Энергосбережение в строительном комплексе

 

Рис 1. Структура потребления энергии в зданиях

 

Среднее потребление энергии в  зданиях, построенных в 50-70-х годах, составляет от 200 до 350 кВт-ч/м²год (рис.1). Анализ структуры энергопотребления показывает, что в этих зданиях до 70-80% расходуется на отопление и по 10-12% на горячее водоснабжение и электроснабжение.

Современные строительные нормы в  Европейских странах устанавливают  потребление энергии на уровне 80-100 кВт-ч/м²год. У нового поколения домов, которые проектируются и строятся в соответствии с концепцией Passive House (пассивный дом) уровень энергопотребления может быть снижен до 15-30кВт-ч/м²год в зависимости от региона строительства. Определяющим фактором, позволяющим обеспечивать такой норматив, является применение эффективной тепловой изоляции в строительных конструкциях.

Наибольший потенциал энергосбережения в строительном секторе и ЖКХ  имеется именно в снижении энергозатрат на отопление. По экспертным оценкам, за счёт снижения затрат на отопление общее энергопотребление зданий может быть снижено на 50-55%.

Высокое потребление тепловой энергии  в строительном секторе экономики  связано, как, с высокими тепловыми, в первую очередь, трансмиссионными потерями зданий, так и с высокими тепловыми потерями в системах теплоснабжения.

Известно, что наибольшие потери тепловой энергии в зданиях происходят через их ограждающие конструкции. Это явление характерно как для  зданий постройки до конца 90-х годов  прошлого века, так и для зданий последних серий. Вопросы энергосбережения в жилищном фонде особенно актуальны в связи с принятием СНиП 23-02–2003 «Тепловая защита зданий», где установлены повышенные требования по теплозащите.

Многие из причин, вызывающих теплопотери, требуют проработки на стадии проектирования как отдельных конструктивных элементов, так и самого дома. Особое внимание необходимо уделить теплотехническому расчету для условий эксплуатации реконструируемого дома в районе строительства и разработке рекомендаций по ремонту.

Избыточные теплопотери нередко  связаны с качеством проведения строительных работ. Так, при выполнении утепления зданий с холодным чердаком или вентилируемым совмещенным с кровлей перекрытием продухи закрываются утеплителем или облицовкой, что приводит к нарушению температурно-влажностного режима и образованию инея и конденсата на кровельных плитах и стенах чердака в зимний период, а также к появлению протечек в квартирах верхнего этажа.

Отсутствие герметичности верхней  плоскости утеплителя (в уровне кровли), особенно в местах прохождения кабелей  слаботочных устройств и стыков металлических элементов покрытия, приводит к его намоканию и потере теплозащитных свойств. Для устранения вышеуказанных дефектов целесообразно разработать технические решения по конструкциям крепления растяжек, прокладке трубопроводов и кабелей по фасаду, установке номерных знаков, флагодержателей и лесов для ремонта фасадов, вводу кабелей слаботочных устройств в чердачное помещение и т. д.

Основными факторами, позволяющими снизить  энергопотребление зданий до минимального уровня 15-30 кВт-час/(м2 год) являются:

• повышение термического сопротивления ограждающих конструкций до максимального технически возможного уровня;
• увеличение термического сопротивления светопрозрачных конструкций до максимально технически возможного уровня;
• сведение к минимуму тепловых мостов;
• обеспечение необходимой герметичности здания относительно притока наружного воздуха;
• создания систем принудительной вентиляции помещений с рекуперацией тепла вентиляционного воздуха.
• оптимизация архитектурных форм и расположения здания с учётом воздействия ветра и возможности использования солнечной радиации.

Сочетание указанных выше факторов обеспечивает минимальное энергопотребление  здания, при этом определяющими факторами  повышения энергоэффективности  здания являются увеличение термического сопротивления его конструктивных элементов.

Осреднённые значения сопротивления теплопередаче конструктивных элементов R и толщина тепловой изоляции δ (при расчётном коэффициенте теплопроводности теплоизоляционного материала λ - 0,045Вт/(м К)), зданий с различным уровнем энергопотребления, указанных на диаграмме рис. 1 приведены в таблице 1.

