная панель «сэндвич» и т. д. 4 Тонкая ограждающая конструкция (стена) с утеплителем с внешней стороны, так на- зываемое внешнее утепление. Теплоизоляционные системы, применяемые для наружной теплоизоляции, подразделя- ются на системы: – с тонкими штукатурными и накрывочными слоями; – с толстыми штукатурками (до 30 мм); – «сухой теплоизоляции» (система утепления «на относе»); – монолитной теплоизоляции (утепление пенополиуретаном, покрытие «термошиль- дом»); – из ячеистого бетона с объемной массой ниже 400 кг/м3. Применение той или иной системы определяется конструктивными особенностями мо- дернизируемого здания и технико-экономическими расчетами, основанными на приведен- ных затратах, так как стоимость утепления 1 м2 наружной стены колеблется от 15 до 50 дол- ларов США без учета стоимости заполняемых оконных блоков, модернизации систем венти- ляции и отопления. Тем не менее, потенциал энергосбережения при эксплуатации сущест- вующего жилого фонда достаточно велик и составляет около 50 %. Каждая из этих конструкций имеет свои достоинства и недостатки, и выбор ее зависит от многих факторов, исходя из местных условий. Но из всех названных конструкций четвер- тый тип утепления здания с внешней стороны хотя и имеет недостатки, но и обладает сле- дующими достоинствами: 1.Надежная защита от неблагоприятных внешних воздействий суточных и сезонных температурных колебаний, которые ведут к неравномерным деформациям стен, что приво- дит к образованию трещин, раскрытию швов, отслоению штукатурки. 2.Невозможность образования какой-либо поверхностной флоры на поверхности стены из-за избытка влажности, образования льда в толще стены, который имеет место из-за кон- денсационной влаги, поступающей из внутренних помещений, и влаги, проникшей внутрь массива ограждающих конструкций из-за повреждения поверхностного защитного слоя. 3.Препятствование охлаждению массива ограждающей конструкции до температуры точки росы и, соответственно, выпадению конденсата на внутренних поверхностях. 4.Снижение уровня шума в изолируемых помещениях. 5.Отсутствие зависимости температуры воздуха во внутренних помещениях от ориен- тации здания, то есть от нагрева поверхностей солнцем и охлаждения этих же поверхностей ветром, и др. Для устранения теплопотерь в ранее построенных зданиях разработаны и осуществля- ются различные проекты теплотехнической реконструкции и утепления их. Одним из таких проектов является устройство термошубы, представляющей собой многослойную конст- 186 рукцию. Она состоит из следующих элементов: а) плит утеплителя, прикрепленных к подготовленной поверхности стен клеящим со- ставом «сармалеп» и дюбелями для укрепления утеплителя; б) защитного покрытия из клеящего состава «сармалеп», армированного одним или двумя слоями сетки в сочетании с защитными алюминиевыми профилями с перфорирован- ными стенками; в) отделочного покрытия: 1) из штукатурного состава «сармалит» белого цвета без окраски либо с последую- щей окраской микропористой фасадной краской на основе плиолитовой смолы «сафрамап»; 2) защитно-отделочной композиции «сафрамап», окрашенной в массе; 3) микропористой фасадной краски на основе плиолитовой смолы «сафрамап» не- посредственно по защитному покрытию из состава клеящего «сармалеп-М». «Термошуба» устраивается по наружным стенам разной конструкции, из различных ма- териалов (кроме деревянных) и с разной отделкой фасадной поверхности и соответствует требованиям пожарной и экологической безопасности. В качестве материалов для термошу- бы применяют: – плиты утеплителя двух типов: пенополистирольные ПСБ-С (с антиперенами) по ГОСТ 155.88 размером 500 х 1000 мм, толщиной от 40 до 120 мм (в соответствии с проект- ной документацией). При этом пенополистирол должен быть выдержан не менее двух меся- цев с момента изготовления; плиты минераловатные специальные фасадные жесткие на синтетическом связующем, недорогие, экологически чистые, гидрофобные. Размеры их та- кие же, как и размеры обычных минераловатных; – клеящие и защитные составы «сармалеп-Т» или «сармалеп-М», приготавливаемые на строительной площадке смешиванием «смеси клеевой полиминеральной сармалеп» с водой. Состав «сармалеп-М» - морозостойкий при температуре окружающего воздуха от -12 до 10 °С; – штукатурный