Энергоэффективность зданий. Критерии и технические решения (часть II)

Ю.Матросов и И.Бутовский
НИИСФ/ЦЭНЭФ

Продолжение

Утвержденные в 1994 г. Московские городские нормы “Энергосбережение в зданиях. Нормативы по теплозащите и тепло-, водо- и электроснабжению” [16] уже привели в среднем к 20% -ному снижению энергопотребления во вновь построенных зданиях, что привело к экономии 0,3 ТВт.ч тепловой энергии или около 18 млрд.руб (3 млн долл.США) из 3 трлн.руб. (500 млн.долл. США) за счет сокращения бюджетных дотаций за тепловую энергию, а также снижение ежегодных выбросов двуокиси углерода в атмосферу Москвы на 56 тыс тонн ежегодно.

При разработке в 1997-98 г.г. новых нормативов для Москвы по теплозащите и теплоснабжению зданий МГСН 2.01-98 исходили из условия обязательного удовлетворения потребительских требований пользователей. Это привело к разработке двух принципиальных положений новых норм - о повышении уровня теплового комфорта для обеспечения нормальной жизнедеятельности людей, находящихся в здании, и обеспечении снижения уровня энергопотребления в здании не менее, чем на 20%.

В связи с этим при выборе уровня тепловой защиты зданий и сооружений по проекту МГСН 2.01-98 предложено руководствоваться двумя подходами: а) нормированием здания в целом как единой энергетической системы с учетом эффективности систем отопления; б) поэлементным нормированием различных видов ограждающих конструкций.

В табл.6 приведены данные по требуемому удельному расходу тепловой энергии на отопление здания q_h^req согласно проекту МГСН по первому и второму этапам внедрения. В этом варианте занормировано удельное энергопотребление здания без учета эффективности системы теплоснабжения и градусосуток. Нормативы установлены в соответствии с первым и вторым этапами внедрения повышеного уровня теплозащиты зданий, предусмотренными федеральным СНиП II-3-79* (1998 г.). Однако величины сопротивлений теплопередаче стен при проектировании могут быть выбраны в пределах 2,6-2,7 м².^oC/Вт за счет влияния повышенных сопротивлений теплопередач других элементов ограждений, за счет влияния объемно планировочных решений и учета влияния солнечной радиации (и соответствующего регулирований систем отопления).

Таблица 6

Требуемый удельный расход тепловой энергии
системой отопления здания q_h^req , кВт.ч/м² / кВт.ч/м³, за отопительный период

Нормами предусматривается, что проекты теплозащиты зданий должны содержать энергетический паспорт, который включается в раздел “Энергосбережение” проекта здания. Такой паспорт уже утвержден Московским правительством. Назначение энергетического паспорта - установить проектное значение уровня энергопотребления здания и его реальное значение в построенном здании. Внедрение энергетического паспорта в практику проектирования и строительства будет обеспечивать действие экономического механизма стимулирования энергосбережения (льготное налогообложение, кредитование, дотации и др.) и давать возможность для объективной оценки стоимости на рынке жилья.

В этом же разделе должны быть сформулированы основные энергосберегающие решения, заложенные при проектировании теплозащиты здания, теплового пункта, систем отопления, вентиляции, водоснабжения, освещения и электроснабжения.

Вторым примером являются Территориальные строительные нормы Ярославской области ТСН 301-23-98 ЯО “Теплозащита зданий жилищно - гражданского назначения”, которые также разработаны с учетом положений, изложенных выше. Нормы введены в действие с 1 июня 1998 г. постановлением Правительства Ярославской области с переходом на них строительства с 1 января 1999 г. [17].

Нормирование теплозащиты в целом, предусмотренное этими нормами, предполагает многовариантное проектирование с использованием компьютерной техники и предоставляет большие возможности в разработке проектов с лучшими технико - экономическими показателями.

Разработанные нормы содержат процедуру работы с ними, методику определения энергетических параметров зданий, требования по контролю качества теплозащиты зданий, методику расчета потребности тепловой энергии на отопление здания за отопительный период, методику определения эффективности систем теплоснабжения, требования к конструктивным и объемно - планировочным решениям зданий и к проекту теплозащиты здания в целом.

Территориальные строительные нормы Ярославской области по теплозащите зданий позволяют проектировать ограждающие конструкции из местных материалов с меньшим, чем по федеральным нормам их расходом, обеспечивая в то же время снижение теплопотерь на 20%.

Существующие и перспективные технические решения теплозащиты зданий

Развитие нормативной базы невозможно без создания новых типов энергоэффективных термически однородных ограждающих конструкций зданий с повышенной теплозащитой. При этом основными направлениями при проектировании этих конструкций является оптимизация теплозащитных и теплоинерционных свойств на основе преимущественного использования многослойных конструкций с малотеплопроводными теплоизоляционнными материалами, разработка инженерных методов расчета приведенного сопротивления теплопередаче многокомпонентных непрозрачных ограждающих конструкций, обеспечивающих проектирование термически однородных конструкций.

