Энергоэффективное проектирование и строительство
Поможем в ✍️ написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Энергоэффективное проектирование и строительство

Учебное пособие

для студентов и магистрантов  специальностей

«Строительство», «Производство строительных материалов, изделий и конструкций»

 

Уральск 2016

Составители: Шингужиева А.Б., ст.преп., маг. техн. наук,       

                   Маликова С.М., ст.преп., маг. техн. наук       

                         

 

Рецензенты: Нариков К.А., канд. техн. наук,

                  Билашев Б.А., канд. техн. наук

 

 

Энергоэффективное проектирование и строительство: учебное пособие для студентов и магистрантов специальностей «Строительство», «Производство строительных материалов, изделий и конструкций».

 

 

Обсуждено на заседании кафедры «Строительство и строительные материалы» протоколом № 9 от 25.04.2016 г.

Рекомендовано учебно-методическим бюро машиностроительного факультета  протоколом № 9  от  28.04.2016 г.

Одобрено УМС университета от _____2016 г., протокол №

 

В учебном пособии представлены основы проектирования и строительства энергоэффективного дома. Показаны особенности проектирования таких домов как за рубежом, так и в Республике Казахстан. Рассмотрены энергоэффективные технологии и материалы, применяемые при строительстве энергоэффективных зданий.

.

© НАО «Западно-Казахстанский аграрно-технический

университет им. Жангир хана», 2016

 

СОДЕРЖАНИЕ

Содержание…………………………………………………………….

3

Введение………………………………………………………………...

4

1 ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И СТРОИТЕЛЬСТВА ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОГО ДОМА………………………………….

  5
  1.1 Основы энергоэффективного проектирования и строительства……………………………………………………… 6
  1.1.1 Общие сведения об энергоэффективности……………..... 7
  1.1.2 Основные требования, предъявляемые к зданиям, и их элементам…………………………………………………………..   8
  1.1.3 Основные принципы проектирования энергоэффективных зданий……………………………………...   10
  1.2 Научные основы проектирования энергоэффективных зданий………………………………………………………………   12
  1.2.1 Актуальные вопросы энергосбережения…………….......... 12
  1.2.2 Методология системного анализа математической модели теплового режима здания…………………………….....   13
  1.3 Стратегия энергосбережения в сфере строительства и эксплуатации зданий и сооружений…………………………...   17
  1.3.1 Энергосберегающие градостроительные решения……….. 17
  1.3.2 Энергосберегающие архитектурно-планировочные решения……………………………………………………………   18
  1.3.3 Энергосберегающие конструктивные системы………..… 25
  1.3.4 Энергосберегающие инженерные системы…………….... 27
  1.4 Строительная энергетика и энергосбережение…………….. 30
  1.4.1 Обеспечение гарантированного и экономичного энергоснабжения…………………………………………………..   30
  1.4.2 Влияние на окружающую среду разработки и потребления энергетических ресурсов……………………….....   31
  1.4.3 Влияние зданий на инфраструктуру подачи энергии…….. 32
  1.4.4 Реструктуризация коммунальных служб………………….. 33
  1.4.5 Препятствия на пути повышения эффективности потребления энергии в зданиях…………………………………   33
  1.4.6 Необходимые энергетические нормы для новых зданий… 34
  Контрольные вопросы……………………………………………. 36

2 МИРОВАЯ И ОТЕЧЕСТВЕННАЯ ПРАКТИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ И СТРОИТЕЛЬСТВА………………………..

  38
  2.1 Мировая практика проектирования и строительства…….. 38
  2.2 Региональные программы экологического домостроения в Казахстане…………………………………………………………   46
  2.3 Исследование энергопассивного экодома…………………. 48
  2.3.1 Понятие «пермакультуры»………………………………… 48
  2.3.2 Проблемы строительства энергопассивного дома………. 50
  Контрольные вопросы ………………………………………….. 53

3 КОНЦЕПЦИЯ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИНВЕСТИЦИЙ В ТЕПЛОЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ЗДАНИЙ……………………………………………………………….

    54
  3.1 Общие положения…………………………………………… 54
  3.2 Оценка качества проекта в части энергообеспечения здания и энергосбережения в системах климатизации, тепло-, холодо- и электроснабжения здания……………………………     55
  3.3 Оценка экономической эффективности инвестиционного проекта теплоснабжения…………………………………………   58
  3.4 Оценка экономической эффективности инвестиций в энергосбережение………………………………………………..   59
  Контрольные вопросы …………………………………………… 64

4 МАЛОЗАТРАТНЫЕ ОПЕРАТИВНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ ПО ЭКОНОМИИ ЭНЕРГИИ………………………………………………

  65
  4.1 Общие положения……………………………………………. 65
  4.2 Энергетическая паспортизация зданий……………………. 66
  4.3 Управление тепло-энергопотреблением…………………… 66
  4.4 Регулируемая система вентиляции зданий………………… 67
  4.5 Газовые инфракрасные излучатели………………………… 69
  4.6 Совершенствование системы нормирования тепло-энергопотребления……………………………………………….   70
  4.7 Энергосберегающая санация зданий в Казахстане……….. 71
  4.7.1 Ситуация в Казахстане по модернизации жилых домов… 71
  4.7.2 Механизм финансирования многоквартирных жилых домов………………………………………………………………   75
  4.7.3 Положения закона РК «Об энергосбережении и повышении энергоэффективности», 2012 г…………………….   75
  Контрольные вопросы ………………………………………….. 77

5 ПИЛОТНЫЕ ПРОЕКТЫ ПО САНАЦИИ ЖИЛЫХ ДОМОВ В РЕСПУБЛИКЕ КАЗАХСТАН…………………………………………

  78
  5.1 Пилотный проект с энергосберегающими мероприятиями в г. Астана…………………………………………………………..   78
  5.2 Пилотный проект «Капитальный ремонт и модернизация жилого дома по ул. Мустафина-26, Караганда»……………….   82
  Контрольные вопросы ………………………………………….. 85

6 ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ И ИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ…………………….

  86
  6.1 Энергоэффективность наружных конструкций зданий….. 86
  6.2 Энергоэффективность инженерных систем……………….. 88
  6.3 Инженерные решения высотных жилых комплексов…….. 90
  Контрольные вопросы ………………………………………….. 93

7 ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ…..

94
  7.1 Общие сведения об энергоэффективных домах…………… 94
  7.2 Состояние вопроса…………………………………………… 95
  7.3 Энергоэффективный материал – пенобетон………………. 99
  7.4 Производство теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных материалов в виде плит и блоков (пеностеклокерамика, пеностекло)……………………………..     107
  7.5 Легкие пористые заполнители……………………………… 109
  7.6 Энергоэффективные технологии безобжиговых вяжущих... 112
  Контрольные вопросы …………………………………………… 114
  Глоссарий…………………………………………………………. 116
  ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ ЛИТЕРАТУРЫ 119

 

ВВЕДЕНИЕ

    Состояние экономики любых государств и жизненный уровень населения в большинстве случаев определяются наличием запасов топливно-энергетических ресурсов и эффективностью их использования. 

     В индустриально развитых странах в отличие от прежней стратегии на крупномасштабное наращивание производства энергетических ресурсов преимуществом энергетической стратегии является повышение эффективности пользования энергии у потребителей, т.е. энергосбережение. Многие страны, в том числе и  Казахстан разрабатывают национальные целевые программы по энергоэффективности зданий, экономии использования топливно-энергетических ресурсов, охватывающие комплекс мероприятий по совершенствованию структуры потребления энергоносителей, развитию материально-технической базы экономии ресурсов, более выгодному извлечению полезных элементов, использованию вторичного сырья, контролю и учету энергопотребления. 

    Главная стратегическая задача на сегодняшний день, требующая более глубокого использования разных ресурсов, принятия стабильной нормативно-правовой базы, которая бы учитывала особенности различных регионов – это модернизация и создание эффективной энергетической базы для развития регионов Республики Казахстан.

 

 

    1  ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И СТРОИТЕЛЬСТВА ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОГО ДОМА

   

    1.1 Основы энергоэффективного проектирования и строительства

 

    1.1.1 Общие сведения об энергоэффективности

    Залог безопасности и стабильности страны в экологической и энергетической сферах обеспечивается целенаправленной политикой энергосбережения, ее улучшения. Кроме того, обеспечение повышения энергоэффективности стимулирует внедрение новых инновационных технологий и решений, что в свою очередь стимулирует активное взаимодействие развития науки и разработка новых инновационных технологий. Посланием Президента Республики Казахстан народу Казахстана от 29 января 2010 года «Новое десятилетие – новый экономический подъем – новые возможности Казахстана» и Государственной программой по форсированному индустриально-инновационному развитию Республики Казахстан на 2010 - 2014 годы поставлены задачи по устойчивому и сбалансированному росту экономики. В области энергосбережения поставлена задача по снижению энергоемкости внутреннего валового продукта не менее чем на 10 % к 2015 году и 25 % к 2020 году. Кроме того, Президентом Республики Казахстан от 23 января 2013 года поручено Правительству Республики Казахстан обеспечить экономию потребления электрической энергии путем ежегодного 10-процентного снижения энергоемкости экономики в период 2013 - 2015 годов. Таким образом, энергосбережение отнесено к стратегическим задачам государства. Для достижения поставленных целей необходимо повышение энергоэффективности во всех отраслях, всех регионах и стране в целом [1].

Эффективное использование энергоресурсов является с одной стороны, достаточно важным и экономически целесообразным, с другой стороны, наименее используемым и наименее рациональным методом  повышения рентабельности предприятия.

    Правильное управление энергетической отраслью, умение оптимизировать энергетический баланс, умение правильно контролировать эффективность использования энергетических ресурсов – все приводит к энергосберегающему  эффекту в строительстве. Одним из важных результатов энергосбережения является сокращение энергетических расходов, т. е. финансовых затрат для обеспечения производственных процессов энергоресурсами, это с свою очередь, приводит к  уменьшение их доли в общих затратах на производство продукции.

    Начиная с 90-х годов понятие энергоэффективность узнают многие страны, благодаря многим  международным проектам. В будущем большинство развитых стран признают то, что экономия энергетических ресурсов станет такой отраслью, что каждая страна будет конкурировать друг с другом по энергосбережению. 

    Повышая энергоэффективность страны понимают, что они будут освобождены от зависимости потребляемых энергоресурсов, от вопросов несвоевременных поставок электроэнергии, высоких цен на электроэнергии, в том числе, и экологический фактор, отражающий на здоровье людей. Понятно, что собственники компаний, нацелены на конкурентоспособность в сфере энергосбережения.

  В промышленности энергоэффективность проявляется в том, чтобы выпускать продукцию с высоким качеством при минимальных затратах энергии.  А если экономятся энергоносители, соответственно и происходит экономия финансов.

    Поэтому развитые страны предпринимают меры по экономии энергоресурсов. Так, например, в Казахстане, Украине и России, а также во многих других странах, удельное потребление энергии выше, чем в странах ЕС примерно в 3 раза. Это говорит о том, что эти страны используют на единицу валового национального продукта (ВВП) почти в 3 раза больше энергетических носителей. Причины этого несколько это ориентированность на интенсивную добычу  энергии и соответствующую перерабатывающую промышленность, это и необходимость  в модернизации оборудования почти во всех секторах экономики. На потери электроэнергии существенным образом влиет устаревшее оборудование, используемые старые технологии.

    Вот некоторые показатели, которые повышают энергоэффективность предприятий:

1. Повышению конкурентоспособности предприятий.

2. Повышение прибыльности предприятий.

3. Улучшение качества продукции.

4. Снижение показателей затрат на энергоносители.

    1.1.2 Основные требования, предъявляемые к зданиям, и их элементам

Основные требования к зданиям:

1. Функциональная целесообразность, т.е.   здание должно быть комфортным в зависимости от его предназначения.

2. Техническая целесообразность, т.е. здание должно  надежно защищать людей, быть устойчивым (выдерживать внешние воздействия машин, людей) и долговечным (не терять своих качеств во времени).

3. Архитектурно-художественная выразительность, т.е. здание должно быть привлекательным по своему интерьеру.

4. Экономическая целесообразность. При строительстве расходуется минимальные расходы на труд, средств, времени, а получается   большая полезная площадь. Сюда включаются и эксплуатационные расходы в течение всего  срока эксплуатации здания. Однако некоторые задачи из   этих требований не могут решаться самостоятельно, они решаются во взаимодействии друг от друга. Поэтому проект должен быть результатом согласованного, взаимосвязанного решения, учитывая все требований, которые обеспечат в полном объеме использование здания по назначению, технические и эстетические качества, а также экономичность при строительстве и эксплуатации. Экономичность возведения, правильная эксплуатация  здания учитывается в большей степени. Экономичность здания можно разделить на следующие составляющие:

    1. Индустриализацию -   организацию строительного производства, которую рассматривают как механизированный и автоматизированный поточный процесс сборки и монтажа зданий из крупноразмерных конструкций, в том числе укрупненных элементов заводского изготовления. Сборные элементы, изготовленные на специальных заводах, и их механизированный монтаж позволяют существенно снизить затраты труда на строительной площадке, уменьшить количество отделочных работ на стройке, повысить качество строительства и сократить его сроки строительства. 

    2. Вторая составляющая экономичности здания — эксплуатационные расходы — связана, главным образом, с ежегодными затратами на отопление здания. Мощность отопительных установок, количество отопительных приборов и ежегодные затраты на топливо связаны с решениями наружных ограждающих конструкций (их теплозащитными качествами), степенью остекления наружных стен и т. д.

    При сокращении энергетических затрат оптимальный выбор толщины ограждающих конструкций, качество их материалов играют   дольно важную роль в уменьшении эксплуатационных расходов. 

    3. Третья составляющая экономичности — стоимость амортизации здания — находится в непосредственной зависимости с долговечностью конструкций и строительных материалов: чем оно дольше будет служить, тем меньше величина ежегодной амортизации.

    Таким образом, экономичность архитектурно-конструктивных решений находится в прямой зависимости от целесообразности принятых технических решений, рациональности объемно-планировочных решений, рационального использования строительных ресурсов и ряда других факторов.

     Одной из современных тенденций жилищного строительства является разработка и проектирование зданий, в которых бы сочетались комфорт планировочных решений, экологичность и энергоэффективность.

     Почти половина потребления в развитых странах идет на жилые дома. В связи с этим,   одним из главных  методов ресурсосбережения становится улучшение энергоэффективности зданий. 

    Инновационным направлением в строительстве является создание энергоэффективных домов. Основной принцип проектирования энергоэффективного дома - поддержание комфортной внутренней температуры без применения систем отопления и вентиляции за счет максимальной герметизации здания и использования альтернативных

источников энергии. Энергопотребление здесь является критерием для классификации таких домов.

    Если затраты на отопление помещений в год составляют: 

1) меньше 90 кВч/м² - дом энергоэффективный; 

2) меньше 45 кВч/м² - энергопассивный; 

3) меньше 15 кВт ч/м² - нулевого энергопотребления (на отопление ничего не тратится, однако требуется энергия для подогрева воды). 

 

 

    1.1.3 Основные принципы проектирования энергоэффективных зданий

    Проектирование энергоэффективного дома начинается с изучения местности, т. е. рельефа; климата; состава воздуха и наличия в нём химически агрессивных веществ. Затем выбираются оптимальные технологии строительства. 

    Энергосберегающие активные и пассивные дома весьма разнообразны, такие дома проектируются  с нуля. Типовых экодомов по сути не бывает, поскольку даже ближайшие здания могут по-разному освещаться солнцем, находиться на разных высотных отметках.

     Многие зарубежные страны с суровыми зимами, чаще всего  использовали  каркасное строительство. Такие  конструкции с финансовой точки зрения относительно дешевые и доступные, в тоже время они  позволяют гибко варьировать планировку здания, а многослойные стеновые панели обеспечивают  хорошую теплоизоляцию.