 

Таблица 1

Энергопотребление  кВт-час/м2 год кВт-ч/м²год	250-300	100-150	40-50	< 15
Конструктивный элемент	Сопротивление теплопередаче R, м²K/Вт  толщина изоляции, см
Наружная стена  (массивная стена толщиной 25 см)	0,77 0 см	2,5 6 см	5,0 16 см	10,0 34 см
Крыша	1,11 4 см	4,54 22 см	6,67 30 см	10,0 40 см
Полы на грунте	1,0 2 см	2,5 7 см	4,0 20 см	8,3 30 см
Окна	0,38 Одинарное остекление	0,58 Двойное остекление	0,91 Двойное остекление	1,25 Тройное остекление

 

Из приведенных данных следует, что для снижения энергопотребления зданий до уровня Passive House необходимо повысить термического сопротивления ограждающих конструкций зданий до 8 -10м2 К/Вт.

Такие значения термического сопротивления  не могут быть получены с использованием традиционных конструктивных решений и строительных материалов (кирпича, бетона и др.) без применения эффективных утеплителей. Требуемый уровень теплозащиты зданий достигается применением многослойных строительных конструкций с использованием эффективных утеплителей. Примеры таких конструкций приведены на рис.2.

Сегодня без преувеличения можно  утверждать, что решающая роль в  решении проблемы энергосбережения в строительном секторе экономики  принадлежит современным высокоэффективным  теплоизоляционным материалам.

 

А. Б.

В. Г.

 

Рис.2. Многослойные ограждающие конструкции: А.система наружного утепления со штукатурным покрытием; Б.каркасная стена; В. конструкция навесного вентилируемого фасада; Г.многослойная конструкция плоского покрытия с рулонной кровлей.

 

Объёмы производства и потребления теплоизоляционных материалов в РФ возросли за последние 10 лет более чем в 4 раза, с 6-7млн.м3 в 1998г. до 26-27млн.м3 в 2008г.

В кризисном 2009 году производство и  потребление теплоизоляционных материалов в Российской Федерации значительно снизилось и составило по экспертным оценкам       19-20 млн.м3.

 
Рис.3. Динамика роста объёмов производства и применения ТИМ в РФ в 1998-2008г.

 

Современная индустрия предлагает широкий спектр теплоизоляционных  материалов, характеризующихся различным  назначением и различными техническими и качественными характеристиками.

Структура потребления по видам  применяемых материалов (по экспертной оценке 2008г.) представлена на рис.4. Из диаграммы видно, что преобладающими видами ТИМ являются стекловолокно и каменная вата, их доля составляет, соответственно, 38 и 37%. Значительная доля (около 22%) принадлежит пенополистиролу, в т.ч. экструзионному (5,3%).

 

 
Рис.4. Доля различных видов теплоизоляционных материалов в общем объёме применения в строительстве в 2008г. (экспертная оценка)

 

В странах Европы всё большее развитие получает строительство зданий с минимальным энергопотреблением по концепции Passive House.

На основе этой концепции уже  построен и строится целый ряд  зданий в Германии, Дании и др. странах. Первые здания такого типа построены в РФ на территории Республики Татарстан в Казани. Предполагается их строительство в Подмосковье. Предлагаемые технические решения наиболее эффективны в малоэтажном строительстве, доля которого в современном жилищном строительстве в РФ составляет более 50%.

Данная тема получила дальнейшее развитие в разработках Исследовательского Центра КРИР концерна Сен-Гобен во Франции, где предложена концепция мультикомфортного  здания, включающая помимо снижения энергопотребления, повышение акустических характеристик здания, повышение его пожарной и экологической безопасности (3, 4).

Мультикомфортный дом предоставляет  большие возможности при проектировании зданий с учётом климатических условий, однако ничего фундаментально отличающегося  от обычного строительства нет. С экономической точки зрения реализация такого проекта требует увеличения капитальных затрат на строительство на 5-8%, однако эти вложения окупаются экономией энергии, и соответственно, снижением эксплуатационных затрат и обеспечением комфортных условий проживания.

Понятие комфортных условий проживания включает оптимальный для человека тепловой режим помещения (оптимальная  температура и влажность воздуха), оптимальный состав воздуха в  помещении (наличие необходимого количества кислорода и отсутствие вредных для здоровья человека примесей), акустический комфорт и др.

Среди примеров реализации концепции  есть жилые дома, общественные и  производственные здания. Технические  решения по мультикомфортному зданию адаптированы для различных климатических  условий.

