Методы оптимизации энергопотребления зданий и сооружений



В данной статье описана один из наиболее значительных вопросов в системе отопления — повышение энергоэффективности зданий, а также цели ее оптимизации. Предложен комплекс мер, позволяющих достигнуть максимальной энергоэффективности.

Ключевые слова: энергоэффективные материалы ограждающих конструкций, строительство энергоэффективных зданий, авторегулирование систем отопления зданий, термостаты.

This article describes one of the most significant issues in the heating system — improving the energy efficiency of buildings, as well as the goals of its optimization. A set of measures has been proposed to achieve maximum energy efficiency.

Key words : energy efficient fencing materials, construction of energy efficient buildings, automatic regulation of building heating systems, thermostats.

Введение

Энергоэффективность — это комплекс технологических и экономических мер, позволяющих максимально рационально использовать энергетические ресурсы в бытовой и производственной сферах. Повышение энергоэффективности зданий является одним из наиболее актуальных вопросов на сегодняшний день, так как на протяжении последнего тридцатилетия наблюдается и нарастает достаточно острый дефицит невоспроизводимых и ограниченных сырьевых запасов на всей планете. То есть во всем мире ведется активный поиск путей рационального энергопотребления.

Большая часть энергопотребления приходится на отопление, горячее водоснабжение, кондиционирование и искусственное освещение, иными словами — на системы жизнеобеспечения зданий и сооружений. При этом в Казахстане и в странах со схожими климатическими условиями около 72 % общего энергопотребления расходуется на отопление помещений.

Минимизация потерь энергоресурсов, расходуемых на жизнеобеспечение объектов строительства, ведет к значительному энергосбережению, соответственно позволяет экономить колоссальные средства. Также немаловажную роль играет воздействие сжигаемого топлива на экологию. Производство энергии существенно влияет на состояние окружающей среды. Сжигание ископаемого твердого и жидкого топлива сопровождается выделением сернистого, углекислого и угарного газов, а также оксидов азота, пыли, сажи и других загрязняющих веществ.

Повышение энергоэффективности зданий и сооружений достигается путем выполнения комплексных мер при их строительстве, реконструкции и периода эксплуатации. В основном — это меры, направленные на снижение теплопотерь здания.

Огромное количество тепла в зданиях фактически расходуется для обогрева воздуха на улице. Как показывает практика, в зимний период около 40 % тепловой энергии теряется через ограждающие конструкции. Из этого количества теплопотерь:

— 35 % — потери через стены;

— 25 % — через оконные и дверные проемы;

— 25 % — через кровлю;

— 15 % — через подвал/фундамент и систему вентиляции.

Рис. 1. Потери тепла через отдельные элементы здания

По этой причине постоянно повышаются требования к теплоизолирующим материалам, а также к правильному их монтажу, так как качественная теплоизоляция обеспечивает высокую теплотехническую однородность наружных ограждающих конструкций. Системы наружного утепления позволяют сохранить теплоизоляционные свойства, при этом значительно уменьшая толщину стен. В качестве примера приведены сравнительные характеристики толщины различных материалов при равных теплоизоляционных свойствах:

Рис. 2. Сравнительные характеристики толщины различных материалов при равных теплоизоляционных свойствах

Для повышения энергоэффективности оконных проемов существует несколько способов. Во-первых, это переход от однокамерных стеклопакетов к трех- и четырехкамерным, а также наполнение их различными инертными газами, имеющими значительно низкую теплопроводность в сравнении с воздухом, что достаточно сильно препятствует теплообмену между улицей и помещением. Во-вторых, это применение термопленки. Стекла покрывают металлическими или полимерными пленками с односторонним пропусканием коротко- и длинноволнового излучения (длинноволновая часть спектра — это инфракрасные лучи, исходящие от отопительных приборов, они задерживаются, а коротковолновая часть — ультрафиолетовые лучи — пропускается). Благодаря этому зимой солнечный свет свободно проходит в помещение, а тепло от отопительных приборов не уходит. Летом же происходит обратное.

Единственным недостатком и причиной отказа от качественных энергосберегающих материалов является высокая их стоимость. Но стоит отметить, что применение теплоэффективных наружных ограждающих конструкций за счет экономии энергетических ресурсов окупает единовременные затраты в домах на стадии строительства в течение 7–8 лет, в завершенных — в течение 12–14 лет.