    Другие перспективные технологии – технология ЭкоТерм, технология SIP, дома из самана, арболита, клееного бруса, сетчатые оболочки и т.д. Выбор проектирования и строительства зданий, выбор технологии и организации строительства обуславливается, главным образом, рельефом и характером грунта, на котором будет стоять здание. А также большое значение имеет местная инфраструктура строительных материалов.

    Макет будущего здания разрабатывается проектировщиками и архитекторами, для этого им нужны сведения климатических условий, о месте строительства зданий. Необходимо учесть то, что необходимо выбрать ориентацию дома таким образом, чтобы площадь поверхностей, обращённых к солнцу, была наиболее максимальной. Такое обращение обеспечивает естественный нагрев и освещение, а также имеется возможность использования установок солнечной энергетики и накопителей тепла. Оконные проёмы являются основным каналом энергообмена между домом и улицей. Поэтому открытие и закрытие жалюзи, от которых напрямую зависит освещение, поглощение и отдача тепла, во многом осуществляется автоматически. За это отвечают интеллектуальные системы управления – наследство «умных» домов.

    Например, если в помещении никого нет и, следовательно, нет необходимости в освещении, полоски жалюзи разворачиваются «поглощающей» тёмной стороной к стеклу. Разумеется, сами окна энергоэффективных домов – это стеклопакеты с качественной теплоизоляцией. В мире страны используют альтернативные источники энергии, но более выгодными и эффективными являются солнечные батареи, миниатюрные ветряные электростанции, геотермальные скважины, тепловые насосы.

    Солнечные батареи, миниатюрные ветряные электростанции зависимые источники, зависят от климатических условий, от ветра, в связи с этим, применимы только там, где есть ветра и постоянное солнцестояние. Тем не менее, КПД современных солнечных панелей достаточен, чтобы обеспечивать здание электричеством даже в высоких широтах и странах с малым количеством ясных дней.

    Геотермальные скважины могут использоваться, если допустимо глубинное бурение. Отличие их от двух первых источников состоит в том, что их закладывают одновременно с фундаментом, и перепланировка геотермальных источников энергии практически невозможна. Тепловые

насосы – установки, напрямую использующие второй закон термодинамики; они позволяют использовать тепло прямо из недр земли и воздуха, при этом необязательно тёплых. Несмотря на простоту принципа, эффективность тепловых насосов не слишком высока.

     1.2  Научные основы проектирования энергоэффективных зданий

    1.2.1 Актуальные вопросы энергосбережения

    Республика Казахстан одна из первых среди государств бывшего Советского Союза провела реформу жилищно-коммунального хозяйства. Сегодня правительство Республики Казахстан целенаправленно разрабатывает различные мероприятия  по вопросу энергоэффективности и энергосбережения. Основной целью является внедрение в сферу жилищно-коммунального хозяйства энергосберегающих и ресурсосберегающих мероприятий.

    Жилищный фонд Республики Казахстан составляет 267,8 млн. м2, общее годовое потребление тепловой энергии 74,8 млн. Гкал (240 кВт/), электроэнергии 8319,6 млн. кВт/ч. В связи с тем, что значительная часть городского жилого фонда была построена в 1960-1990 годы они оборудованы неэффективными теплоизоляционными ограждающими конструкциями и системами теплоснабжения, что приводит к значительным тепловым потерям.

    По данным Комитета по государственному энергетическому надзору, основная часть энергопотерь приходится на отопление. Специалистами подсчитано, что до 70 % теплопотерь в обычном здании «обеспечивают» окна и двери. До 30% тепла теряется через кровлю и стены. В итоге: на обогрев одного квадратного метра в Казахстане требуется в четыре раз больше топлива, чем в такой же холодной стране, как Финляндия: 240 против 82 кВт/кв.м. в год.

    Общие потери энергии в существующих системах теплоснабжения и горячего водоснабжения достигают в отдельных регионах Казахстана до 40%. Поэтому борьба со сверхнормативными потерями может принести значительный эффект. Потенциал энергосбережения в секторе теплоснабжения и теплопотребления по оценкам экспертов составляет не менее 20% и оценивается приблизительно в 4,6 млн. тонн условного топлива в год.

    Жители своих домов могут эффективно экономить электроэнергию, также большой эффект энергоэффективности в сфере теплоснабжения, дают мероприятия по уменьшению потерь при производстве и транспортировке тепловой энергии.

    Эффективное применение, закрепленное в новом законе

«Об энергосбережении» норм, обязывает при строительстве жилых и общественных зданий устанавливать автоматизированные системы регулирования теплопотребления в тепловых пунктах и автоматических термостатических клапанов на отопительных приборах, которые способствуют успешной реализации политики энергосбережения в секторе теплоснабжения и теплопотребления в существующем жилищном фонде.

    Энергоэффективность, вопросы энергосбережения в нашей стране фигурируют практически  во всех основных стратегических документах:

• Концепция перехода Республики Казахстан к устойчивому развитию на 2007-2024 годы.

• Стратегия индустриально-инновационного развития Республики Казахстан на 2003-2015 годы.

• Стратегия вхождения Казахстана в число пятидесяти наиболее конкурентоспособных стран мира, обозначенной в Послании Президента страны народу Казахстана от 1 марта 2006 года.

• Отраслевая программа модернизации жилищно-коммунального хозяйства до 2020 года.

• Программа «30 корпоративных лидеров Казахстана», другие государственные документы Республики Казахстан.

    Согласно Отраслевой программе модернизации жилищно-коммунального хозяйства до 2020 года и Комплексного плана по его реализации на 2010-2014 годы, проводятся энергетические обследования с применением тепловизионного неразрушающего контроля в целях паспортизации объектов жилищно-коммунального хозяйства.

    Низкий уровень энергоэффективности является существенной  проблемой большого потребления энергоресурсов жилыми и социальными зданиями. Коммунальное хозяйство теряет порядка 35% тепловой энергии, а электроэнергии до 17%. Тепловые пункты, распространенные системы теплопотребления не позволяют управлять температурным режимом и тем самым экономить в оплате за тепловую энергию.

    Существенное влияние на энергосбережение зданий оказывает тот фактор, что еще раньше построенные здания не соответствовали стандартам энергосбережения.

 

    1.2.2 Методология системного анализа математической модели теплового режима здания

    Нарастающий темп строительства зданий различного технологического назначения с эффективным использованием энергии начинает проявляться. По оценке энергоэффективности зданий  в международной практике появились нормативные документы, такие как стандарты, правила и другие виды.

    Существует необходимость и научных подходов, научных методов, использование которых учитывается при  проектировании зданий. Не менее остро ощущается также и необходимость уточнения терминологии.

Необходимо дать научные определения двум понятиям: энергоэффективным зданиям и энергоэкономичным зданиям.

Дадим следующие определения. Энергоэффективное здание включает в себя совокупность архитектурных и инженерных решений, наилучшим образом отвечающих целям минимизации расходования энергии на обеспечение микроклимата в помещениях здания.

    Энергоэкономичное здание включает в себя отдельные решения или систему решений, направленных на снижение расхода энергии на обеспечение микроклимата в помещениях здания. Из представленных  определений вытекает то, что есть различия между энергоэффективным и энергоэкономичным зданиями. Первое определяет результат выбора определенными научными методами совокупности технических решений, наилучшим образом отвечающих поставленной цели. Второе же -  результат суммирования ряда энергосберегающих решений в одном объекте.

С точки зрения современной науки, задача проектирования энергоэффективных зданий относится к так называемым задачам "системного анализа" или задачам "исследования операций", поиск решения которых связан с выбором альтернативы и требует анализа сложной информации различной физической природы [2, 3]. Цель методов системного анализа или исследования операций - предварительное количественное обоснование оптимальных решений. Оптимальными здесь называются решения, которые по тем или иным признакам предпочтительнее всех других.

  Исследование операций включает в себя три главных направления:

- построение математической модели, то есть описание процесса на языке математики;

- выбор целевой функции. Это исследование включает в себя определение ограничивающих условий и формулирование оптимизационной задачи;

- решение поставленной оптимизационной задачи.

Заметим, что принятие окончательного решения выходит за рамки исследования операций и относится к компетенции ответственного лица (чаще группы лиц), которому предоставлено право окончательного выбора и на которого возложена ответственность за этот выбор. Ответственное лицо при  выборе окончательного решения, может учитывать вместе  с рекомендациями, исходящими из математического расчета, также исходя из некоторых соображений количественного и качественного характера, которые в этих расчетах не были учтены.

    Чтобы изучить модель теплового режима здания необходимо ее разложить на несколько составляющих, взаимосвязанных элементов, более удобных для изучения. Это:

- математическая модель теплоэнергетического воздействия наружного климата на здание;

- математическая модель теплоаккумуляционных характеристик оболочки здания;

- математическая модель теплоэнергетического баланса помещений здания.

Оптимизационная задача для энергоэффективного здания имеет следующее содержание: определить показатели архитектурных и инженерных решений здания, обеспечивающих минимизацию расхода энергии на создание микроклимата в помещениях здания. В обобщенном математическом виде целевую функцию для энергоэффективного здания можно записать так:

Qmin = F (ai), (1.1)

 

где Qmin - минимальный расход энергии на создание микроклимата в помещениях здания;

ai - показатели архитектурных и инженерных решений здания, обеспечивающих минимизацию расхода энергии.

 При реальном проектировании многие здания не могут быть эффективными по разным соображениям, например, при математическом моделировании были допущены ошибки. В данной ситуации  целесообразно ввести показатель, характеризующий процент отличия реализованного решения от оптимального. В другом смысле данный  показатель может служить критерием оценки искусства архитектора проектировщика. Назовем эту величину "показателем теплоэнергетической эффективности проектного решения" и обозначим h, которая вычисляется по формуле:

 

h = Qэф/Qпр, (1.2)

 

где Qэф - расход энергии на создание микроклимата в помещениях энергоэффективного здания;

Qпр - расход энергии на создание микроклимата в помещениях здания, принятого к проектированию.

 Учитывая то, что три представленные модели, взаимосвязаны, можно записать следующую зависимость между ними:

 

h = h1•h2•h3 , (1.3)

 

где h1 - показатель теплоэнергетической эффективности оптимального учета воздействия наружного климата на здание; h2 - показатель теплоэнергетической эффективности оптимального выбора тепло- и солнцезащитных характеристик наружных ограждающих конструкций; h3 - показатель теплоэнергетической эффективности оптимального выбора систем обеспечения микроклимата.

  Известно, что форма здания существенно влияет на тепловой режим здания. Теплоэнергетическое воздействие наружного климата на тепловой баланс здания может быть оптимизировано за счет выбора формы здания (например размеры и ориентация берутся во внимание, если здания прямоугольной формы), расположения и площадей заполнения световых проемов, регулирования фильтрационных потоков.      Например, удачный выбор ориентации и размеров здания прямоугольной формы дает возможность в теплый период года уменьшить воздействие солнечной радиации на оболочку здания и, следовательно, снизить затраты на его охлаждение, а в холодный период - увеличить воздействие солнечной радиации на оболочку здания и уменьшить затраты на отопление. Аналогичные результаты будут получены при удачном выборе ориентации и размеров здания по отношению к воздействию ветра на его тепловой баланс.

Методология проектирования систем отопления, вентиляции, кондиционирования основана на расчетах тепловых и воздушных балансов здания для характерных периодов года. Например, для РК этими периодами года являются: наиболее холодная пятидневка, отопительный период, самый жаркий месяц, период охлаждения, расчетный год. В этом случае оптимизация теплоэнергетического воздействия наружного климата на тепловой баланс здания за счет выбора его формы и ориентации даст следующие результаты:

- для наиболее холодной пятидневки - снижение установочной мощности системы отопления;

- для отопительного периода - снижение затрат теплоты на отопление;

- для самого жаркого месяца - снижение установочной мощности системы кондиционирования воздуха;

- для периода охлаждения - снижение затрат энергии на охлаждение здания;

- для расчетного года - снижение затрат энергии на обогрев и охлаждение здания.

Для любого периода года возможна оптимизизация теплоэнергетического воздействия наружного климата на тепловой баланс здания.

  Важно отметить следующее: изменение формы здания или его размеров и ориентации с целью оптимизации влияния наружного климата на его тепловой баланс не требует изменения площадей или объема здания - они сохраняются фиксированными.

 

    1. 3 Стратегия энергосбережения в сфере строительства и эксплуатации зданий и сооружений

    1.3.1 Энергосберегающие градостроительные решения

    В строительстве зданий  энергоэффективность – это комплекс мероприятий, направленных на снижение  потребляемой зданиями энергии. Данная энергия необходима для поддержания в помещениях нормальных условий в помещениях при соответствующем технико-экономическом обосновании используемых мероприятий и обеспечении безопасности. Таким образом, понятие энергоэффективности неразрывно связано с энергосбережением. Но только в том случае, все внедряемые  мероприятия, направленные на снижение потребляемой зданиями энергии, технически осуществимы, экономически обоснованы и экологически безопасны.

    Требуется системный подход к решению данной проблемы. Системный подход означает, что должны учитываться все стороны, то есть весь комплекс энергосберегающих мероприятий, к которым относятся архитектурно-планировочные, конструктивные, инженерные и другие виды.

     Программно-целевой метод разработки и реализации системы энергосберегающих мероприятий, ориентированных на получение конечного результата – максимальную экономию невозобновляемых топливных ресурсов при минимальных затратах средств и времени на достижение этой цели.

    Целенаправленная  ориентация научной, проектной и практической деятельности по энергосбережению на наиболее энергоемкую сферу эксплуатации основных фондов, реализация энергосберегающих технологий обеспечивает более 90% потенциального эффекта по энергосбережению за счет модернизации и реконструкции эксплуатируемых зданий, сооружений, инженерных систем, коммуникаций и энергетических объектов.  

    По экспертным оценкам системная реализация энергосберегающих мероприятий позволяет сократить эксплуатационные энергозатраты в жилищном секторе в 2,0–2,5 раза. При этом удельная доля энергосбережения за счет совершенствования градостроительных решений составит 8–10%, архитектурно-планировочных решений – до 15%, конструктивных систем – до 25%, инженерных систем, включая системы вентиляции – до 30%, за счет совершенствования технологии эксплуатации, включая установку приборов учета, контроля и регулирования тепло-, водо- и электропотребления – до 20%.

    Энергосберегающие градостроительные решения:

1.  Рекомендуется примерно в течении 20 лет производить расширение не территорий, а рационально использовать уже застроенные районы, тем самым не будут увеличиваться протяженность магистральных теплопроводов, энергетических носителей, транспортных маршрутов и др.

2. Использовать автономное отопление, расположенное вблизи строительных объектов, разработать технико-экономические обоснования комплексного использования традиционных централизованных и нетрадиционных систем теплоснабжения.

3. Разработать целенаправленные программы  по уменьшению свободных территорий, завершения застройки жилых кварталов и микрорайонов, завершить организацию замкнутых дворовых и внутриквартальных территорий.

4. Разработать генеральные программы, бизнес-планы и другие необходимые документы вторичной застройки реконструируемых малоэтажных жилых кварталов с утеплением наружных стен конструкций уже построенных домов в соответствии с новыми теплотехническими стандартами и нормативами. Перейти на автоматизированные индивидуальные тепловые пункты. Произвести реконструкцию тепловых сетей, использовать  котельные для отопления и горячего водоснабжения.

5. Должны использоваться собственные резервы недр, т.е. теплота земли для вспомогательных помещений, находящихся на цокольном этаже, данные помещения могут использоваться для подземного пространства, для размещения стоянок автомашин, складских и вспомогательных помещений.