состав, приготавливаемый на строительной площадке смешиванием смеси штукатурной полиминеральной с водой, либо защитно-отделочную композицию «софрамап-В (Г)» или «софромап-ВМ (ГМ)». Для получения цветных поверхностей гаранти- рованного качества рекомендуется наносить отдельные слои белого цвета, а затем покрывать его микропористой фасадной краской «софрамап»; – защитные алюминиевые профили; – сетку стеклянную ССШ-160 для армирования защитного покрытия; – дюбели для укрепления утеплителя, а для защиты от механических повреждений по низу теплоизоляции и на углах здания и проемов – алюминиевые профили с перфорирован- ной стенкой толщиной от 0,5 до 1,0 мм'. Кроме «термошубы» утепление стен зданий и сооружений с наружной стороны можно выполнить устройством на фасаде здания каркаса, в который вставляются и фиксируются в нем плиты утеплителя, а поверх каркаса навешиваются облицовочные панели (сухая штука- турка) или выполненная на некотором расстоянии кирпичная кладка. При этом внутри кон- струкции, между утеплителем и облицовкой, сохраняется зазор, по которому свободно цир- кулирует воздух. Этот воздух удаляет влагу, испаряющуюся из помещения сквозь стены, не давая ей задерживаться в утеплителе. Получается, что фасад вместе с утеплителем «дышит», дышит и стена. А утеплитель все время сухой, и его теплоизолирующая способность посто- янно сохраняется на высоком уровне. Преимуществами этого способа являются: во-первых, всепогодная технология, отсутствие «мокрых» процессов вроде нанесения штукатурки, клеев и т. д.; во-вторых, неограниченный выбор вариантов облицовки: панели разного размера, из разных материалов и с разными текстурами и расцветками. Добавить в список преимуществ можно высокую шумоизолирующую способность вентфасада, легкость и технологичность монтажа, быстроту и простоту транспортировки на объект необходимых материалов. Систе- ма вентилируемого утепленного навесного фасада не позволяет конденсату скапливаться на поверхности или внутри стены, благодаря чему повышается срок службы ограждающих кон- 187 струкций здания и уменьшаются теплопотери через них. Характеристики остекления. Оконные заполнения в зданиях, обладая необходимыми теплозащитными качествами, должны обеспечивать требуемый световой комфорт в помеще- нии и иметь достаточную воздухопроницаемость для естественной вентиляции. Действующие нормативы устанавливают следующие требования к окнам жилых зда- ний: – сопротивление теплопередаче должно быть не менее 0,6 (м2·°С)/Вт, сопротивление воздухопроницанию - не менее 0,56 м2·ч Па/кг; – механические показатели и другие требования – в зависимости от конструкции и ма- териалов, из которых изготовлен оконный блок. По конструкции все окна состоят из светопропускаемых и непрозрачных частей. В ка- честве заполнения светопропускаемой части окон используют стеклопакеты и стекла раз- личной толщины. Наиболее широкое распространение среди стекол получили так называе- мые специальные энергосберегающие стекла: – «к-стекло», получаемое посредствам разлива стеклянной массы на жидкую основу с большим удельным весом. Для придания ему теплосберегающих свойств на его поверхности методом пиролиза создается тонкий слой из оксида металла, что приводит к уменьшению излучательной способности с 0,84 до 0,2, а следовательно, к меньшей теплопередаче; – «i-стекло», получаемое методом вакуумного напыления и представляющее собой трех- или более слойную структуру чередующихся слоев серебра и диэлектрика. По своим теплосберегающим качествам это стекло в 1,5 раза превосходит «к-стекло». Однако техноло- гия нанесения требует использования дорогостоящего оборудования с системой магнетрон- ного (магнетрон - электровакуумный прибор) напыления. Применяемые ныне окна можно условно разделить на три группы: – деревянные окна; – окна из поливинилхлоридного профиля (ПВХ профиля); – окна из алюминиевого профиля. Деревянные окна выпускаются в основном двух видов: – оконные блоки типа ОЗС с толщиной коробки 100-140 мм с тройным остекленением или стеклом и стеклопакетом отечественного производства. Сопротивление теплопередаче их может достигать 0,8 (м2·°С)/Вт, а сопротивление воздухопроницаемости – 0,6-1,4 м2·ч Па/кг, что значительно меньше, чем у окон алюминиевого и ПВХ профилей; – оконные блоки толщиной