Несмотря на то, что теплотехнические нормы содержат поэлементное нормирование, у проектировщика имеется довольно широкая возможность выбора проектных решений и тем самым воздействия на энергетические показатели. При этом выбираются проектные решения обеспечивающие наименьшие значения энергетических показателей. На эти показатели влияет:

• геометрия и размеры здания, размеры светопроемов, ориентация здания;
• типы непрозрачных ограждающих конструкций (однослойные, многослойные с эффективной теплоизоляцией, с вентилируемой прослойкой);
• типы светопрозрачных ограждающих конструкций (вид и конструкция переплета, конструкция светопрозрачной части, вентилируемые межстекольные пространства, светопрозрачная теплоизоляция);
• дополнительная подвижная теплоизоляция светопрозрачных конструкций в темное время;
• воздействие на тепловую инерцию ограждающих конструкций;
• воздействие на воздухопроницаемость ограждающих конструкций;
• воздействие на термическую однородность ограждающих конструкций и узлов их сопряжений;
• динамическая теплоизоляция;
• расположение отопительных приборов относительно ограждающих конструкций;
• устройство специальных приточных отверстий для обеспечения необходимой кратности воздухообмена.

В отечественной и зарубежной практике используются разнообразные приемы повышения уровня теплозащиты зданий. Предлагается следующая схема классификации этих приемов (табл.7).

Таблица 7

Классификация энергеэффективных ограждающих конструкций

Современные тенденции развития индустриальных ограждающих конструкций предусматривают возможность существенного повышения термического сопротивления конструкций наружных ограждений и увеличения термической однородности ограждений, конечным пределом которой является равенство приведенного сопротивления теплопередаче ограждения и сопротивления теплопередаче по глади. Эта задача успешно решается применением таких эффективных теплоизоляционных материалов, как пенопласты и изделия из минеральных волокон, из которых наиболее широкое распространение получили пенополистирол, пенополиуретан, плиты из базальтовых и стеклянных волокон.

Применение гибких связей для соединения железобетонных слоев панели позволяет повысить термическую однородность по всей площади стены, включая зоны стыковых соединений, однако требует разработки специальных методов расчета. Дальнейшее повышение термической однородности возможно при создании в панельном стеновом ограждении непрерывного теплоизоляционного слоя, для чего используются заливочные пенопласты. Разрабатывается технология изготовления трехслойных железобетонных панелей на гибких связях с незаполненным средним слоем (два железобетонных слоя, соединенных гибкими связями), который в последующем заполняется вспенивающимся под воздействием температуры или заливочным пенопластом. Заполнение внутренней полости трехслойных панелей заливочным пенопластом осуществляется на строительной площадке в процессе монтажа панелей, что позволяет создать непрерывный теплоизоляционный слой по всему полю ограждения.

Наиболее перспективным способом повышения теплозащиты как вновь строящихся, так и реконструируемых зданий является наружная теплоизоляция стен [18].

Способ наружной теплоизоляции стен с оштукатуриванием плитного утеплителя по ряду преимуществ - относительно невысокой стоимости, простоты устройства, традиционности внешнего вида - получил наибольшее распространение. Способ состоит в приклеивании или механическом креплении к стенам теплоизоляционных плит, обычно из пенополистирола и минеральной ваты, и нанесении по ним полимерцементного покрытия или цементной штукатурки, армированных сетками из стекловолокна или стали.

Из наружных покрытий наибольшее применение получили полимерцементные, обладающие более высокой трещиностойкостью, а следовательно, долговечностью по сравнению с цементными штукатурками. Они водонепроницаемы, но паропроницаемы, что важно для поддержания нормального влажностного состояния стены.

Клеевое крепление пенополистирольных плит к стенам является более простым в исполнении по сравнению с механическим, но менее надежным при плохом качестве склеивания. Поэтому область применения этого крепления ограничивается стенами с ровной поверхностью без штукатурного покрытия. Клеящий состав наносят на поверхность плит пятнами и по контуру. Для повышения надежности крепления используют дюбели из нержавеющей стали или пластмассы устанавливаемые с шагом 0,5-1,0 м, способные полностью воспринять нагрузку от системы теплоизоляции.

Способ наружной теплоизоляции стен с облицовкой на относе состоит в креплении к стенам теплоизоляционного материала и устройстве защитно -декоративной облицовки на относе по заанкеренному в стену каркасу из деревянных реек или металлических профилей и анкеров.

Основным преимуществом конструкции является наличие естественно вентилируемого воздушного промежутка между слоем утеплителя и облицовкой, обеспечивающего вывод из конструкции конденсационной и построечной влаги и защиту теплоизоляционного материала от атмосферных осадков. Воздушная прослойка улучшает теплоизоляционные качества стеновой конструкции за счет экранирующего действия облицовки по отношению к лучистой составляющей теплового потока, проходящего через стену.

Перспективным способом наружной теплоизоляции стен, освоенным в России и за рубежом (ФРГ, Франции и др.) , является нанесение на наружную поверхность теплоизоляционного штукатурного покрытия. Достоинства способа заключается в простоте и высокой скорости производства работ благодаря использованию современных средств механизации.