 

 

    1.3.2 Энергосберегающие архитектурно-планировочные решения

    Установлено, что большое влияние на удельные теплопотери в жилых и общественных зданиях оказывают их объемно-планировочные решения. Таковыми можно назвать  соотношение площади ограждающих конструкций к общей площади зданий, соотношение площади оконных проемов к площади наружных стен, ориентации, конфигурация зданий в плане.

    Рекомендуемые решения:

• Переход на проектирование и строительство жилых многоквартирных домов типа общежитий с сокращением на 20–30% удельной площади ограждающих конструкций на квадратный метр площади жилья.

• Использование домов общежитий  при вторичной застройке реконструируемых кварталов, в том числе с возведением вторичной застройки на месте существующих двух-пятиэтажных домов без их сноса, но с одновременной реконструкцией и продлением жизненного цикла до уровня новых зданий.

• Возведение мансардных этажей на существующих зданиях с ограждающими конструкциями повышенной теплозащиты, соответствующей второму этапу норм “Строительная теплотехника”, исключает тем самым сверхнормативные потери тепла через покрытия реконструируемых зданий.

    3. Энергосберегающие конструктивные системы. Наиболее рациональными видами энергоэффективных наружных ограждающих конструкций являются многослойные композитные конструкции стен и покрытий с использованием минеральных эффективных материалов.

    Утепление наружных стен построенных домов новыми теплозащитными материалами – вот один из способов теплосбережения. Утепление наружных стен – самый дорогостоящий и трудоемкий процесс - обеспечивает снижение тепло потерь примерно на 12–15%.

    Так называемые вентилируемые фасады, невентилируемые конструкции с применением полистирольных, минераловатных и других плит, большое разнообразие сочетаний данных материалов, разнообразные технологии крепления таких материалов, использование местных утеплителей в сочетании с данными видами материалов – это наиболее распространенные и широко известные способы утепления наружных стен.

 

    Широко используется при утеплении наружных стен крупнопанельных жилых домов в Германии, Польше, Финляндии и в нашей стране многослойная теплоизоляционная система.

    Разнообразные технологии используют многие страны, так, например, в Белоруссии при утеплении крупнопанельных домов используют технологию, так называемую «термошуба».

    Российские ученые тоже разрабатывают новые способы утепления наружных стен зданий, ими был получен универсальный сухой способ утепления наружных стен зданий и сооружений для всех климатических поясов России. Новый способ утепления может быть использован как для утепления существующих зданий, так и при возведении новых зданий повышенной теплоэкономичности в монолитном, панельном и блочном исполнении.

 

    При утеплении наружных стен зданий исключаются такие виды работ, как и энергоемкие процессы.

    Могут быть использованы утеплители различного вида (засыпные, заливные, плитные, в виде матов, в том числе местного изготовления).

    Значительно повышаются архитектурно-эстетические качества наружной отделки фасадов зданий.

В нашей стране имеют место эффективные системы производства тепловой энергии, методы ее транспортировки с наименьшими потерями и технологии экономного потребления. С давних времен при строительстве зданий  массивные каменные и деревянные стены, оконные проемы имели небольшую площадь. В  период с 50-х до 60-х годов повсеместно  строились панельные дома. В связи с тем, что до 1994 года существовали очень низкие строительные нормы теплоизоляции конструкций, дома, построенные в этот период, были построены именно по таким низким нормам. Поэтому население, проживающее в таких домах, не могут повлиять на уменьшение тепло потерь в связи с тем, что отопление у них централизованное. Отсутствует и финансовая мотивация в экономии потребления энергоресурсов. Поэтому главной частью нового этапа жилищной политики – это развитие строительства,  модернизация и реконструкция существующего жилищного фонда с учетом сохранения и обновления жилья, снижения затрат на энергопотребление.

Применение ресурсo- и энергоэффективных конструкций на основе смешанных архитектурно-строительных систем с использованием эффективных утеплителей снижает удельный вес здания примерно 2-2,5 раза по отношению к традиционным конструкциям.

Энергоэффективным будет считаться дом, если будет учитываться обеспечение энергоэффективности зданий, системы теплоснабжения. Если примерно 30 % энергоресурсов связано с незначительными потерями в установках генерации, при транспортировке, распределении и учете тепловой энергии, то значительные потери энергии происходят непосредственно при потреблении. Одна из них на данном этапе - теплоизоляция ограждающих конструкций (в том числе светопрозрачных ограждений). Внедрение сборного железобетона положило начало новой ступени развития "архитектуры" с широким применением типового проектирования.

 Особое значение приобретают вопросы, связанные с окружающей средой, стоимостью, комфортом и надежностью эксплуатации зданий. Ошибки, допускаемые проектировщиками при проектировании домов, устаревшие нормы и правила, дефекты в период строительства и эксплуатации, все это ведет к избыточным потерям тепла в зданиях. Относительный расход тепла на отопление зданий связан, прежде всего, с их геометрическими параметрами и функционально зависит от объемно-планировочного коэффициента (отношение периметра к площади здания или помещения при постоянной величине высоты этажа).

Следует иметь в виду, что из-за многофакторности исходных предпосылок, влияющих на оптимальный модуль ячейки, не может существовать одного оптимального решения, а должна рассматриваться целая область вариантов. Это означает, что в основу проектирования должен быть положен ряд ячеек разных размеров, по которым прослеживается динамика изменения относительного расхода тепла. Таким образом, существует возможность определить наиболее экономичные модульные конструктивные ячейки. Расчеты показывают, что увеличение размера ячейки от 3,6 до 6 м приводит к снижению расхода тепла почти на 40 %. При дальнейшем увеличении - от 6 до 8,4 м и от 8,4 до 10,8 м - расход снижается только на 25 %, с 10,8 до 13,2м - на 18,5% и с 13,2 до 15,5 м - на 17%. Таким образом, варианты геометрических параметров энергоэкономичных ячеек целесообразно рассматривать в диапазоне от 3,6 до 10,8 м с учетом применения различных конструкций и материалов. Однако выбор оптимальной величины модульной конструктивной ячейки должен быть обоснован с точки зрения расхода не только тепла, но и основных строительных материалов и трудоемкости.

Расходуя минимум строительных материалов, мы получаем надежные оптимальные размеры несущих конструкций. Практика проектирования показывает, что увеличение пролета здания в 2 раза приводит к четырехкратному увеличению изгибающего момента, то есть к существенному утяжелению конструкций, поэтому размеры пролета должны определяться фактически необходимым свободным пространством. В противном случае увеличение габаритов ячейки при компоновке здания может оказаться дорогостоящим.

В связи с тем, что раньше здания строились однотипными, у таких домов не было возможности сохранять тепло, уменьшать энергопотери. Поэтому сегодняшнее строительство требует поиски новых типов зданий, связанные с необходимостью изменения строительной типологии дома в соответствии с современными экономическими условиями. Они  направлены на создание новых идеи проектировщиков, которые бы расширили бы возможности вариантного проектирования. Практика проектирования показывает, что в малоэтажном и многоэтажном домостроении предпочтительными и оптимальными являются пролеты 4,8 м и 7,2 м. Пролет 4,8 м обеспечивает оптимальные архитектурно-планировочные решения в соответствии с действующими нормами проектирования. Он дает возможность получить необходимую ширину корпуса здания, а также самые разнообразные типы домов по двухпролетной схеме. Данная схема допускает изменение  объемно-планировочных решений и вариантность проектирования. Пролет 7,2 м при однопролетной схеме оптимален для всех типов домов и позволяет осуществить кардинальную трансформацию архитектурно-планировочного пространства. Предпочтительность проектирования малоэтажных зданий на пролете 4,8 м и соответствующей ему конструктивной ячейке подтверждается современной отечественной и зарубежной практикой (в Швеции, США, Италии используется шаг стен, близкий к 4,8 м).

Современное строительство нацелено на  расширение типологии жилых зданий. Новые объемно-планировочные решения, новые типы зданий потребуют разделение в зависимости от уровня спроса и доходов потребителя. Однако будут соблюдаться требования  энергосбережения. Типология жилого дома оказывает огромное влияние на потребление энергии, а главное - на эффективность ее распределения.

Сегодня много строительных компаний используют типовые проекты зданий и сооржений, где предусмотрено только утепление ограждающих строительных конструкций. Но не смотря на  новые требования по вопросам усиленной теплоизоляции, применение более новейших технологий, про застройщики не выполняют требования.

Открытая архитектурно-строительная система включает:

- модули различных подсистем, для которых можно применить взаимозаменяемые узлы, детали и конструкции, созданные на основе существующей нормативной базы строительства;

- новые возможности объемно-планировочных и конструктивных решений, которые будут благоприятно влиять на микроклимат помещений;

- большой выбор  унифицированных строительных изделий, конструкций которые могут применяться для возведения зданий различного назначения;

- охват строительства как малоэтажного (до 4 этажей включительно) на основе легких унифицированных конструкций, деталей и элементов, так и многоэтажного - на основе каменных материалов или металлических конструкций, а также разнообразных легких ограждающих конструкций;

- единую модульную систему и конструктивные элементы, взаимозаменяемые с элементами других архитектурно-строительных систем в соответствии с заданным уровнем унификации.

Высокий уровень унификации конструкций, изделий и элементов обеспечивается набором:

- универсальных конструкций и элементов, из которых можно проектировать различные варианты систем;

- универсальных узлов и сопряжений, обеспечивающих совместимость элементов независимо от выбранной конструктивной системы.

Создание открытой архитектурно-строительной системы на основе единой модульной координации должно обеспечить привязку всех элементов здания к модульным разбивочным осям и монтажным горизонтам независимо от материала и толщины сопрягаемых элементов и расположения их в плане.

     Одним из актуальных направлений ресурсо- и энергосбережения является создание новых энергоэффективных строительных конструкций массового применения, такие как энергоэффективные ограждающие конструкции, светопрозрачные ограждения, степень теплозащиты таких элементов очень высокая. Производство таких изделий должно составлять основу строительной индустрии, а их применение позволит уменьшить стоимость, повысить качество и ускорить сроки возведение объектов. Широкая номенклатура конструкций дает возможность проводить многовариантное проектирование, детально и с высокими потребительскими свойствами, т.е. надежностью, долговечностью, экологичностью, эстетичностью, отрабатывать конструктивные решения.

Архитектурная выразительность невозможна без светопрозрачных конструкций, без светопрозрачных фасадов. Использование надежных стеклопакетов, остекленных элементов, таких как двери, окна, витражи позволяет сократить потери тепла от общих в здании до 30-40 %.

На сегодняшний день большое разнообразие кирпичей применяют для строительства зданий. Наряду с монолитным строительством, в качестве несущих стен для малоэтажного строительства часто применяют штучные материалы, т.е. кирпичи, блоки и т.д., которые отвечают требованиям теплоэффективности жилых зданий.

Строительство зданий и сооружений должны осуществляться из конструкций, произведенных из местных строительных матералов, из отходв промышленности, используется местное дерево, а также созданные на основе тонкостенного металлического холодногнутого профиля и эффективных утеплителей.

Если говорить о развитии деревянного домостроения, можно отметить, что  необходимо наладить массовый выпуск индустриальных конструкций, элементов, используя  открытую систему типизации, то есть необходимо переходить от проектирования типовых домов к унифицированным конструкциям для различных типов зданий.

Для возведения балок, плоских рамных систем, пространственных ферм покрытий применяют  тонкостенные металлические несущие элементы, детали, изделия. В связи с тем, что данные элементы, детали легко подаются обработке, наличие разнообразных форм сечений, целесообразно использовать в качестве  несущих элементов зданий, кровли, стеновых панелей и т.д. Системы из монолитного железобетона на основе оставляемой опалубки из эффективных утеплителей являются стеновыми или каркасными. В зависимости от типа элементов опалубки они обеспечивают строительство стен и перекрытий зданий любой этажности, но особенно эффективны в малоэтажном жилищном строительстве в районах со сложными инженерно-геологическими и погодными условиями.

Чтобы перейти к открытой архитектурно-строительной системе необходимо полностью перестраивать предприятия домостроения и промышленности строительных материалов. Важно помнить, что учитываетя необходимость изменения производства на всех этапах создания готовой строительной продукции, т.е. от проектирования до возведения жилых зданий, также включается разработка сырьевых запасов, производства энергоэффективных строительных материалов и выпуска строительных конструкций.

Основной идеей нынешней политики в строительной индустрии является то, что главное не только строить новые энергоэффективные здания, но и также модернизировать и провести реконструкцию существующего фонда жилья, учитывая, конечно, его сохранение и обновление, снижение расходов энергопотребления иповышение долговечности здания.

В настоящее время требуется коренная комплексная реконструкция многих районов, изменение их пространственно-планировочной структуры, обновление архитектуры жилых домов, повышение технического качества квартир и инженерного оборудования. К основным объектам реконструкции подлежат застройки, построенные более 50 лет назад, здания морально и технически устаревшие по архитектурно-планировочным и техническим соображениям, непривлекательным фасадом, районы с безхозными дворами, внутриквартальными и микрорайонными пространствами, в которых нет достаточно оптимальных условий для людей и  содержать которые в новых экономических условиях непосильное дело для муниципальных служб.

Зарубежный и отечественный опыт реконструкции показывает, что здание может быть повышено на 1-2 этажа за счет его расширения, увеличения размеров кухонь и летних помещений. Устройство мансард не только увеличивает общую площадь дома на 20-40 %, но и уменьшает потери тепла через кровлю на 7-9 %, значительно улучшая архитектурную выразительность здания.

В условиях рыночных отношений (установленной стоимости на землю, резко возросшей стоимости энергоносителей и основных строительных материалов) особенно ярко проявляется экономическая эффективность по следующим позициям:

- реконструкция не требует нового участка земли;

- прирост жилой площади происходит за счет реализации резервов на существующих территориях, а также градостроительного освоения мало уклонных, плоских крыш и пустующих чердаков зданий, пригодных для устройства надстроек (в том числе мансардного этажа как наиболее оптимального варианта) без отселения жителей, что в 1,5 раза дешевле, чем строительство на новых территориях. На 25-40 % снижаются расходы на создание инженерной и транспортной инфраструктуры;

- реконструкция - одно возможность изменения пространственной гармонии в домах;

- перспективность для вкладчиков, получение больших площадей для своего жилья – все это дает нам реконструкция жилья. Она повышает  социальную привлекательность жилья.

Как большие, так и малые города имеют возможность усовершенствовать архитектурно-градостроительные и социальные решения за счет реконструкции. Парадокс в том, что необходимо знать каким образом и в каких объемах производить изменения, чтобы  на эти изменения не потребовалось слишком больших материальных затрат, чтобы условия жизни для людей оставались благополучными. Одна из важнейших задач проведения реконструкции жилищного фонда - это разработка стратегических направлений, определяющих архитектурную, градостроительную и техническую политику, которая бы обеспечивала динамику роста возобновления жилья и устойчивое развитие городов.

    1.3.3 Энергосберегающие конструктивные системы

    Конструктивная система универсального способа утепления наружных стен зданий предусматривает механическое крепление на расчетном расстоянии от стены облицовочных бетонных плиток заводского изготовления и заполнение образуемого пространства утеплителем.

    Теплопотери через окна достигают 50% от общих тепло потерь через ограждающие конструкции, поэтому в первую очередь необходимо повышать теплозащитные качества окон. Оконные заполнения из древесины и стеклопластика с тройным остеклением, в виде стеклопакетов, с двойным остеклением и слоем пленки обеспечивают нормативные теплозащитные требования. При реконструкции снижение теплопотерь через окна может быть обеспечено посредством утепления откосов с установкой наличников и путем установки светопрозрачного экрана в межстекольном пространстве оконного блока с раздельными или спаренными переплетами.

    Введение экрана позволяет ограничить естественную конвекцию в прослойках и добиться расчетного режима теплопроводности в окнах.