коробки менее 100 мм с однокамерным или двухкамерным стеклопакетом (возможно наличие энергосберегающих покрытий и заполнение межкамерно- го пространства аргоном). Они имеют высокое качество изготовления, створки их могут от- крываться в разных плоскостях, а проветривание имеет различный режим. Эти окна самые дорогие, поскольку они очень высокого качества, а часть из них импортируется из Финлян- дии, Германии или Швеции. Древесина обрабатывается специальной защитной пропиткой от влаги, насекомых и воздействия солнца. В окнах весьма точная подгонка деталей, коробка и створки со временем почти не дают усадки. Сопротивление теплопередаче составляет 0,6 (м2 ·°С)/Вт, сопротивление воздухопроницанию весьма велико – до 7 м2·ч Па/кг. Окна из ПВХ-профиля с различными видами стекол и стеклопакетов находят широкое распространение в административных зданиях. В конструкции ПВХ профиля имеется два и более специальных воздушных зазоров, так называемых камер. Наибольшее распространение получили трехкамерные ПВХ-профили. Сопротивление теплопередаче по непрозрачной части окон с таким профилем составляет 0,6-0,75 (м2·°С)/Вт. В качестве светопропускающей части используются, как правило, однокамерные и двухкамерные стеклопакеты с применением энергосберегающих стекол (в основном - «к- стекло»). Для повышения сопротивления теплопередаче основных блоков пространство ме- жду стеклами в стеклопакете заполняется инертными газами, в основном аргоном. Окна из трехкамерного ПВХ-профиля имеют очень высокое сопротивление воздухо- проницанию (до 9 м2·ч Па/кг), что ограничивает использование их в жилых зданиях. Для ре- 188 шения этой проблемы фирмы предлагают различные варианты (вентиляционные клапаны, специальное положение ручки, установку в верхней части оконных коробок или створок специальных вентиляционных пленок с регулируемой системой для притока воздуха), одна- ко они недостаточно проверены экспериментально. Основные преимущества этих окон заключаются в простоте монтажа и герметичности, возможности открытия створок в нескольких плоскостях. Окна из алюминиевого профиля также находят все большее применение. В основном это трехкамерный алюминиевый профиль с термопрокладками. Такие оконные блоки имеют низкое сопротивление теплопередаче — 0,35-0,42 (м2·°С)/Вт, вследствие чего в холодный период года возникает конденсация влаги на внутренних поверхностях профиля. Для дости- жения этими оконными блоками требуемого сопротивления теплопередаче необходим стек- лопакет. Эти оконные блоки имеют очень высокое сопротивление воздухопроницанию, что ограничивает их применение в зданиях с естественной вентиляцией. Преимуществами их яв- ляются: – практически неограниченная долговечность; – высокая прочность и устойчивость к деформации и другим воздействиям окружаю- щей среды; – лучшая ремонтопригодность среди других типов окон; – отсутствие особого ухода. Окна из алюминиевого профиля дороже других типов окон, и потребитель вправе ре- шать, какие из них являются более приемлемыми. При любой конструкции окон площадь световых проемов должная быть минимально допустимой по нормам естественной освещенности. Особое место в проблеме проемов в наружных стенах отводится оконным проемам, за- полнение которых должны обеспечивать световой, тепловой и шумовой комфорт в помеще- ниях и иметь достаточную воздухопроницаемость для работы естественной вентиляции. При выборе типа окон особое внимание должно быть обращено на энергоэффективность запол- нений оконных проемов, которая зависит от следующих факторов: – конструктивного решения изделий, составляющее оконное заполнение, – материала и деталей, используемых для изготовления изделий; – качества установки изделий в проемы наружных стеновых конструкций. При выборе того или иного конструктивного исполнения окон учитывают не только ар- хитектурно-градостроительную значимость здания, его функциональное назначение, эконо- мическую возможность, но и руководствуются установленным в республике показателем со- противления теплопередаче. Для одного обычного стекла оно составляет примерно 0,17 м2·°С/Вт, а для стеклопакета из двух обычных стекол – 0,35-0,39 м2·°С/Вт. Трехстекольное окно с учетом материала, из которого оно изготовлено, и конструкции притворов створок к коробке обеспечивает