Одним из традиционных путей уменьшения потребления тепловой энергии является снижение теплопотерь здания. Необходимо знать структуру энергетического баланса рассматриваемого объекта и связанные с ней возможности энергосбережения по различным составляющим баланса. На рис. 1 представлен усредненный баланс потерь теплоты зданиями в процентах, составленный по различным экспертным оценкам [1].
Рис. 1. Усредненный баланс потерь теплоты зданиями в процентах: 1 — путем инфильтрации; 2 — через наружные стены; 3 — через оконные и дверные проемы; 4 — через перекрытия (1-го этажа и чердачное)
Следует сказать, что баланс потерь теплоты зависит от многих факторов, например, года постройки здания и его назначения, этажности, типа ограждающих конструкций, ориентации по сторонам света, региона и т. д. Как видно из рисунка 1 наибольшие потери здания связаны с инфильтрацией и воздухообменом в помещении. Снизить эти потери можно за счет современных оконных блоков, дверных проемов и правильной организации воздухообмена в помещении. В этом направлении уже много сделано и в настоящее время идет широкое внедрение технологий в данной области. На втором месте в усредненном балансе потерь зданий находятся потери через наружные стены зданий. В настоящее время разработано много технологий по снижению потерь теплоты через ограждающие конструкции, связанных с утеплением. Рассмотрим такие технологии более подробно. Утепление стен можно производить как снаружи здания, так и изнутри.
В соответствии с нормативными документами можно производить теплоизоляцию зданий с применением эффективных материалов, располагаемых с наружной или внутренней стороны, а также в качестве промежуточного слоя.
Каждый метод утепления имеет минусы и плюсы. Однако, если при наружном утеплении отрицательные факторы имеют объективный характер даже при квалифицированном исполнении, то при внутреннем утеплении материалом, позволяющим одновременно решать задачи теплоизоляции, адгезии, паропроницаемости, однородности, в основном решающую роль имеют субъективные факторы. Понятно, что влияние субъективных факторов на качество можно свести к минимуму, а влияние объективных факторов (диапазон температур, линейное расширение материалов, отсутствие инструментального контроля) зачастую от нас не зависит.
Однослойные конструкции
Известно, что основным недостатком однослойных ограждающих конструкций является необходимость совмещения в одном конструктивном слое теплоизолирующих и прочностных качеств. Это условие не позволяет в широких пределах варьировать плотность материала ограждения с целью получения достаточно высокого значения сопротивления теплопередаче конструкции. С другой стороны, для каждого материала существует обусловленный технологическими возможностями изготовления нижний предел достижения плотности.
Рис 2. Схема процесса теплопередачи через однородное ограждение и распределение температуры при установившемся потоке тепла
На рис. 2 схематически отображены процессы теплопередачи через поперечное сечение однородной ограждающей конструкции толщиной δ и распределение температур при постоянном потоке тепла, знаками плюс и минус отмечены внутренняя и наружная среды, а по вертикали отложены произвольные показатели температуры сред. Видно, что распределение температуры в толще однородного ограждения является линейным. Такая зависимость следует из представления о равенстве тепловых потоков, проходящих через любое сечение в толще ограждения.
Следует отметить, что однослойные наружные ограждения целесообразно использовать при проектировании в тех случаях, когда это не приводит к значительному увеличению их материалоемкости (районы строительства с относительно небольшими значениями ГСОП, производственные здания с сухим и нормальным режимом эксплуатации и т. д.). Однако современные, более высокие требования к уровню теплозащиты зданий значительно ограничивают область применения однослойных ограждений и побуждают проектировщиков к использованию в проектах более эффективные многослойные ограждающие конструкции.
В последние годы широко применяются новые типовые решения облегченных кирпичных стен с использованием эффективных и местных теплоизоляционных материалов, однако, кирпич остается энергоемким при изготовлении и малоэффективным стеновым материалом.
Соответственно, снижение потерь тепла путем применения современных и эффективных теплоизоляционных покрытий ограждающих конструкций в зданиях является актуальной проблемой на сегодняшний день.
Многослойные конструкции
В настоящее время во всем цивилизованном мире используются эффективные многослойные конструкции наружных ограждений.
Тепловая эффективность многослойной (минимум трехслойной) конструкции определяется, прежде всего, правильным подбором вида, размера и расположения теплопроводных связей, а не увеличением толщины утеплителя, поскольку при разработке гибких связей стеновых конструкций необходимо стремиться к уменьшению диаметра металлических связей. Это требуется не только для экономии металла, но, в основном, и для снижения бесполезных теплопотерь, обусловленных наличием таких связей.