При одновременном учете светотехнических и теплотехнических свойств конструкций, окна с экранами имеют большую энергоэффективность.

    Одним из направлений развития энергосбережения в строительстве являются окна с теплоотражающими стеклами. Использование таких окон в жилищном строительстве позволяет снизить потери тепла через них до 40 % энергии. В этом случае окупаемость дополнительных затрат не превышает 1,5 лет.

    Сейчас прогресс не стоит на месте, все много новых материалов, новых технологий приходят в наш дом. Да, раньше использовались  такие строительные материалы, как древесина, сталь и алюминий для изготовления оконных переплетов. Однако сегодня рынок представлен новейшими современными строительными материалами. Среди полимерных материалов для применения в конструкциях оконных и дверных блоков широкую популярность получили стекло наполненные термореактивные материалы на основе полиэфирных смол – полиэфирные пластики. Данные материалы практически не имеют недостатков, они обладают всеми положительными качествами полимеров. Например, полиэфирные стеклопластики обладают теплопроводностью дерева, прочностью и долговечностью металла, биологической стойкостью, влаго- и атмосферостойкостью полимера. Сравнительные физико-механические и теплофизические свойства различных материалов показаны в таблице 1.

 

Таблица 1 Сравнительные физико-механические и теплофизические свойства материалов

 

Физико-механические характеристики Стеклоплас-тик Стекло ПВХ Сталь Алюминий Древеси-на (сосна)
Плотность, т/м3 1,6-2,0 2,2 1,4 7,8 2,7 0,46-0,53
Разрушающее напряжение при сжатии (растяжении), мН/м2(мПа) 410-1180 35 41-48 410-480 80-430 40-80
Разрушающее напряжение при изгибе, мН/м2 (мПа) 690-1240 25-50 80 400 275 80
Модуль упругости при растяжении, гПа 21-41 50-85 2,8 210 70 11
Модуль упругости при изгибе, гПа 27-41 50-85 2,8 210 70 10
Коэффициент линейного расширения, х10 0С 5-14 3,2-11 57-75 11-14 22-23 5,4-34
Коэффициент теплопроводности, Вт/м х0С 0,3-0,35 0,45 0,15-0,35 46 140-190 0,04-0,1

 

    Широкая практика показала, эффективность строительства мансардных этажей, они возводятся из легких конструкций и материалов с повышенными теплозащитными свойствами.

    К таким легким каркасным конструкциям относятся каркасы с применением металлодеревянных конструкций, обладающих преимуществами дерева и металла как материалов. Совместная работа металлического листа и обжимающих его деревянных досок позволяет существенно снизить вес конструкции и уменьшить расход металла в 4 раза при обеспечении необходимой несущей способности.

    Разработаны варианты возведения мансард укрупненными пространственными блоками.

    Конструктивные решения объемных блок-комнат для устройства мансарды обеспечивают максимальное снижение веса и необходимую жесткость элементов для их транспортировки и монтажа. Этим требованиям отвечают, в частности, следующие варианты конструктивных решений.

Замоноличивание полистиролбетоном подвергается металлический каркас, находящийся в плоскости пола, покрытия, наружных и внутренних стен. При этом толщина наружных стен и пола принимается по теплотехническому расчету для каждого региона, а межкомнатных и межквартирных стен (перегородок) - с учетом прочностных и звукоизоляционных требований.

    Энергоэффективность и перспективность мансардных надстроек обеспечивается помимо эффективных ограждающих конструкций также выбором рациональных систем отопления.

    Анализ показывает, что при отсутствии резервных мощностей наиболее эффективным решением теплоснабжения мансардных надстроек является использование индивидуальных поквартирных котлов. При этом варианте минимальны как капитальные затраты, так и годовые эксплуатационные расходы.

 

    1.3.4 Энергосберегающие инженерные системы

    Внедрение новых контрольно-измерительных приборов по энергосбережению при эксплуатации объектов, инженерных систем, также и модернизация уже существующих источников, оборудования могут существенно повлиять на энергоэффективность, на энергосбережение зданий.

    Важные аспекты:

1. повышение КПД котельного оборудования;

2. устранение теплопотерь в магистральных и внутриквартальных тепловых сетях;

3. модернизация систем отопления и горячего водоснабжения зданий, учет тепла в каждой квартире и регулирование потребления энергоресурсов.

    Рекомендуемые мероприятия:

• использование высокопроизводительного котельного оборудования, в том числе местных котельных контейнерного типа, при размещении которых на крыше зданий исключается необходимость в тепловых сетях;

• переход на автоматизированные индивидуальные тепловые пункты с исключением применения струйных смесителей - насосов со свободным количественным и качественным регулированием теплоносителя для секционной подачи. Установление режимов отопления для дневного, ночного времени, зимнего и осенне-весеннего периодов, выходного дня и т.д.

    Экономию энергии можно достичь переходом на автономные, независимые от централизованного теплоснабжения системы горячего водоснабжения, будут использоваться поквартирные газовые или электроводонагреватели. Будет использоваться два тарифа в дневное и ночное время суток.  

    До 25% от общего возможного эффекта по экономии тепловой энергии можно получить при установке поквартирных приборов учета расходования горячей воды до 10%. Регулирование систем отоплению будет способствовать исключению перегрева помещений при межсезонном и временном повышении температуры наружного воздуха и по комнатному регулированию температуры в отопительный период (10–12%).

    Рекомендуется при реконструкции построенных домов и проектировании новых  применять новые системы отопления. В России широкое распространение в массовом жилищном строительстве получили вертикальные однотрубные системы отопления. Эти системы не удовлетворяют требованиям энергоэффективности. Практически реализовать и организовать учет теплоносителей в каждой квартире очень сложно, в техническом плане, к тому же требуются финансовые вложения.  

    Существенная экономия тепловой энергии и повышение уровня теплового комфорта в отапливаемых помещениях достигается при применении горизонтальных систем отопления с поквартирным распределением теплоносителя.

    Представляем горизонтальные системы отопления, они могут выполняться в двух вариантах:

• с кольцевой разводкой трубопроводов по всему периметру наружных стен;

• с разводкой и подачей теплоносителя к каждому прибору от специального коллектора по гибким трубопроводам, проложенным в полу.

    Экономия тепловой энергии при эксплуатации рассматриваемых систем достигает 25% за отопительный сезон по сравнению с существующими вертикальными однотрубными системами отопления.

    Ориентировочные расчеты показывают, что при совокупной реализации мероприятий по модернизации инженерных систем, расходы тепла в жилых и общественных зданиях на отопление и нагрев приточного или инфильтрирующего воздуха, возможно, сократить на 30–40%.  Расходы на повышения термосопротивления ограждающих стен будут больше, чем при единовременных капитальных затратах. Этот показатель будет до 10 раз меньше.

    В целом возможно реально довести расчетные потери тепла в жилых зданиях до уровня достигнутого в передовых странах - 30–35 Вт/м2.

    Таким образом,  в ближайшем будущем,  традиционные источники будут исчерпаны, а новые виды альтернативных энергоисточников будут мало изучены, развиты, возникнет дефицит энергоресурсов. Это повлияет на резкое их удорожание, и поэтому задача экономии энергоресурсов станет первоочередной.

    В связи с этим в сфере создания, модернизации и эксплуатации строительной продукции основополагающим фактором станет обеспечение минимальных теплопотерь в зданиях за счет энергоэкономичных  объемно-планировочных и конструктивных решений, новых с высоким коэффициентом сопротивления теплопередаче строительных материалов и изделий, энергоэффективного оборудования или модернизация старых. Приоритетное направление развития строительных материалов, изделий и оборудования будет принадлежать энергосберегающим видам.

    Анализируя выше сказанное, можно полагать, что развитие конструктивных систем, строительных материалов, изделий и оборудования, происходит по традиционным и новым направлениям, удовлетворяющим требованиям энергосбережения, экологической безопасности, технологичности, экономичности, малой трудоемкости возведения, адаптивности к условиям реконструкции и модернизации жилых и производственных зданий.

 

 

    1.4 Строительная энергетика и энергосбережение

   

    1.4.1 Обеспечение гарантированного и экономичного энергоснабжения

 

    Может быть, это покажется странным, что только в последние годы мировое сообщество пытается осознать единство и противоречие отношений «общество – энергоресурсы». Общество осознало, что энергоресурсы имеют большое значение не только для улучшения качества жизни, но также для обеспечения независимости и безопасности страны.

    Строительная отрасль потребляет достаточно много энергоресурсов, практически до 40 %. Строительство  не воспринимает и практически не использует дорогостоящие энергоэффективные технологии.

  Основополагающим моментом современного этапа отношений «общество – энергоресурсы» является разработка правил, которые определяли бы права и обязанности государства и граждан – производителей и потребителей энергии, также учитывая и защищая интересы будущих поколений. Примеры таких правил - Резолюция саммита «Восьмерки» в Санкт-Петербурге в 2006 году «Глобальная энергетическая безопасность» и Директива Европейского сообщества.

    Работы по созданию таких Правил ведется в НП «АВОК», ASHRAE, REHVA, SCANVAC, VDI и в других авторитетных международных и национальных общественных профессиональных организациях.

    Основные Правила, являющиеся всеобщими, очень важными и способными оказывать существенное влияние на промышленность систем климатизации и, соответственно, на качество жизни людей:

1. Обеспечение гарантированного и экономичного энергоснабжения.

2. Действие на окружающую среду разработки и потребления энергетических ресурсов.

Таблица 5.3  Экономический эффект за один отопительный сезон

Экономия тепловой энергии

Сокращение выбросов парниковых газов, усл. тонн Экономия денежных средств, тенге
% Гкал    
29,2 136,52 73,4 37799

 

     Апробирована бизнес-модель работы ЭСКО с жилым сектором зданий, которая предполагает заключение контракта с органом управления объектом кондоминиума (КСК или управляющей компанией) на организацию оплаты тепловой энергии собственниками кварти.

 

Контрольные вопросы:

 

1. Что понимается под санацией дома?

2. Какие мероприятия проводятся по санации домов?

3. Какова цель и задачи пилотных домов?

4. Почему мероприятия по уменьшению тепловой и электроэнергии не проводят во всех домах РК?

Легкие пористые материалы

В настоящее время керамзитовый гравий остается наиболее эффективным среди искусственных пористых заполнителей.

    Для производства легких заполнителей в основном используют вспучивающие глины. Добыча природного минерального сырья для их производства стала дорогим и убыточным производством. В связи с интенсивной разработкой разведанных месторождений природных, хорошо вспучивающихся глин происходит снижение их запасов, также ухудшение качества пористых заполнителей на их основе.

     Энерго- и ресурсосбережение обеспечивает известная технология изготовления стеклопора путем вспучивания масс, содержащих жидкое стекло и минеральные добавки-наполнители, при температуре до 400 °С.

    Авторами исследовано [17], что из сырья, характеризующегося высоким содержанием глинистой фракции – 65-75 % и оксид алюминия и титана – 18-22 %, путем регулирования органических и железистых составляющих в шихте, можно изготовить особо легкий керамзит с насыпной плотностью около 200 кг/м3 при соблюдении условий ведения процесса термообработки по температурному режиму. 

    В статье С.А. Мизюряева, А.Ю. Жигулиной, А.Н. Мамонова, Н.В. Ивановой было рассмотрено расширение номенклатуры искусственных пористых заполнителей.

    Подъем керамзитового производства, использование новых технических решений для получения качественного керамзитового гравия с необходимыми показателями – одна из важнейших задач сегодняшнего дня. Качественный керамзитовый гравий и песок дают возможность выпуска эффективных конструкций с необходимыми теплоизоляционными свойствами, получения высокопрочных легких бетонов, что обеспечит значительный вклад в решение задач повышения технико-экономического уровня строительства, ускорения сроков возведения зданий, снижения трудозатрат, экологичность и безопасность среды обитания человека.

    Известно, что промышленные отходы можно использовать в качестве сырья для получения заполнителей. Например, при производстве желтого фосфора из фосфоритов на 1 т продукции приходится 10 т отходов в виде шлака. Из этих отходов в Казахстане организовано производство щебня, который в 2... 3 раза дешевле щебня из природного камня. В Азербайджане получают искусственный пористый заполнитель — аглопорит из отходов алюминиевого завода, а также из отработанного гумбрина — глины, используемой в нефтеперерабатывающей промышленности для очистки нефтяных масел.

    Современные технологии переработки неоднородных городских бытовых отходов предусматривают предварительное извлечение из них ряда полезных веществ и термическую обработку. В результате получают спекшиеся остатки, вполне пригодные в качестве заполнителей для бетонов определенного назначения или материала для устройства оснований дорог вместо дробленых каменных пород.

Таким образом, для разнообразных по назначению и свойствам бетонов могут оказаться пригодными различные отходы или продукты их переработки.

    В решении актуальной и сложной проблемы защиты окружающей среды от выбрасываемых отходов важная роль отводится строительной отрасли, строителям, имеющим возможность их использования в качестве заполнителей для бетона. Потребность в заполнителях огромна, объемы которых равноценны объемам имеющихся отходов, что позволяет значительно уменьшить затраты природных ресурсов.

    Авторами [18] приведены результаты экспериментальных исследований по использованию нефтяных шламов, они применяются для получения легкого микропористого спеченного материала по керамической технологии. Установлены возможности получения гранулированного материала низкой насыпной плотности и улучшенными теплопроводными свойствами. Использование нефтешлама улучшает реологические (структурно-механические) свойства керамической массы, снижает топливно-энергетические затраты, создает микропористую структуру гранулированного материала.

    Авторами Западно-Казахстанского аграрно-технического университета имени Жангир хана была получена технология гранулированного микропористого материала с использованием нефтешлама. Использовались местные сырьевые материалы: лессовидные суглинки, широко распространенные в Западно-Казахстанской области, отходы нефтяной промышленности – нефтешламы. Доказана возможность получения гранулированного материала с наилучшими теплоизоляционными, физико-химическими свойствами. Отмечено, что введение нефтешлама положительно влияет на свойства готового материала [19,20].

    Для получения легких пористых заполнителей используют в первую очередь многотоннажные отходы промышленности. По данным организации объединенных наций, в мире ежегодно добывается и перемещается около 120 млрд. т горных пород, из которых извлекаются продукты, необходимые для нужд человечества, в том числе около 11 млрд. т сырья - для изготовления строительных материалов, 3-4 млрд. т каменных материалов - для дорожного строительства [21]. 

    Доля извлеченных  из недр земли твердого топлива - 3-5 млрд. т, после сжигания, которого образуется 15-25% отходов в виде зол и шлаков. Из остальной части горных пород в процессе добычи и обогащения на горно-обогатительных комбинатах извлекают полезные ископаемые. Всего 1-5 % тратится на нужды людей, остальное – это отходы, химический состав их приблизительно такой же, как у земной коры.

    Так как легкие пористые заполнители, а также легкие бетоны на их основе обладают высокой стойкостью к воздействию агрессивных сред, их относят к долговечным материалам.

    Далеко в древности известны огромные сооружения на таких бетонах, например, гидротехнические сооружения в Анконе и Чсвитавикии (Италия), построенные в начале нашей эры и эксплуатируемые по настоящее время. 

    Сотни лет человек живет в домах, возведенных из туфов и других природных пористых материалов, свойства которых аналогичны свойствам легких бетонов, что подтверждает экологическую чистоту пористых керамических материалов вообще и легких бетонов в частности.

    Если говорить о технологии получения пористых керамических материалов, то она   проста, отличается высокой механизацией и автоматизацией.       

    Как известно пористые заполнители, особенно мелкие, являются хорошими адсорбентами. Их можно использовать в качестве зернистых засыпок в фильтры очистных сооружений, также для очистки сточных вод, для очистки воды очистных сооружений аквариумов. Применение в пористых заполнителях и легких бетонах добавок отходов – это способ утилизации токсичных вредных отходов, например, таких как отходы гальванических производств, содержащих гели тяжелых металлов.