Теплоизоляционные растворы приготавливают сразу перед началом штукатурных работ путем затворения водой и перемешивания сухих теплоизоляционных смесей заводского изготовления. В состав смесей входит теплоизоляционный заполнитель, связующее, минеральные наполнители и добавки. Среди теплоизоляционных заполнителей наиболее эффективен заполнитель из гранул пенополистирола, хотя могут применяться и другие материалы: гранулы пеностекла, вспученного перлита и т.д. Связующее - цемент, гипс и др.

Теплопотери за счет инфильтрации воздуха составляют существенную долю (в некоторых случаях до 40%) в балансе теплопотерь здания. В существующих зданиях при наличии естественной вентиляции основной приток осуществляется за счет воздухопроницаемости светопрозрачных конструкций. С внедрением в строительную практику светопрозрачных конструкций в пластмассовых переплетах, а также конструкций в деревянных переплетах с хорошим уплотнением их притворов воздухопроницаемость резко снизилась. Результаты наших сертификационных испытаний показали, что воздухопроницаемость притворов этих конструкций находится в пределах от 0,4 до 1 кг/(м².ч) при разности давлений 10 Па, что значительно ниже нормативных требований (5-6 кг/(м².ч)), учитывающих прохождение воздуха через примыкания окон к непрозрачным ограждениям. В этом случае необходимое количество воздуха для требуемого воздухообмена может поступать либо через примыкания оконных блоков к оконным откосам, либо через специально выполненные в ограждениях отверстия для приточного воздуха. Последние должны относится к системе вентиляции, и не учитываться при определении воздухопроницаемости светопрозрачных конструкций.

В связи с вышеизложенным следует предусмотреть разделение нормативов по воздухопроницаемости собственно светопрозрачных конструкций и их примыканий к несветопрозрачным конструкциям.

* * *

В заключение следует отметить, что авторы специально не затронули проблему повышения эффективности систем теплоснабжения, а только предложили учитывать их эффективность. Так как в существующих системах теплоснабжения в процессе преобразования первичного топлива и доставки произведенной теплоты потребителю (зданию) происходит до 45-55% потерь теплоты, то очевиден огромный потенциал энергосбережения и в этой области.

Список литературы

1. Ю.Матросов, И.Бутовский. Москва уже сегодня возводит здания с эффективной теплозащитой - ж-л АВОК, №6, 1997, с.12-14.

2. National Energy Code of Canada for Buildings, Canada 1997

3. National Energy Code pof Canada for Houses, Canada 1997

4. Building Regulations 1995, Denmark 1995

5. Thermal Performance of Buildings, EN832, 1998

6. Ю.Матросов, Д.Гольдштейн. Региональные стандарты - путь к улучшению зданий в регионах России - Материалы V съезда АВОК. 14-18 октября 1996 г. М., c.46-51.

7. Ю.Матросов, И.Бутовский, Д.Гольдштейн. Региональное нормирование - стимул повышения энергоэффективности зданий - ж-л АВОК, №5, 1997, с.24-29.

8. Ю.Матросов, И.Бутовский. Внедрение региональных норм по энергетической эффективности зданий в России создает перспективы для продвижения передовых технологий - Материалы VI съезда АВОК. 25-30 мая 1998г. Санкт-Петербург, с.54-69.

9. K.Gertis. Realistische Betrachtung staff ideologisierter Wunsche Niedrigenergie - oder Niedrigentropiehauser? Die andere Zeitung CCI 29 (1995), H. 4, s.134-136.

10. Ю.Матросов, И.Бутовский. Поэлементное теплотехническое нормирование ограждающих конструкций зданий - ж-л Жилищное строительство № 12, 1995, с.6-10.

11. Ю.Матросов, И.Бутовский, В.Тишенко. Новые изменения в СНиП по строительной теплотехнике, ж-л Жилищное строительство, №10, 1995

12. Ю.Матросов, И.Бутовский, М.Бродач. Здания с эффективным использованием энергии (новый принцип нормирования), ж-л АВОК, № ѕ, 1996

13. Ю.Матросов, Д.Гольдштейн. Проект нового стандарта “Энергетическая эффективность в зданиях” для регионов России - Бюллетень ЦЭНЭФ, № 13, октябрь - декабрь, 1996, с. 5-7.

14. Ю.Матросов, И.Бутовский, Д.Гольдштейн. Энергетический паспорт здания, Бюллетень ЦЭНЭФ, апр.-июль, 1996

15. Энергосбережение в зданиях. Нормативы по теплозащите и тепловодоэлектроснабжению, МГСН 2.01-94, М., 1994

16. Теплозащита зданий жилищно-гражданского назначения, ТСН 301-23-98-ЯО, Ярославль, 1998

17. И.Бутовский, П.Матросов. Наружная теплоизоляция - эффективное средство повышения теплозащиты зданий - Жилищное строительство,№9, 1996, с.7-10.

18. В.Шукстерис, А.Шимайтис, Р.Киверис. Эффективность использования природного газа в централизованных и децентрализованных системах теплоснабжения – Каунас, 1986

По материалам официального сайта ЦЭНЭФ