Также потери энергоресурсов зачастую связаны с недостатками и нерациональным потреблением инженерных сетей. Для уменьшения потерь тепла в сетях отопления и горячего водоснабжения необходимо обеспечивать эффективную теплоизоляцию с использованием качественных современных материалов. На сегодняшний день при строительстве зданий и сооружений является обязательным устройство термостатов перед всеми отопительными приборами для возможности поквартирного регулирования температуры внутреннего воздуха. Это дает возможность значительно уменьшить количество энергопотребления, так как в помещение дополнительно поступает тепло от солнечной радиации, людей и бытовой техники.

Для достижения максимальной энергоэффективности при обеспечении комфортных для пребывания людей условий применяется авторегулирование систем отопления зданий. Данная схема применяется для подачи теплоты в системы отопления из тепловой сети в индивидуальный тепловой пункт (ИТП) или в АУУ (автоматический узел управления системой отопления при подключении через центральные тепловые пункты (ЦТП)). АУУ позволяют оптимизировать подачу теплоты на отопление для достижения максимальной экономии тепловой энергии при обеспечении комфортных условий в жилище. При этом необходимо добиться настройки контроллера системы авторегулирования на оптимальный режим подачи, реализуемый выбранным графиком температур в подающем трубопроводе системы отопления в зависимости от изменения температуры наружного воздуха. Для получения наибольшей оптимизации тепла в зданиях с индивидуальным тепловым пунктом, применяется пофасадное автоматическое регулирование отопления. Сигналом регулирования служит изменение температуры внутреннего воздуха отапливаемого здания, вызванное внутренним тепловыделением и воздействием солнечной радиации. Также пофасадное авторегулирование обеспечивает дополнительную подачу тепла при понижении температуры наружного воздуха, и при появлении ветра на наветренной стороне фасада здания. При температуре наружного воздуха от 5 до 8С, отепление в помещениях с солнечной стороны здания автоматически отключается не только на период попадания солнечных лучей, но и на такое же время после захода солнце, так как учитываются также теплопоступления от нагретых поверхностей стен и мебели. Вследствие чего экономия тепловой энергии при пофасадном автоматическом регулировании достигает до 20 % от расчетного годового расхода.

Заключение

Наиболее действенные методы повышения энергоэффективности зданий:

— Качественная теплоизоляция наружных стен и применение качественных энергоэффективных материалов;

— Минимизация «мостиков холода»;

— Уменьшение теплопотерь путем использования современных окон;

— Использование качественного отопительного и вентиляционного оборудования при строительстве и реконструкции зданий;

— Автоматическое регулирование систем отопления.

Несмотря на относительную высокую стоимость данных методов они позволяют достигнуть колоссальной экономии средств в последующем пользовании.

Литература:

1. Фокин, К. В. Строительная теплотехника ограждающих частей зданий / К. В. Фокин. М.: Стройиздат, 1973. — 287 с.
2. Цай, Т. Н. Организация строительного производства: учебник для вузов / Т. Н. Цай, П. Г. Грабовый, В. А. Большаков и др. — М.: Изд-во АСВ, 1999. — 432 с.
3. Энергоэффективные дома (Электронный ресурс) URL: http://echodom.tripod.com/site/energy.html (Дата обращения 11.05.2016).
4. Энергоэффективные и комфортные дома Дании (Электронный ресурс) URL: http://portal-nergo.ru/articles/details/id/823 (Дата обращения 02.06.2016).
5. A. J. Marszal, P. Heiselberg, J. S. Bourrelle, E. Musall, K. Voss, I. Sartori, A. Napolitano. Zero Energy Building — A review of definitions and calculation methodologies // Energy and Buildings. 2011. no. 43. рр. 971–979.
6. Дроздов В. Ф. Отопление и вентиляция. Отопление. Учебник для строительных вузов. М.: Высшая школа, 1986
7. Соколов Е. А. Теплофикация и тепловые сети. 5-изд.- М.: Энергоиздат, 1982
8. Ионин А. А. и др. Теплоснабжение. М.: Стройиздат, 1989
9. Богословский В. Н., Сканави А. Н. Отопление. М: Стройиздат, 1991
10. Богуславский Л. Д., Ливчак В. И. Энергосбережение в системах теплоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха. М: Стройиздат, 1990
11. СНиП РК 4.02–42–2006 «Отопление, вентиляция и кондиционирование»
12. СП РК 4.02–17–2005 «Проектирование тепловых пунктов»
13. СНиП РК 3.02–43–2007 «Жилые здания»