    На сегодняшний день актуально строительство высотных зданий, что требует снижения массы здания, также очевидно преимущество легкобетонного строительства в сейсмически активных регионах, оно доказано теоретически и практически.

Заманчива и коммерческая перспективность лёгкого бетона на современном строительном рынке. Хотя и для организации производства легкого пористого заполнителя возможны дополнительные затраты, но они   компенсируются меньшей стоимостью транспортных расходов.

Что касается экономического эффекта, то он может обеспечиваться и возможностями снижения расхода стальной арматуры в конструкциях зданий из-за более низкой плотности материала, затратов на устройство фундаментов, и возможностями сокращения затрат на отопление зданий, благодаря преимуществу в теплозащитных функциях.

При активном использовании огромного объёма имеющейся информации будущий рост и прибыльность отрасли лёгких бетонов гарантированы, особенно, если она будет готова освоить новые перспективные области их применения. 

Глоссарий

    Возобновляемый энергетический ресурс — это ресурс, запас которого непрерывно возобновляется природой (энергия солнца, энергия вод, энергия приливов, геотермальная энергия, тепловая энергия земли, воздуха, воды, биомасса и др. виды).

    Вторичные энергетические ресурсы — это энергия, образующаяся в результате переработки или преобразования различных видов топлива, а так же в результате производственных процессов (продукты нефтепереработки, отработанный пар, отходы тепла, сбереженная энергия и др. виды).

Дисконтирование — это определение стоимости денежного потока путём приведения стоимости всех выплат к определённому моменту времени. Дисконтирование является базой для расчётов стоимости денег с учётом фактора времени.

Каркасное строительство  — эта такая технология, позволяющая возводить дома в короткие сроки.

Класс энергоэффективности здания, строения, сооружения — уровень экономичности энергопотребления здания, строения, сооружения, характеризующий его энергоэффективность на стадии эксплуатации.

Конкурентоспособность предприятия — это интегральная числовая характеристика, с помощью которой оцениваются достигнутые предприятием конечные результаты его деятельности в течение определенного периода. Это система элементов, каждый из которых предназначен для отражения числовой (например, балльной) оценки определенного вида потенциала. Конкурентоспособность предприятия обеспечивается за счет приобретаемых им разного рода преимуществ по сравнению с основными конкурентами, а именно: экономических, финансовых, инвестиционных, кадровых, имиджевых и т.п.

Математические модели – модели, детально учиты­вающие физику процессов, используются для каче­ственного анализа процессов и явлений.

Невозобновляемый энергетический ресурс — это ресурс, запас которого принципиально исчерпаем (минеральное топливо, уран и др. виды).

Неразрушающий контроль – контроль свойств и параметров объекта, где не нарушается пригодность объекта к использованию и эксплуатации.

Нетопливный энергетический ресурс — это энергия, образующаяся без участия топлива (электрическая энергия, электромагнитная энергия, энергия солнца и др. виды).

Общая энергетическая характеристика — удельный расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания, строения, сооружения с учетом общих теплопотерь за отопительный период.

Первичные энергетические ресурсы –  это энергия природного происхождения (природное топливо, энергия водных ресурсов, энергия солнца и ветра и др. виды)

    Проектирование зданий – это составная часть инвестиционного процесса, это последовательность инженерных расчетов, которые в конечном итоге оформляются в виде рабочих чертежей будущего здания, являющихся графической интерпретацией произведенных расчетов.

    Рентабельность – относительный показатель экономической эффективности. Рентабельность предприятия комплексно отражает степень эффективности использования материальных, трудовых и денежных и др. ресурсов. Коэффициент рентабельности рассчитывается как отношение прибыли к активам или потокам, её формирующим.

    Санация зданий – комплекс мероприятий по капитальному ремонту и реконструкции, которые осуществляются с целью получения энергосберегающего эффекта.

Топливные энергетические ресурсы - это энергия различных видов топлива (каменный и бурый уголь, нефть, горючие газы, горючие сланцы, торф, дрова и др. виды)

    Удельная теплозащитная характеристика здания, строения, сооружения –  физическая величина, характеризующая теплозащитную оболочку здания, строения, сооружения численно равная потерям тепловой энергии единицы отапливаемого объема в единицу времени при перепаде температуры в 1°С через теплозащитную оболочку здания, строения, сооружения.

    Удельный расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания, строения, сооружения за отопительный период –  количество тепловой энергии за отопительный период, необходимое для компенсации теплопотерь здания, строения, сооружения с учетом воздухообмена и дополнительных тепловыделений при нормируемых параметрах теплового и воздушного режимов помещений в нем, отнесенное к единице площади или к единице отапливаемого объема.

    Экологичность конструкций – совокупность свойств технологичных конструкций удовлетворять требованиям экологической безопасности, экологической чистоты технологических процессов, уменьшения техногенного влияния на окружающую среду и др.

Эксплуатационные расходы –  расходы, необходимые для поддержания работоспособного состояния основных средств в течение всего намеченного срока службы.

    Энергетическая эффективность (энергоэффективность) –  характеристики, отражающие отношение полезного эффекта от использования энергетических ресурсов к затратам энергетических ресурсов, произведенным в целях получения такого эффекта.

Энергетический паспорт здания, строения, сооружения –  документ, содержащий энергетические, теплотехнические и геометрические характеристики, как существующих зданий, строений, сооружений, так и проектов зданий, строений, сооружений и их ограждающих конструкций.     

    Энергетический ресурс (или энергоресурс) –  это носитель энергии, при этом энергия которого используется или может быть использована при осуществлении хозяйственной и иной деятельности, а также вид энергии (атомная, тепловая, электрическая, электромагнитная энергия или другой вид энергии).

Энергосбережение – снижение физических объемов потребления энергоресурсов предприятием на производство единицы продукции, реализация организационных, технических, технологических, экономических и иных мер, направленных на уменьшение объема используемых энергетических ресурсов. Основные направления энергосберегающей деятельности — это повышение эффективности использования энергоресурсов в технологических процессах и уменьшение потерь при распределении по сетям.

 

 

Chen, F.L. Manufacture and multi-physical characterization of aluminum/high-density polyethylene functionally graded materials for green energy building envelope applications / F.L. Chen, X. He, H.M. Yin // Energy and Buildings. V. 116. - 2016. P. 307–317.

16.  Патраманскова,  С.В. Возможность изготовления легкого заполнителя из микрокремнезема / С.В. Патраманскова, Н.А. Лохова, М.Ю. Иванова // Строительные материалы. - №6. - 2011.

17.   Монтаев, С. А. Технология микропористого гранулированного материала с использованием нефтешлама // С.А. Монтаев [и др.] // Новости науки Казахстана. - №2. – 2014. – С. 84-87.

18. Монтаев, С.А. Исследование возможности получения легких и пористых гранулированных материалов на основе невспучивающихся лессовидных суглинков/ С.А. Монтаев [и др.] // Материалы XI международной научно-практической конференции. Труды ученых-2015. -  2015. Шеффилд, Великобритания. – С. 68-71.

19. Монтаев С.А., Мизюряев С.А., Шингужиева А.Б. Исследования композиции на основе лессовидных суглинков для производства легких заполнителей / С.А. Монтаев, С.А. Мизюряев, А.Б. Шингужиева // Теория и практика повышения эффективности строительных материалов. Материалы Х Международной конференции ученых. – Пенза. – 2015. – С. 95-99.

20. Петров, В.П. Пористые заполнители и легкие бетоны. Материаловеде­ние. Технология производства: учебное пособие / В. П. Петров, Н.И. Макридин, В.Н. Ярмаковский; Самарск. гос. арх.- строит, ун-т. - Самара, 2009. - 436 с.

21. Ерошкина Н.А. Ресурсо- и энергосберегающие технологии строительных материалов на основе минерально-щелочных и геополимерных вяжущих: учеб. пособие / Н.А. Ерошкина, М.О. Коровкин. – Пенза: ПГУАС, 2013. – 156 с.

 

 

Энергоэффективное проектирование и строительство

Учебное пособие

для студентов и магистрантов  специальностей

«Строительство», «Производство строительных материалов, изделий и конструкций»

 

Уральск 2016

Составители: Шингужиева А.Б., ст.преп., маг. техн. наук,       

                   Маликова С.М., ст.преп., маг. техн. наук       

                         

 

Рецензенты: Нариков К.А., канд. техн. наук,

                  Билашев Б.А., канд. техн. наук

 

 

Энергоэффективное проектирование и строительство: учебное пособие для студентов и магистрантов специальностей «Строительство», «Производство строительных материалов, изделий и конструкций».

 

 

Обсуждено на заседании кафедры «Строительство и строительные материалы» протоколом № 9 от 25.04.2016 г.

Рекомендовано учебно-методическим бюро машиностроительного факультета  протоколом № 9  от  28.04.2016 г.

Одобрено УМС университета от _____2016 г., протокол №

 

В учебном пособии представлены основы проектирования и строительства энергоэффективного дома. Показаны особенности проектирования таких домов как за рубежом, так и в Республике Казахстан. Рассмотрены энергоэффективные технологии и материалы, применяемые при строительстве энергоэффективных зданий.

.

© НАО «Западно-Казахстанский аграрно-технический

университет им. Жангир хана», 2016

 

СОДЕРЖАНИЕ

Содержание…………………………………………………………….

3

Введение………………………………………………………………...

4

1 ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И СТРОИТЕЛЬСТВА ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОГО ДОМА………………………………….

  5
  1.1 Основы энергоэффективного проектирования и строительства……………………………………………………… 6
  1.1.1 Общие сведения об энергоэффективности……………..... 7
  1.1.2 Основные требования, предъявляемые к зданиям, и их элементам…………………………………………………………..   8
  1.1.3 Основные принципы проектирования энергоэффективных зданий……………………………………...   10
  1.2 Научные основы проектирования энергоэффективных зданий………………………………………………………………   12
  1.2.1 Актуальные вопросы энергосбережения…………….......... 12
  1.2.2 Методология системного анализа математической модели теплового режима здания…………………………….....   13
  1.3 Стратегия энергосбережения в сфере строительства и эксплуатации зданий и сооружений…………………………...   17
  1.3.1 Энергосберегающие градостроительные решения……….. 17
  1.3.2 Энергосберегающие архитектурно-планировочные решения……………………………………………………………   18
  1.3.3 Энергосберегающие конструктивные системы………..… 25
  1.3.4 Энергосберегающие инженерные системы…………….... 27
  1.4 Строительная энергетика и энергосбережение…………….. 30
  1.4.1 Обеспечение гарантированного и экономичного энергоснабжения…………………………………………………..   30
  1.4.2 Влияние на окружающую среду разработки и потребления энергетических ресурсов……………………….....   31
  1.4.3 Влияние зданий на инфраструктуру подачи энергии…….. 32
  1.4.4 Реструктуризация коммунальных служб………………….. 33
  1.4.5 Препятствия на пути повышения эффективности потребления энергии в зданиях…………………………………   33
  1.4.6 Необходимые энергетические нормы для новых зданий… 34
  Контрольные вопросы……………………………………………. 36

2 МИРОВАЯ И ОТЕЧЕСТВЕННАЯ ПРАКТИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ И СТРОИТЕЛЬСТВА………………………..

  38
  2.1 Мировая практика проектирования и строительства…….. 38
  2.2 Региональные программы экологического домостроения в Казахстане…………………………………………………………   46
  2.3 Исследование энергопассивного экодома…………………. 48
  2.3.1 Понятие «пермакультуры»………………………………… 48
  2.3.2 Проблемы строительства энергопассивного дома………. 50
  Контрольные вопросы ………………………………………….. 53

3 КОНЦЕПЦИЯ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИНВЕСТИЦИЙ В ТЕПЛОЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ЗДАНИЙ……………………………………………………………….

    54
  3.1 Общие положения…………………………………………… 54
  3.2 Оценка качества проекта в части энергообеспечения здания и энергосбережения в системах климатизации, тепло-, холодо- и электроснабжения здания……………………………     55
  3.3 Оценка экономической эффективности инвестиционного проекта теплоснабжения…………………………………………   58
  3.4 Оценка экономической эффективности инвестиций в энергосбережение………………………………………………..   59
  Контрольные вопросы …………………………………………… 64

4 МАЛОЗАТРАТНЫЕ ОПЕРАТИВНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ ПО ЭКОНОМИИ ЭНЕРГИИ………………………………………………

  65
  4.1 Общие положения……………………………………………. 65
  4.2 Энергетическая паспортизация зданий……………………. 66
  4.3 Управление тепло-энергопотреблением…………………… 66
  4.4 Регулируемая система вентиляции зданий………………… 67
  4.5 Газовые инфракрасные излучатели………………………… 69
  4.6 Совершенствование системы нормирования тепло-энергопотребления……………………………………………….   70
  4.7 Энергосберегающая санация зданий в Казахстане……….. 71
  4.7.1 Ситуация в Казахстане по модернизации жилых домов… 71
  4.7.2 Механизм финансирования многоквартирных жилых домов………………………………………………………………   75
  4.7.3 Положения закона РК «Об энергосбережении и повышении энергоэффективности», 2012 г…………………….   75
  Контрольные вопросы ………………………………………….. 77

5 ПИЛОТНЫЕ ПРОЕКТЫ ПО САНАЦИИ ЖИЛЫХ ДОМОВ В РЕСПУБЛИКЕ КАЗАХСТАН…………………………………………

  78
  5.1 Пилотный проект с энергосберегающими мероприятиями в г. Астана…………………………………………………………..   78
  5.2 Пилотный проект «Капитальный ремонт и модернизация жилого дома по ул. Мустафина-26, Караганда»……………….   82
  Контрольные вопросы ………………………………………….. 85

6 ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ И ИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ…………………….

  86
  6.1 Энергоэффективность наружных конструкций зданий….. 86
  6.2 Энергоэффективность инженерных систем……………….. 88
  6.3 Инженерные решения высотных жилых комплексов…….. 90
  Контрольные вопросы ………………………………………….. 93

7 ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ…..

94
  7.1 Общие сведения об энергоэффективных домах…………… 94
  7.2 Состояние вопроса…………………………………………… 95
  7.3 Энергоэффективный материал – пенобетон………………. 99
  7.4 Производство теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных материалов в виде плит и блоков (пеностеклокерамика, пеностекло)……………………………..     107
  7.5 Легкие пористые заполнители……………………………… 109
  7.6 Энергоэффективные технологии безобжиговых вяжущих... 112
  Контрольные вопросы …………………………………………… 114
  Глоссарий…………………………………………………………. 116
  ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ ЛИТЕРАТУРЫ 119

 

ВВЕДЕНИЕ

    Состояние экономики любых государств и жизненный уровень населения в большинстве случаев определяются наличием запасов топливно-энергетических ресурсов и эффективностью их использования. 

     В индустриально развитых странах в отличие от прежней стратегии на крупномасштабное наращивание производства энергетических ресурсов преимуществом энергетической стратегии является повышение эффективности пользования энергии у потребителей, т.е. энергосбережение. Многие страны, в том числе и  Казахстан разрабатывают национальные целевые программы по энергоэффективности зданий, экономии использования топливно-энергетических ресурсов, охватывающие комплекс мероприятий по совершенствованию структуры потребления энергоносителей, развитию материально-технической базы экономии ресурсов, более выгодному извлечению полезных элементов, использованию вторичного сырья, контролю и учету энергопотребления. 

    Главная стратегическая задача на сегодняшний день, требующая более глубокого использования разных ресурсов, принятия стабильной нормативно-правовой базы, которая бы учитывала особенности различных регионов – это модернизация и создание эффективной энергетической базы для развития регионов Республики Казахстан.