не только установленный показатель термического сопротивления, но и превышает его. Более высокие значения термического сопротивления можно получить, ра- ботая над улучшением теплоизоляционных показателей стеклянной части окна и оконных рам и коробок. Наибольший эффект достигается использованием в стеклопакете одного из стекол с се- лективным покрытием, способным отражать тепловые волны внутрь помещения и одновре- менно пропускать снаружи солнечное тепловое излучение. Только за счет применения в стеклопакете такого стекла, а также введения в межстекольное пространство более плотного, чем воздух, газа, например аргона, криптона или ксенона, можно добиться величины терми- ческого сопротивления, приближающего к единице. Отдельные примеры из зарубежной практики свидетельствуют о том, что соответствующие конструктивные решения окон, и прежде всего их стеклянной части, смогут способствовать достижению термического сопро- тивления теплопередаче, равному 1,8-2,0 (м2·°С)/Вт. Стеклопакет представляет собой соединенные на определенном расстоянии друг от друга 2 или 3 стекла. В качестве материала, обеспечивающего требуемое между стеклами 189 расстояние, применяется алюминиевый перфорированный профиль коробчатого сечения (средник), внутрь которого засыпается зернистый осушитель воздуха - силикогель. Профиль крепится к стеклам с помощью бутиловой массы (внутренний шов), а по торцам образован- ного стеклопакета укладывается прочная полисульфидная масса (наружный шов). Известен также метод, когда промежуточное пространство (средник) заполняется при помощи бутило- вой резиновой ленты, упроченной металлом. Жидкие герметики сохраняют свои технические свойства при температуре от минус 50 до плюс 120 °С. Герметик не твердеет, не разрушается, улучшает звукоизоляционные свой- ства окон, а эксплуатационный гарантийный срок его составляет 5-10 лет. Понятие пассивного дома. Экодом. Современные «суперизолированные», или «мик- роэнергетические» здания позволяют настолько уменьшить потери тепла за счет теплоизо- ляции всех конструкций, что поступлений «пассивной» тепловой энергии от людей, бытовых электроприборов и лучистого потока через окна оказывается достаточно для создания ком- фортных условий жизни без дополнительной энергии от источников отопления. Такой энер- гетически «пассивный» дом представляет собой замкнутую систему, не нуждающуюся или минимально нуждающуюся в поступлениях тепла извне. Особенно перспективны такие дома при застройке пригородных зон больших и малых городов, а также населенных пунктов сельской местности строениями коттеджного типа. Так, в Беларуси внедряются технологии строительства коттеджей путем сборки из пустотных энергосберегающих опалубочных бло- ков из специального строительного пенополистирола, удерживаемых арматурой и заливае- мых бетоном. Пенополистирола обладает исключительно высокими теплоизоляционными свойствами, хорошими эксплуатационными характеристиками. Существует также понятие «экодом». Имеется в виду жилище, в котором практически не используются невозобновляемые источники энергии и эксплуатация которого не наносит вреда природе и здоровью человека. В США, Швеции, Японии, Германии построены доста- точно давно комфортабельные экодома с низким, практически нулевым энергопотреблением, без канализациошгых сетей. Иногда они стоят очень дорого. Однако есть варианты с исполь- зованием солнечного отопления и аккумулирования тепла не дороже традиционных домов. В Беларуси ведутся изыскательские работы по строительству относительно дешевых мало- этажных экодомов из местных экологически чистых природных материалов (прессованной соломы, глиносоломенной смеси, соломенных блоков) с применением энергосберегающих технологий строительства, солнечной энергии для отопления и сезонного нагрева воды. Для канализации в экодомах предусматривается использование локальных биологических систем утилизации хозбытовых стоков замкнутого цикла, или компостные туалеты. Отопление эко- дома обычно содержит основную систему из солнечного теплового коллектора и теплоаккумулятора и вспомогательную (аварийную) - камин или печь медленного горения. В Беларуси намечено построить показательные экспериментальные экодеревни на 20-40 экодомов с аль- тернативными системами энергоснабжения.