В процессе проработки конструктивного решения многослойного ограждения необходимо учитывать, что последовательность расположения конструктивных слоев разной плотности влияет на влажностный режим, тепловую инерцию, характер затухания амплитуды колебания температуры в толще конструкции и на ее теплоаккумулирующие свойства. Последние учитываются при выборе ограждающих конструкций здания, которые могут использовать энергию окружающей природной среды [2].
Значительного уменьшения теплопотерь в здании можно достичь, используя в проектах такие конструктивные решения наружных ограждений, которые бы обеспечивали высокий уровень герметичности конструкций и их стыковых соединений, особенно в районах с сильными зимними ветрами, а также допустимое влажностное состояние материала [3].
Трехслойные железобетонные панели с плитным утеплителем (пенополистирол, жесткие минераловатные плиты) и гибкими связями являются универсальным экономически эффективным конструктивным решением наружных стен многоэтажных полносборных и сборно-монолитных жилых домов, возводимых во всех климатических районах России, обеспечивающим выполнение повышенных требований к тепловой защите зданий.
В конструкциях с повышенной теплозащитой, «сэндвичах» наружные слои (оболочки) изготовляются из прочного и теплопроводного материала, способного нести нагрузку, а средний слой — из эффективной теплоизоляции. В качестве наружных слоев может использоваться древесностружечная плита для одноэтажных домов, бетон для многоэтажных домов и промышленных зданий и металл для промышленных зданий. Такие ограждающие конструкции отличаются неоднородностью материалов в сечении, сложной геометрией и стыками. По конструктивным причинам для образования связей между оболочками часто необходимо, чтобы более прочные материалы проходили через теплоизоляцию или заходили в неё, нарушая тем самым однородность теплоизоляции. В этом случае образуются так называемые мостики холода. Типичными примерами таких мостиков холода могут служить обрамляющие ребра в трехслойных железобетонных панелях с эффективным утеплителем для жилых зданий, угловое крепление деревянным брусом трехслойных панелей с обшивками из древесностружечной плиты и утеплителями из минеральной ваты, стыковое соединение металлопластмассовых панелей промышленных зданий.
Влияние мостиков холода на потери тепла через ограждения может быть значительным. Многочисленными расчетами и экспериментальными работами показано, что потери тепла от мостиков холода могут доходить до 60 % [4, 5], причем это влияние более заметно в хорошо изолированных конструкциях вследствие увеличения относительной доли теплопотерь через мостики холода, так как в этом случае по мостикам холода проходит тот же поток тепла, что и при слабой изоляции.
Чтобы избежать отрицательного влияния мостиков холода, разрабатываются конструкции, в которых их влияние было бы сведено к минимуму. Примером таких ограждений являются конструкции на гибких связях, когда наружная оболочка из железобетона крепится к внутренней с помощью тонких металлических прутков, пронзая эффективную теплоизоляцию. Несмотря на то, что гибкие связи играют роль местных мостиков холода, относительное их влияние на потери тепла невелико [6, 7, 8].
Литература:
- «Об основах регулирования тарифов организаций коммунального комплекса» от 30.12.2004 № 210-ФЗ (в ред. от 30.12.2012).
- Энергоактивные здания / Под ред. Э. В. Сарнацкого, Н. П. Селиванова.- М.: Стройиздат, 1988.- 376 е.: ил.
- Энергосберегающие технологии в современном строительстве / Пер. с англ. Ю. А. Матросова, В. А. Овчаренко; Под ред. В. Б. Козлова,- М.: Стройиздат, 1990.- 296 е.: ил.
- Береговой A. M. Энергоэкономичные и энергоактивные промышленные здания: Учеб. пособие / Пенз. гос. архитектур.-строит, ин-т.- Пенза, 1997.¬156 с.: ил.
- Исаков О. А. Общественные здания с эффективным использованием энергии: Автореф. дис... д-ра техн. наук.- Алматы, 1994.- 54 с.
- Александров Н. Г. Термоблокада очагов выпадения конденсата в наружных стенах жилых домов // Жилищ, стр-во,- 2000.- № 11.- С. 29.
- Александров Н. Г., Меламед В. М. Термоблокада «мостиков холода» // Жилищ, стр-во,- 2000.- № 3,- С. 31.
- Беляев B. C., Хохлова Л. П. Проектирование энергоэкономичных и энергоактивных гражданских зданий: Учеб. пособие для вузов по специальности «Пром. и гражд. стр-во».- М.: Высш. шк.., 1991.- 255 е.: ил.- Библиогр.: с. 252–253.