 

 

    1  ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И СТРОИТЕЛЬСТВА ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОГО ДОМА

   

    1.1 Основы энергоэффективного проектирования и строительства

 

    1.1.1 Общие сведения об энергоэффективности

    Залог безопасности и стабильности страны в экологической и энергетической сферах обеспечивается целенаправленной политикой энергосбережения, ее улучшения. Кроме того, обеспечение повышения энергоэффективности стимулирует внедрение новых инновационных технологий и решений, что в свою очередь стимулирует активное взаимодействие развития науки и разработка новых инновационных технологий. Посланием Президента Республики Казахстан народу Казахстана от 29 января 2010 года «Новое десятилетие – новый экономический подъем – новые возможности Казахстана» и Государственной программой по форсированному индустриально-инновационному развитию Республики Казахстан на 2010 - 2014 годы поставлены задачи по устойчивому и сбалансированному росту экономики. В области энергосбережения поставлена задача по снижению энергоемкости внутреннего валового продукта не менее чем на 10 % к 2015 году и 25 % к 2020 году. Кроме того, Президентом Республики Казахстан от 23 января 2013 года поручено Правительству Республики Казахстан обеспечить экономию потребления электрической энергии путем ежегодного 10-процентного снижения энергоемкости экономики в период 2013 - 2015 годов. Таким образом, энергосбережение отнесено к стратегическим задачам государства. Для достижения поставленных целей необходимо повышение энергоэффективности во всех отраслях, всех регионах и стране в целом [1].

Эффективное использование энергоресурсов является с одной стороны, достаточно важным и экономически целесообразным, с другой стороны, наименее используемым и наименее рациональным методом  повышения рентабельности предприятия.

    Правильное управление энергетической отраслью, умение оптимизировать энергетический баланс, умение правильно контролировать эффективность использования энергетических ресурсов – все приводит к энергосберегающему  эффекту в строительстве. Одним из важных результатов энергосбережения является сокращение энергетических расходов, т. е. финансовых затрат для обеспечения производственных процессов энергоресурсами, это с свою очередь, приводит к  уменьшение их доли в общих затратах на производство продукции.

    Начиная с 90-х годов понятие энергоэффективность узнают многие страны, благодаря многим  международным проектам. В будущем большинство развитых стран признают то, что экономия энергетических ресурсов станет такой отраслью, что каждая страна будет конкурировать друг с другом по энергосбережению. 

    Повышая энергоэффективность страны понимают, что они будут освобождены от зависимости потребляемых энергоресурсов, от вопросов несвоевременных поставок электроэнергии, высоких цен на электроэнергии, в том числе, и экологический фактор, отражающий на здоровье людей. Понятно, что собственники компаний, нацелены на конкурентоспособность в сфере энергосбережения.

  В промышленности энергоэффективность проявляется в том, чтобы выпускать продукцию с высоким качеством при минимальных затратах энергии.  А если экономятся энергоносители, соответственно и происходит экономия финансов.

    Поэтому развитые страны предпринимают меры по экономии энергоресурсов. Так, например, в Казахстане, Украине и России, а также во многих других странах, удельное потребление энергии выше, чем в странах ЕС примерно в 3 раза. Это говорит о том, что эти страны используют на единицу валового национального продукта (ВВП) почти в 3 раза больше энергетических носителей. Причины этого несколько это ориентированность на интенсивную добычу  энергии и соответствующую перерабатывающую промышленность, это и необходимость  в модернизации оборудования почти во всех секторах экономики. На потери электроэнергии существенным образом влиет устаревшее оборудование, используемые старые технологии.

    Вот некоторые показатели, которые повышают энергоэффективность предприятий:

1. Повышению конкурентоспособности предприятий.

2. Повышение прибыльности предприятий.

3. Улучшение качества продукции.

4. Снижение показателей затрат на энергоносители.

    1.1.2 Основные требования, предъявляемые к зданиям, и их элементам

Основные требования к зданиям:

1. Функциональная целесообразность, т.е.   здание должно быть комфортным в зависимости от его предназначения.

2. Техническая целесообразность, т.е. здание должно  надежно защищать людей, быть устойчивым (выдерживать внешние воздействия машин, людей) и долговечным (не терять своих качеств во времени).

3. Архитектурно-художественная выразительность, т.е. здание должно быть привлекательным по своему интерьеру.

4. Экономическая целесообразность. При строительстве расходуется минимальные расходы на труд, средств, времени, а получается   большая полезная площадь. Сюда включаются и эксплуатационные расходы в течение всего  срока эксплуатации здания. Однако некоторые задачи из   этих требований не могут решаться самостоятельно, они решаются во взаимодействии друг от друга. Поэтому проект должен быть результатом согласованного, взаимосвязанного решения, учитывая все требований, которые обеспечат в полном объеме использование здания по назначению, технические и эстетические качества, а также экономичность при строительстве и эксплуатации. Экономичность возведения, правильная эксплуатация  здания учитывается в большей степени. Экономичность здания можно разделить на следующие составляющие:

    1. Индустриализацию -   организацию строительного производства, которую рассматривают как механизированный и автоматизированный поточный процесс сборки и монтажа зданий из крупноразмерных конструкций, в том числе укрупненных элементов заводского изготовления. Сборные элементы, изготовленные на специальных заводах, и их механизированный монтаж позволяют существенно снизить затраты труда на строительной площадке, уменьшить количество отделочных работ на стройке, повысить качество строительства и сократить его сроки строительства. 

    2. Вторая составляющая экономичности здания — эксплуатационные расходы — связана, главным образом, с ежегодными затратами на отопление здания. Мощность отопительных установок, количество отопительных приборов и ежегодные затраты на топливо связаны с решениями наружных ограждающих конструкций (их теплозащитными качествами), степенью остекления наружных стен и т. д.

    При сокращении энергетических затрат оптимальный выбор толщины ограждающих конструкций, качество их материалов играют   дольно важную роль в уменьшении эксплуатационных расходов. 

    3. Третья составляющая экономичности — стоимость амортизации здания — находится в непосредственной зависимости с долговечностью конструкций и строительных материалов: чем оно дольше будет служить, тем меньше величина ежегодной амортизации.

    Таким образом, экономичность архитектурно-конструктивных решений находится в прямой зависимости от целесообразности принятых технических решений, рациональности объемно-планировочных решений, рационального использования строительных ресурсов и ряда других факторов.

     Одной из современных тенденций жилищного строительства является разработка и проектирование зданий, в которых бы сочетались комфорт планировочных решений, экологичность и энергоэффективность.

     Почти половина потребления в развитых странах идет на жилые дома. В связи с этим,   одним из главных  методов ресурсосбережения становится улучшение энергоэффективности зданий. 

    Инновационным направлением в строительстве является создание энергоэффективных домов. Основной принцип проектирования энергоэффективного дома - поддержание комфортной внутренней температуры без применения систем отопления и вентиляции за счет максимальной герметизации здания и использования альтернативных

источников энергии. Энергопотребление здесь является критерием для классификации таких домов.

    Если затраты на отопление помещений в год составляют: 

1) меньше 90 кВч/м² - дом энергоэффективный; 

2) меньше 45 кВч/м² - энергопассивный; 

3) меньше 15 кВт ч/м² - нулевого энергопотребления (на отопление ничего не тратится, однако требуется энергия для подогрева воды). 

 

 

    1.1.3 Основные принципы проектирования энергоэффективных зданий

    Проектирование энергоэффективного дома начинается с изучения местности, т. е. рельефа; климата; состава воздуха и наличия в нём химически агрессивных веществ. Затем выбираются оптимальные технологии строительства. 

    Энергосберегающие активные и пассивные дома весьма разнообразны, такие дома проектируются  с нуля. Типовых экодомов по сути не бывает, поскольку даже ближайшие здания могут по-разному освещаться солнцем, находиться на разных высотных отметках.

     Многие зарубежные страны с суровыми зимами, чаще всего  использовали  каркасное строительство. Такие  конструкции с финансовой точки зрения относительно дешевые и доступные, в тоже время они  позволяют гибко варьировать планировку здания, а многослойные стеновые панели обеспечивают  хорошую теплоизоляцию.

    Другие перспективные технологии – технология ЭкоТерм, технология SIP, дома из самана, арболита, клееного бруса, сетчатые оболочки и т.д. Выбор проектирования и строительства зданий, выбор технологии и организации строительства обуславливается, главным образом, рельефом и характером грунта, на котором будет стоять здание. А также большое значение имеет местная инфраструктура строительных материалов.

    Макет будущего здания разрабатывается проектировщиками и архитекторами, для этого им нужны сведения климатических условий, о месте строительства зданий. Необходимо учесть то, что необходимо выбрать ориентацию дома таким образом, чтобы площадь поверхностей, обращённых к солнцу, была наиболее максимальной. Такое обращение обеспечивает естественный нагрев и освещение, а также имеется возможность использования установок солнечной энергетики и накопителей тепла. Оконные проёмы являются основным каналом энергообмена между домом и улицей. Поэтому открытие и закрытие жалюзи, от которых напрямую зависит освещение, поглощение и отдача тепла, во многом осуществляется автоматически. За это отвечают интеллектуальные системы управления – наследство «умных» домов.

    Например, если в помещении никого нет и, следовательно, нет необходимости в освещении, полоски жалюзи разворачиваются «поглощающей» тёмной стороной к стеклу. Разумеется, сами окна энергоэффективных домов – это стеклопакеты с качественной теплоизоляцией. В мире страны используют альтернативные источники энергии, но более выгодными и эффективными являются солнечные батареи, миниатюрные ветряные электростанции, геотермальные скважины, тепловые насосы.

    Солнечные батареи, миниатюрные ветряные электростанции зависимые источники, зависят от климатических условий, от ветра, в связи с этим, применимы только там, где есть ветра и постоянное солнцестояние. Тем не менее, КПД современных солнечных панелей достаточен, чтобы обеспечивать здание электричеством даже в высоких широтах и странах с малым количеством ясных дней.

    Геотермальные скважины могут использоваться, если допустимо глубинное бурение. Отличие их от двух первых источников состоит в том, что их закладывают одновременно с фундаментом, и перепланировка геотермальных источников энергии практически невозможна. Тепловые

насосы – установки, напрямую использующие второй закон термодинамики; они позволяют использовать тепло прямо из недр земли и воздуха, при этом необязательно тёплых. Несмотря на простоту принципа, эффективность тепловых насосов не слишком высока.

     1.2  Научные основы проектирования энергоэффективных зданий

    1.2.1 Актуальные вопросы энергосбережения

    Республика Казахстан одна из первых среди государств бывшего Советского Союза провела реформу жилищно-коммунального хозяйства. Сегодня правительство Республики Казахстан целенаправленно разрабатывает различные мероприятия  по вопросу энергоэффективности и энергосбережения. Основной целью является внедрение в сферу жилищно-коммунального хозяйства энергосберегающих и ресурсосберегающих мероприятий.

    Жилищный фонд Республики Казахстан составляет 267,8 млн. м2, общее годовое потребление тепловой энергии 74,8 млн. Гкал (240 кВт/), электроэнергии 8319,6 млн. кВт/ч. В связи с тем, что значительная часть городского жилого фонда была построена в 1960-1990 годы они оборудованы неэффективными теплоизоляционными ограждающими конструкциями и системами теплоснабжения, что приводит к значительным тепловым потерям.

    По данным Комитета по государственному энергетическому надзору, основная часть энергопотерь приходится на отопление. Специалистами подсчитано, что до 70 % теплопотерь в обычном здании «обеспечивают» окна и двери. До 30% тепла теряется через кровлю и стены. В итоге: на обогрев одного квадратного метра в Казахстане требуется в четыре раз больше топлива, чем в такой же холодной стране, как Финляндия: 240 против 82 кВт/кв.м. в год.

    Общие потери энергии в существующих системах теплоснабжения и горячего водоснабжения достигают в отдельных регионах Казахстана до 40%. Поэтому борьба со сверхнормативными потерями может принести значительный эффект. Потенциал энергосбережения в секторе теплоснабжения и теплопотребления по оценкам экспертов составляет не менее 20% и оценивается приблизительно в 4,6 млн. тонн условного топлива в год.

    Жители своих домов могут эффективно экономить электроэнергию, также большой эффект энергоэффективности в сфере теплоснабжения, дают мероприятия по уменьшению потерь при производстве и транспортировке тепловой энергии.

    Эффективное применение, закрепленное в новом законе

«Об энергосбережении» норм, обязывает при строительстве жилых и общественных зданий устанавливать автоматизированные системы регулирования теплопотребления в тепловых пунктах и автоматических термостатических клапанов на отопительных приборах, которые способствуют успешной реализации политики энергосбережения в секторе теплоснабжения и теплопотребления в существующем жилищном фонде.

    Энергоэффективность, вопросы энергосбережения в нашей стране фигурируют практически  во всех основных стратегических документах:

• Концепция перехода Республики Казахстан к устойчивому развитию на 2007-2024 годы.

• Стратегия индустриально-инновационного развития Республики Казахстан на 2003-2015 годы.

• Стратегия вхождения Казахстана в число пятидесяти наиболее конкурентоспособных стран мира, обозначенной в Послании Президента страны народу Казахстана от 1 марта 2006 года.

• Отраслевая программа модернизации жилищно-коммунального хозяйства до 2020 года.

• Программа «30 корпоративных лидеров Казахстана», другие государственные документы Республики Казахстан.

    Согласно Отраслевой программе модернизации жилищно-коммунального хозяйства до 2020 года и Комплексного плана по его реализации на 2010-2014 годы, проводятся энергетические обследования с применением тепловизионного неразрушающего контроля в целях паспортизации объектов жилищно-коммунального хозяйства.

    Низкий уровень энергоэффективности является существенной  проблемой большого потребления энергоресурсов жилыми и социальными зданиями. Коммунальное хозяйство теряет порядка 35% тепловой энергии, а электроэнергии до 17%. Тепловые пункты, распространенные системы теплопотребления не позволяют управлять температурным режимом и тем самым экономить в оплате за тепловую энергию.

    Существенное влияние на энергосбережение зданий оказывает тот фактор, что еще раньше построенные здания не соответствовали стандартам энергосбережения.

 

    1.2.2 Методология системного анализа математической модели теплового режима здания

    Нарастающий темп строительства зданий различного технологического назначения с эффективным использованием энергии начинает проявляться. По оценке энергоэффективности зданий  в международной практике появились нормативные документы, такие как стандарты, правила и другие виды.

    Существует необходимость и научных подходов, научных методов, использование которых учитывается при  проектировании зданий. Не менее остро ощущается также и необходимость уточнения терминологии.

Необходимо дать научные определения двум понятиям: энергоэффективным зданиям и энергоэкономичным зданиям.

Дадим следующие определения. Энергоэффективное здание включает в себя совокупность архитектурных и инженерных решений, наилучшим образом отвечающих целям минимизации расходования энергии на обеспечение микроклимата в помещениях здания.

    Энергоэкономичное здание включает в себя отдельные решения или систему решений, направленных на снижение расхода энергии на обеспечение микроклимата в помещениях здания. Из представленных  определений вытекает то, что есть различия между энергоэффективным и энергоэкономичным зданиями. Первое определяет результат выбора определенными научными методами совокупности технических решений, наилучшим образом отвечающих поставленной цели. Второе же -  результат суммирования ряда энергосберегающих решений в одном объекте.

С точки зрения современной науки, задача проектирования энергоэффективных зданий относится к так называемым задачам "системного анализа" или задачам "исследования операций", поиск решения которых связан с выбором альтернативы и требует анализа сложной информации различной физической природы [2, 3]. Цель методов системного анализа или исследования операций - предварительное количественное обоснование оптимальных решений. Оптимальными здесь называются решения, которые по тем или иным признакам предпочтительнее всех других.