Для реализации предлагаемой концепции и обеспечения эффективной теплоизоляции зданий компания ISOVER разработала эффективные теплоизоляционные изделия на основе стекловолокна, со специальными свойствами, отвечающими их функциональному назначению.

На отечественном рынке представлены мягкие теплоизоляционные плиты марок ISOVER KL 34; ISOVER KL 37, применяемые в конструкциях скатных крыш, каркасных конструкциях, системах вентфасадов. Жесткие теплоизоляционные плиты марок ISOVER OL-TOP, ISOVER OL-P применяются в двухслойных конструкциях плоских покрытий с рулонной кровлей. Плиты ISOVER ВентФасад-верх предназначены для наружного слоя в конструкциях навесных вентилируемых фасадов (НВФ).

Эти материалы отвечают требованиям  экологической и пожарной безопасности, характеризуются высокими теплоизоляционными и акустическими свойства, эксплуатационной надёжностью.

В соответствии с предлагаемой концепцией, повышение теплотехнической эффективности  здания достигается за счёт увеличения толщины теплоизоляционного слоя, устранения тепловых мостов и снижения воздухопроницаемости (повышения воздухоплотности) конструкций. Для решения этих задач компанией ISOVER разработаны конструктивные решения и теплоизоляционные материалы со специальными свойствами. В конструктивном плане рекомендуются многослойные (двух- и более слойные) решения, которые за счет установки теплоизоляционных плит наружного слоя с перекрытием швов внутреннего, исключают образование тепловых мостов.

Этот принцип реализуется как  в покрытиях (например, внутренний слой плиты ISOVER OL-P, наружный ISOVER OL-TOP), так и в стенах (вентфасады с применением плит ISOVER KL 34 в качестве внутреннего слоя и плит ISOVER ВентФасад-верх в качестве наружного).

Применение мягких минераловатных плит ISOVER KL 34 в качестве внутреннего  слоя повышает сплошность теплоизоляционного слоя, снижает воздухопроницаемость конструкции за счёт плотного прилегания теплоизоляционного материала к изолируемой поверхности.

Теплоизоляционные плиты ISOVER ВентФасад-верх, кашированные стеклохолстом, помимо теплозащитных функций, одновременно выполняют функции ветрозащиты в НВФ.

Оценивая возможность применения предложенной концепции в РФ необходимо отметить следующее. Обозначенный уровень  энергопотребления - 15кВт-час/(м2 год) реализуется  в регионах с количеством ГСОП -3400. В РФ к таким регионам относятся районы расположенные в ЮФО южнее городов Ростов на Дону (3523), Ставрополь (3209), Астрахань (3540), Элиста (3668) и др. В более северных районах энергопотребление таких зданий будет существенно выше. Технико-экономическая эффективность этих зданий в современных условиях определяется сравнительной стоимостью материалов и ТЭР, которые имеют конъюнктурный и изменяющийся во времени, преимущественно в сторону увеличения стоимости ТЭР, характер. Актуальность этой концепции для РФ возрастает в связи с увеличением доли малоэтажного и коттеджного строительства в общем объёме возводимых зданий. Уже сегодня в отечественной практике может быть использована значительная доля из предлагаемых в этом проекте технических решений, направленных на повышение энергоэффективности зданий, например, сокращение количества и проводимости тепловых мостов, повышение до определенного предела термического сопротивления строительных конструкций и др.

Кроме того, имеется огромное количество публикаций и фундаментальных трудов, которые анализируют влияние объемно-планировочных решений на потери тепла через оболочки зданий. У всех у них - общий смысл: чем больше площадь ограждающих конструкций, тем больше потерь тепла. Нетрудно представить конфигурацию в плане трех отдельно стоящих точечных многоэтажных одноподъездных домов-«свечек», а затем мысленно соединить их в один трехсекционный дом. Площадь ограждающих конструкций при таком же количестве квартир во втором варианте будет меньше. В последнее время строительство жилых домов-«свечек» не очень распространено, более часто встречаются многосекционные здания, у которых, правда, есть общая проблема - температурный деформационный шов. Некачественная заделка деформационного шва, разделяющего здание на энергетические модули, приводит к промерзанию стен в примыкающих к нему комнатах.