  Исследование операций включает в себя три главных направления:

- построение математической модели, то есть описание процесса на языке математики;

- выбор целевой функции. Это исследование включает в себя определение ограничивающих условий и формулирование оптимизационной задачи;

- решение поставленной оптимизационной задачи.

Заметим, что принятие окончательного решения выходит за рамки исследования операций и относится к компетенции ответственного лица (чаще группы лиц), которому предоставлено право окончательного выбора и на которого возложена ответственность за этот выбор. Ответственное лицо при  выборе окончательного решения, может учитывать вместе  с рекомендациями, исходящими из математического расчета, также исходя из некоторых соображений количественного и качественного характера, которые в этих расчетах не были учтены.

    Чтобы изучить модель теплового режима здания необходимо ее разложить на несколько составляющих, взаимосвязанных элементов, более удобных для изучения. Это:

- математическая модель теплоэнергетического воздействия наружного климата на здание;

- математическая модель теплоаккумуляционных характеристик оболочки здания;

- математическая модель теплоэнергетического баланса помещений здания.

Оптимизационная задача для энергоэффективного здания имеет следующее содержание: определить показатели архитектурных и инженерных решений здания, обеспечивающих минимизацию расхода энергии на создание микроклимата в помещениях здания. В обобщенном математическом виде целевую функцию для энергоэффективного здания можно записать так:

Qmin = F (ai), (1.1)

 

где Qmin - минимальный расход энергии на создание микроклимата в помещениях здания;

ai - показатели архитектурных и инженерных решений здания, обеспечивающих минимизацию расхода энергии.

 При реальном проектировании многие здания не могут быть эффективными по разным соображениям, например, при математическом моделировании были допущены ошибки. В данной ситуации  целесообразно ввести показатель, характеризующий процент отличия реализованного решения от оптимального. В другом смысле данный  показатель может служить критерием оценки искусства архитектора проектировщика. Назовем эту величину "показателем теплоэнергетической эффективности проектного решения" и обозначим h, которая вычисляется по формуле:

 

h = Qэф/Qпр, (1.2)

 

где Qэф - расход энергии на создание микроклимата в помещениях энергоэффективного здания;

Qпр - расход энергии на создание микроклимата в помещениях здания, принятого к проектированию.

 Учитывая то, что три представленные модели, взаимосвязаны, можно записать следующую зависимость между ними:

 

h = h1•h2•h3 , (1.3)

 

где h1 - показатель теплоэнергетической эффективности оптимального учета воздействия наружного климата на здание; h2 - показатель теплоэнергетической эффективности оптимального выбора тепло- и солнцезащитных характеристик наружных ограждающих конструкций; h3 - показатель теплоэнергетической эффективности оптимального выбора систем обеспечения микроклимата.

  Известно, что форма здания существенно влияет на тепловой режим здания. Теплоэнергетическое воздействие наружного климата на тепловой баланс здания может быть оптимизировано за счет выбора формы здания (например размеры и ориентация берутся во внимание, если здания прямоугольной формы), расположения и площадей заполнения световых проемов, регулирования фильтрационных потоков.      Например, удачный выбор ориентации и размеров здания прямоугольной формы дает возможность в теплый период года уменьшить воздействие солнечной радиации на оболочку здания и, следовательно, снизить затраты на его охлаждение, а в холодный период - увеличить воздействие солнечной радиации на оболочку здания и уменьшить затраты на отопление. Аналогичные результаты будут получены при удачном выборе ориентации и размеров здания по отношению к воздействию ветра на его тепловой баланс.

Методология проектирования систем отопления, вентиляции, кондиционирования основана на расчетах тепловых и воздушных балансов здания для характерных периодов года. Например, для РК этими периодами года являются: наиболее холодная пятидневка, отопительный период, самый жаркий месяц, период охлаждения, расчетный год. В этом случае оптимизация теплоэнергетического воздействия наружного климата на тепловой баланс здания за счет выбора его формы и ориентации даст следующие результаты:

- для наиболее холодной пятидневки - снижение установочной мощности системы отопления;

- для отопительного периода - снижение затрат теплоты на отопление;

- для самого жаркого месяца - снижение установочной мощности системы кондиционирования воздуха;

- для периода охлаждения - снижение затрат энергии на охлаждение здания;

- для расчетного года - снижение затрат энергии на обогрев и охлаждение здания.

Для любого периода года возможна оптимизизация теплоэнергетического воздействия наружного климата на тепловой баланс здания.

  Важно отметить следующее: изменение формы здания или его размеров и ориентации с целью оптимизации влияния наружного климата на его тепловой баланс не требует изменения площадей или объема здания - они сохраняются фиксированными.

 

    1. 3 Стратегия энергосбережения в сфере строительства и эксплуатации зданий и сооружений

    1.3.1 Энергосберегающие градостроительные решения

    В строительстве зданий  энергоэффективность – это комплекс мероприятий, направленных на снижение  потребляемой зданиями энергии. Данная энергия необходима для поддержания в помещениях нормальных условий в помещениях при соответствующем технико-экономическом обосновании используемых мероприятий и обеспечении безопасности. Таким образом, понятие энергоэффективности неразрывно связано с энергосбережением. Но только в том случае, все внедряемые  мероприятия, направленные на снижение потребляемой зданиями энергии, технически осуществимы, экономически обоснованы и экологически безопасны.

    Требуется системный подход к решению данной проблемы. Системный подход означает, что должны учитываться все стороны, то есть весь комплекс энергосберегающих мероприятий, к которым относятся архитектурно-планировочные, конструктивные, инженерные и другие виды.

     Программно-целевой метод разработки и реализации системы энергосберегающих мероприятий, ориентированных на получение конечного результата – максимальную экономию невозобновляемых топливных ресурсов при минимальных затратах средств и времени на достижение этой цели.

    Целенаправленная  ориентация научной, проектной и практической деятельности по энергосбережению на наиболее энергоемкую сферу эксплуатации основных фондов, реализация энергосберегающих технологий обеспечивает более 90% потенциального эффекта по энергосбережению за счет модернизации и реконструкции эксплуатируемых зданий, сооружений, инженерных систем, коммуникаций и энергетических объектов.  

    По экспертным оценкам системная реализация энергосберегающих мероприятий позволяет сократить эксплуатационные энергозатраты в жилищном секторе в 2,0–2,5 раза. При этом удельная доля энергосбережения за счет совершенствования градостроительных решений составит 8–10%, архитектурно-планировочных решений – до 15%, конструктивных систем – до 25%, инженерных систем, включая системы вентиляции – до 30%, за счет совершенствования технологии эксплуатации, включая установку приборов учета, контроля и регулирования тепло-, водо- и электропотребления – до 20%.

    Энергосберегающие градостроительные решения:

1.  Рекомендуется примерно в течении 20 лет производить расширение не территорий, а рационально использовать уже застроенные районы, тем самым не будут увеличиваться протяженность магистральных теплопроводов, энергетических носителей, транспортных маршрутов и др.

2. Использовать автономное отопление, расположенное вблизи строительных объектов, разработать технико-экономические обоснования комплексного использования традиционных централизованных и нетрадиционных систем теплоснабжения.

3. Разработать целенаправленные программы  по уменьшению свободных территорий, завершения застройки жилых кварталов и микрорайонов, завершить организацию замкнутых дворовых и внутриквартальных территорий.

4. Разработать генеральные программы, бизнес-планы и другие необходимые документы вторичной застройки реконструируемых малоэтажных жилых кварталов с утеплением наружных стен конструкций уже построенных домов в соответствии с новыми теплотехническими стандартами и нормативами. Перейти на автоматизированные индивидуальные тепловые пункты. Произвести реконструкцию тепловых сетей, использовать  котельные для отопления и горячего водоснабжения.

5. Должны использоваться собственные резервы недр, т.е. теплота земли для вспомогательных помещений, находящихся на цокольном этаже, данные помещения могут использоваться для подземного пространства, для размещения стоянок автомашин, складских и вспомогательных помещений.

 

 

    1.3.2 Энергосберегающие архитектурно-планировочные решения

    Установлено, что большое влияние на удельные теплопотери в жилых и общественных зданиях оказывают их объемно-планировочные решения. Таковыми можно назвать  соотношение площади ограждающих конструкций к общей площади зданий, соотношение площади оконных проемов к площади наружных стен, ориентации, конфигурация зданий в плане.

    Рекомендуемые решения:

• Переход на проектирование и строительство жилых многоквартирных домов типа общежитий с сокращением на 20–30% удельной площади ограждающих конструкций на квадратный метр площади жилья.

• Использование домов общежитий  при вторичной застройке реконструируемых кварталов, в том числе с возведением вторичной застройки на месте существующих двух-пятиэтажных домов без их сноса, но с одновременной реконструкцией и продлением жизненного цикла до уровня новых зданий.

• Возведение мансардных этажей на существующих зданиях с ограждающими конструкциями повышенной теплозащиты, соответствующей второму этапу норм “Строительная теплотехника”, исключает тем самым сверхнормативные потери тепла через покрытия реконструируемых зданий.

    3. Энергосберегающие конструктивные системы. Наиболее рациональными видами энергоэффективных наружных ограждающих конструкций являются многослойные композитные конструкции стен и покрытий с использованием минеральных эффективных материалов.

    Утепление наружных стен построенных домов новыми теплозащитными материалами – вот один из способов теплосбережения. Утепление наружных стен – самый дорогостоящий и трудоемкий процесс - обеспечивает снижение тепло потерь примерно на 12–15%.

    Так называемые вентилируемые фасады, невентилируемые конструкции с применением полистирольных, минераловатных и других плит, большое разнообразие сочетаний данных материалов, разнообразные технологии крепления таких материалов, использование местных утеплителей в сочетании с данными видами материалов – это наиболее распространенные и широко известные способы утепления наружных стен.

 

    Широко используется при утеплении наружных стен крупнопанельных жилых домов в Германии, Польше, Финляндии и в нашей стране многослойная теплоизоляционная система.

    Разнообразные технологии используют многие страны, так, например, в Белоруссии при утеплении крупнопанельных домов используют технологию, так называемую «термошуба».

    Российские ученые тоже разрабатывают новые способы утепления наружных стен зданий, ими был получен универсальный сухой способ утепления наружных стен зданий и сооружений для всех климатических поясов России. Новый способ утепления может быть использован как для утепления существующих зданий, так и при возведении новых зданий повышенной теплоэкономичности в монолитном, панельном и блочном исполнении.

 

    При утеплении наружных стен зданий исключаются такие виды работ, как и энергоемкие процессы.

    Могут быть использованы утеплители различного вида (засыпные, заливные, плитные, в виде матов, в том числе местного изготовления).

    Значительно повышаются архитектурно-эстетические качества наружной отделки фасадов зданий.

В нашей стране имеют место эффективные системы производства тепловой энергии, методы ее транспортировки с наименьшими потерями и технологии экономного потребления. С давних времен при строительстве зданий  массивные каменные и деревянные стены, оконные проемы имели небольшую площадь. В  период с 50-х до 60-х годов повсеместно  строились панельные дома. В связи с тем, что до 1994 года существовали очень низкие строительные нормы теплоизоляции конструкций, дома, построенные в этот период, были построены именно по таким низким нормам. Поэтому население, проживающее в таких домах, не могут повлиять на уменьшение тепло потерь в связи с тем, что отопление у них централизованное. Отсутствует и финансовая мотивация в экономии потребления энергоресурсов. Поэтому главной частью нового этапа жилищной политики – это развитие строительства,  модернизация и реконструкция существующего жилищного фонда с учетом сохранения и обновления жилья, снижения затрат на энергопотребление.

Применение ресурсo- и энергоэффективных конструкций на основе смешанных архитектурно-строительных систем с использованием эффективных утеплителей снижает удельный вес здания примерно 2-2,5 раза по отношению к традиционным конструкциям.

Энергоэффективным будет считаться дом, если будет учитываться обеспечение энергоэффективности зданий, системы теплоснабжения. Если примерно 30 % энергоресурсов связано с незначительными потерями в установках генерации, при транспортировке, распределении и учете тепловой энергии, то значительные потери энергии происходят непосредственно при потреблении. Одна из них на данном этапе - теплоизоляция ограждающих конструкций (в том числе светопрозрачных ограждений). Внедрение сборного железобетона положило начало новой ступени развития "архитектуры" с широким применением типового проектирования.

 Особое значение приобретают вопросы, связанные с окружающей средой, стоимостью, комфортом и надежностью эксплуатации зданий. Ошибки, допускаемые проектировщиками при проектировании домов, устаревшие нормы и правила, дефекты в период строительства и эксплуатации, все это ведет к избыточным потерям тепла в зданиях. Относительный расход тепла на отопление зданий связан, прежде всего, с их геометрическими параметрами и функционально зависит от объемно-планировочного коэффициента (отношение периметра к площади здания или помещения при постоянной величине высоты этажа).

Следует иметь в виду, что из-за многофакторности исходных предпосылок, влияющих на оптимальный модуль ячейки, не может существовать одного оптимального решения, а должна рассматриваться целая область вариантов. Это означает, что в основу проектирования должен быть положен ряд ячеек разных размеров, по которым прослеживается динамика изменения относительного расхода тепла. Таким образом, существует возможность определить наиболее экономичные модульные конструктивные ячейки. Расчеты показывают, что увеличение размера ячейки от 3,6 до 6 м приводит к снижению расхода тепла почти на 40 %. При дальнейшем увеличении - от 6 до 8,4 м и от 8,4 до 10,8 м - расход снижается только на 25 %, с 10,8 до 13,2м - на 18,5% и с 13,2 до 15,5 м - на 17%. Таким образом, варианты геометрических параметров энергоэкономичных ячеек целесообразно рассматривать в диапазоне от 3,6 до 10,8 м с учетом применения различных конструкций и материалов. Однако выбор оптимальной величины модульной конструктивной ячейки должен быть обоснован с точки зрения расхода не только тепла, но и основных строительных материалов и трудоемкости.

Расходуя минимум строительных материалов, мы получаем надежные оптимальные размеры несущих конструкций. Практика проектирования показывает, что увеличение пролета здания в 2 раза приводит к четырехкратному увеличению изгибающего момента, то есть к существенному утяжелению конструкций, поэтому размеры пролета должны определяться фактически необходимым свободным пространством. В противном случае увеличение габаритов ячейки при компоновке здания может оказаться дорогостоящим.

В связи с тем, что раньше здания строились однотипными, у таких домов не было возможности сохранять тепло, уменьшать энергопотери. Поэтому сегодняшнее строительство требует поиски новых типов зданий, связанные с необходимостью изменения строительной типологии дома в соответствии с современными экономическими условиями. Они  направлены на создание новых идеи проектировщиков, которые бы расширили бы возможности вариантного проектирования. Практика проектирования показывает, что в малоэтажном и многоэтажном домостроении предпочтительными и оптимальными являются пролеты 4,8 м и 7,2 м. Пролет 4,8 м обеспечивает оптимальные архитектурно-планировочные решения в соответствии с действующими нормами проектирования. Он дает возможность получить необходимую ширину корпуса здания, а также самые разнообразные типы домов по двухпролетной схеме. Данная схема допускает изменение  объемно-планировочных решений и вариантность проектирования. Пролет 7,2 м при однопролетной схеме оптимален для всех типов домов и позволяет осуществить кардинальную трансформацию архитектурно-планировочного пространства. Предпочтительность проектирования малоэтажных зданий на пролете 4,8 м и соответствующей ему конструктивной ячейке подтверждается современной отечественной и зарубежной практикой (в Швеции, США, Италии используется шаг стен, близкий к 4,8 м).

Современное строительство нацелено на  расширение типологии жилых зданий. Новые объемно-планировочные решения, новые типы зданий потребуют разделение в зависимости от уровня спроса и доходов потребителя. Однако будут соблюдаться требования  энергосбережения. Типология жилого дома оказывает огромное влияние на потребление энергии, а главное - на эффективность ее распределения.

Сегодня много строительных компаний используют типовые проекты зданий и сооржений, где предусмотрено только утепление ограждающих строительных конструкций. Но не смотря на  новые требования по вопросам усиленной теплоизоляции, применение более новейших технологий, про застройщики не выполняют требования.

Открытая архитектурно-строительная система включает:

- модули различных подсистем, для которых можно применить взаимозаменяемые узлы, детали и конструкции, созданные на основе существующей нормативной базы строительства;

- новые возможности объемно-планировочных и конструктивных решений, которые будут благоприятно влиять на микроклимат помещений;

- большой выбор  унифицированных строительных изделий, конструкций которые могут применяться для возведения зданий различного назначения;

- охват строительства как малоэтажного (до 4 этажей включительно) на основе легких унифицированных конструкций, деталей и элементов, так и многоэтажного - на основе каменных материалов или металлических конструкций, а также разнообразных легких ограждающих конструкций;

- единую модульную систему и конструктивные элементы, взаимозаменяемые с элементами других архитектурно-строительных систем в соответствии с заданным уровнем унификации.

Высокий уровень унификации конструкций, изделий и элементов обеспечивается набором:

- универсальных конструкций и элементов, из которых можно проектировать различные варианты систем;

- универсальных узлов и сопряжений, обеспечивающих совместимость элементов независимо от выбранной конструктивной системы.

Создание открытой архитектурно-строительной системы на основе единой модульной координации должно обеспечить привязку всех элементов здания к модульным разбивочным осям и монтажным горизонтам независимо от материала и толщины сопрягаемых элементов и расположения их в плане.

     Одним из актуальных направлений ресурсо- и энергосбережения является создание новых энергоэффективных строительных конструкций массового применения, такие как энергоэффективные ограждающие конструкции, светопрозрачные ограждения, степень теплозащиты таких элементов очень высокая. Производство таких изделий должно составлять основу строительной индустрии, а их применение позволит уменьшить стоимость, повысить качество и ускорить сроки возведение объектов. Широкая номенклатура конструкций дает возможность проводить многовариантное проектирование, детально и с высокими потребительскими свойствами, т.е. надежностью, долговечностью, экологичностью, эстетичностью, отрабатывать конструктивные решения.

Архитектурная выразительность невозможна без светопрозрачных конструкций, без светопрозрачных фасадов. Использование надежных стеклопакетов, остекленных элементов, таких как двери, окна, витражи позволяет сократить потери тепла от общих в здании до 30-40 %.

На сегодняшний день большое разнообразие кирпичей применяют для строительства зданий. Наряду с монолитным строительством, в качестве несущих стен для малоэтажного строительства часто применяют штучные материалы, т.е. кирпичи, блоки и т.д., которые отвечают требованиям теплоэффективности жилых зданий.

Строительство зданий и сооружений должны осуществляться из конструкций, произведенных из местных строительных матералов, из отходв промышленности, используется местное дерево, а также созданные на основе тонкостенного металлического холодногнутого профиля и эффективных утеплителей.

Если говорить о развитии деревянного домостроения, можно отметить, что  необходимо наладить массовый выпуск индустриальных конструкций, элементов, используя  открытую систему типизации, то есть необходимо переходить от проектирования типовых домов к унифицированным конструкциям для различных типов зданий.

Для возведения балок, плоских рамных систем, пространственных ферм покрытий применяют  тонкостенные металлические несущие элементы, детали, изделия. В связи с тем, что данные элементы, детали легко подаются обработке, наличие разнообразных форм сечений, целесообразно использовать в качестве  несущих элементов зданий, кровли, стеновых панелей и т.д. Системы из монолитного железобетона на основе оставляемой опалубки из эффективных утеплителей являются стеновыми или каркасными. В зависимости от типа элементов опалубки они обеспечивают строительство стен и перекрытий зданий любой этажности, но особенно эффективны в малоэтажном жилищном строительстве в районах со сложными инженерно-геологическими и погодными условиями.

Чтобы перейти к открытой архитектурно-строительной системе необходимо полностью перестраивать предприятия домостроения и промышленности строительных материалов. Важно помнить, что учитываетя необходимость изменения производства на всех этапах создания готовой строительной продукции, т.е. от проектирования до возведения жилых зданий, также включается разработка сырьевых запасов, производства энергоэффективных строительных материалов и выпуска строительных конструкций.

Основной идеей нынешней политики в строительной индустрии является то, что главное не только строить новые энергоэффективные здания, но и также модернизировать и провести реконструкцию существующего фонда жилья, учитывая, конечно, его сохранение и обновление, снижение расходов энергопотребления иповышение долговечности здания.

В настоящее время требуется коренная комплексная реконструкция многих районов, изменение их пространственно-планировочной структуры, обновление архитектуры жилых домов, повышение технического качества квартир и инженерного оборудования. К основным объектам реконструкции подлежат застройки, построенные более 50 лет назад, здания морально и технически устаревшие по архитектурно-планировочным и техническим соображениям, непривлекательным фасадом, районы с безхозными дворами, внутриквартальными и микрорайонными пространствами, в которых нет достаточно оптимальных условий для людей и  содержать которые в новых экономических условиях непосильное дело для муниципальных служб.

Зарубежный и отечественный опыт реконструкции показывает, что здание может быть повышено на 1-2 этажа за счет его расширения, увеличения размеров кухонь и летних помещений. Устройство мансард не только увеличивает общую площадь дома на 20-40 %, но и уменьшает потери тепла через кровлю на 7-9 %, значительно улучшая архитектурную выразительность здания.

В условиях рыночных отношений (установленной стоимости на землю, резко возросшей стоимости энергоносителей и основных строительных материалов) особенно ярко проявляется экономическая эффективность по следующим позициям:

- реконструкция не требует нового участка земли;

- прирост жилой площади происходит за счет реализации резервов на существующих территориях, а также градостроительного освоения мало уклонных, плоских крыш и пустующих чердаков зданий, пригодных для устройства надстроек (в том числе мансардного этажа как наиболее оптимального варианта) без отселения жителей, что в 1,5 раза дешевле, чем строительство на новых территориях. На 25-40 % снижаются расходы на создание инженерной и транспортной инфраструктуры;

- реконструкция - одно возможность изменения пространственной гармонии в домах;

- перспективность для вкладчиков, получение больших площадей для своего жилья – все это дает нам реконструкция жилья. Она повышает  социальную привлекательность жилья.

Как большие, так и малые города имеют возможность усовершенствовать архитектурно-градостроительные и социальные решения за счет реконструкции. Парадокс в том, что необходимо знать каким образом и в каких объемах производить изменения, чтобы  на эти изменения не потребовалось слишком больших материальных затрат, чтобы условия жизни для людей оставались благополучными. Одна из важнейших задач проведения реконструкции жилищного фонда - это разработка стратегических направлений, определяющих архитектурную, градостроительную и техническую политику, которая бы обеспечивала динамику роста возобновления жилья и устойчивое развитие городов.

    1.3.3 Энергосберегающие конструктивные системы

    Конструктивная система универсального способа утепления наружных стен зданий предусматривает механическое крепление на расчетном расстоянии от стены облицовочных бетонных плиток заводского изготовления и заполнение образуемого пространства утеплителем.

    Теплопотери через окна достигают 50% от общих тепло потерь через ограждающие конструкции, поэтому в первую очередь необходимо повышать теплозащитные качества окон. Оконные заполнения из древесины и стеклопластика с тройным остеклением, в виде стеклопакетов, с двойным остеклением и слоем пленки обеспечивают нормативные теплозащитные требования. При реконструкции снижение теплопотерь через окна может быть обеспечено посредством утепления откосов с установкой наличников и путем установки светопрозрачного экрана в межстекольном пространстве оконного блока с раздельными или спаренными переплетами.

    Введение экрана позволяет ограничить естественную конвекцию в прослойках и добиться расчетного режима теплопроводности в окнах.

При одновременном учете светотехнических и теплотехнических свойств конструкций, окна с экранами имеют большую энергоэффективность.

    Одним из направлений развития энергосбережения в строительстве являются окна с теплоотражающими стеклами. Использование таких окон в жилищном строительстве позволяет снизить потери тепла через них до 40 % энергии. В этом случае окупаемость дополнительных затрат не превышает 1,5 лет.

    Сейчас прогресс не стоит на месте, все много новых материалов, новых технологий приходят в наш дом. Да, раньше использовались  такие строительные материалы, как древесина, сталь и алюминий для изготовления оконных переплетов. Однако сегодня рынок представлен новейшими современными строительными материалами. Среди полимерных материалов для применения в конструкциях оконных и дверных блоков широкую популярность получили стекло наполненные термореактивные материалы на основе полиэфирных смол – полиэфирные пластики. Данные материалы практически не имеют недостатков, они обладают всеми положительными качествами полимеров. Например, полиэфирные стеклопластики обладают теплопроводностью дерева, прочностью и долговечностью металла, биологической стойкостью, влаго- и атмосферостойкостью полимера. Сравнительные физико-механические и теплофизические свойства различных материалов показаны в таблице 1.

 

Таблица 1 Сравнительные физико-механические и теплофизические свойства материалов

 

Физико-механические характеристики Стеклоплас-тик Стекло ПВХ Сталь Алюминий Древеси-на (сосна)
Плотность, т/м3 1,6-2,0 2,2 1,4 7,8 2,7 0,46-0,53
Разрушающее напряжение при сжатии (растяжении), мН/м2(мПа) 410-1180 35 41-48 410-480 80-430 40-80
Разрушающее напряжение при изгибе, мН/м2 (мПа) 690-1240 25-50 80 400 275 80
Модуль упругости при растяжении, гПа 21-41 50-85 2,8 210 70 11
Модуль упругости при изгибе, гПа 27-41 50-85 2,8 210 70 10
Коэффициент линейного расширения, х10 0С 5-14 3,2-11 57-75 11-14 22-23 5,4-34
Коэффициент теплопроводности, Вт/м х0С 0,3-0,35 0,45 0,15-0,35 46 140-190 0,04-0,1

 

    Широкая практика показала, эффективность строительства мансардных этажей, они возводятся из легких конструкций и материалов с повышенными теплозащитными свойствами.

    К таким легким каркасным конструкциям относятся каркасы с применением металлодеревянных конструкций, обладающих преимуществами дерева и металла как материалов. Совместная работа металлического листа и обжимающих его деревянных досок позволяет существенно снизить вес конструкции и уменьшить расход металла в 4 раза при обеспечении необходимой несущей способности.

    Разработаны варианты возведения мансард укрупненными пространственными блоками.

    Конструктивные решения объемных блок-комнат для устройства мансарды обеспечивают максимальное снижение веса и необходимую жесткость элементов для их транспортировки и монтажа. Этим требованиям отвечают, в частности, следующие варианты конструктивных решений.

Замоноличивание полистиролбетоном подвергается металлический каркас, находящийся в плоскости пола, покрытия, наружных и внутренних стен. При этом толщина наружных стен и пола принимается по теплотехническому расчету для каждого региона, а межкомнатных и межквартирных стен (перегородок) - с учетом прочностных и звукоизоляционных требований.

    Энергоэффективность и перспективность мансардных надстроек обеспечивается помимо эффективных ограждающих конструкций также выбором рациональных систем отопления.

    Анализ показывает, что при отсутствии резервных мощностей наиболее эффективным решением теплоснабжения мансардных надстроек является использование индивидуальных поквартирных котлов. При этом варианте минимальны как капитальные затраты, так и годовые эксплуатационные расходы.

 

    1.3.4 Энергосберегающие инженерные системы

    Внедрение новых контрольно-измерительных приборов по энергосбережению при эксплуатации объектов, инженерных систем, также и модернизация уже существующих источников, оборудования могут существенно повлиять на энергоэффективность, на энергосбережение зданий.

    Важные аспекты:

1. повышение КПД котельного оборудования;

2. устранение теплопотерь в магистральных и внутриквартальных тепловых сетях;

3. модернизация систем отопления и горячего водоснабжения зданий, учет тепла в каждой квартире и регулирование потребления энергоресурсов.

    Рекомендуемые мероприятия:

• использование высокопроизводительного котельного оборудования, в том числе местных котельных контейнерного типа, при размещении которых на крыше зданий исключается необходимость в тепловых сетях;

• переход на автоматизированные индивидуальные тепловые пункты с исключением применения струйных смесителей - насосов со свободным количественным и качественным регулированием теплоносителя для секционной подачи. Установление режимов отопления для дневного, ночного времени, зимнего и осенне-весеннего периодов, выходного дня и т.д.

    Экономию энергии можно достичь переходом на автономные, независимые от централизованного теплоснабжения системы горячего водоснабжения, будут использоваться поквартирные газовые или электроводонагреватели. Будет использоваться два тарифа в дневное и ночное время суток.  

    До 25% от общего возможного эффекта по экономии тепловой энергии можно получить при установке поквартирных приборов учета расходования горячей воды до 10%. Регулирование систем отоплению будет способствовать исключению перегрева помещений при межсезонном и временном повышении температуры наружного воздуха и по комнатному регулированию температуры в отопительный период (10–12%).

    Рекомендуется при реконструкции построенных домов и проектировании новых  применять новые системы отопления. В России широкое распространение в массовом жилищном строительстве получили вертикальные однотрубные системы отопления. Эти системы не удовлетворяют требованиям энергоэффективности. Практически реализовать и организовать учет теплоносителей в каждой квартире очень сложно, в техническом плане, к тому же требуются финансовые вложения.  

    Существенная экономия тепловой энергии и повышение уровня теплового комфорта в отапливаемых помещениях достигается при применении горизонтальных систем отопления с поквартирным распределением теплоносителя.

    Представляем горизонтальные системы отопления, они могут выполняться в двух вариантах:

• с кольцевой разводкой трубопроводов по всему периметру наружных стен;

• с разводкой и подачей теплоносителя к каждому прибору от специального коллектора по гибким трубопроводам, проложенным в полу.

    Экономия тепловой энергии при эксплуатации рассматриваемых систем достигает 25% за отопительный сезон по сравнению с существующими вертикальными однотрубными системами отопления.

    Ориентировочные расчеты показывают, что при совокупной реализации мероприятий по модернизации инженерных систем, расходы тепла в жилых и общественных зданиях на отопление и нагрев приточного или инфильтрирующего воздуха, возможно, сократить на 30–40%.  Расходы на повышения термосопротивления ограждающих стен будут больше, чем при единовременных капитальных затратах. Этот показатель будет до 10 раз меньше.

    В целом возможно реально довести расчетные потери тепла в жилых зданиях до уровня достигнутого в передовых странах - 30–35 Вт/м2.

    Таким образом,  в ближайшем будущем,  традиционные источники будут исчерпаны, а новые виды альтернативных энергоисточников будут мало изучены, развиты, возникнет дефицит энергоресурсов. Это повлияет на резкое их удорожание, и поэтому задача экономии энергоресурсов станет первоочередной.

    В связи с этим в сфере создания, модернизации и эксплуатации строительной продукции основополагающим фактором станет обеспечение минимальных теплопотерь в зданиях за счет энергоэкономичных  объемно-планировочных и конструктивных решений, новых с высоким коэффициентом сопротивления теплопередаче строительных материалов и изделий, энергоэффективного оборудования или модернизация старых. Приоритетное направление развития строительных материалов, изделий и оборудования будет принадлежать энергосберегающим видам.

    Анализируя выше сказанное, можно полагать, что развитие конструктивных систем, строительных материалов, изделий и оборудования, происходит по традиционным и новым направлениям, удовлетворяющим требованиям энергосбережения, экологической безопасности, технологичности, экономичности, малой трудоемкости возведения, адаптивности к условиям реконструкции и модернизации жилых и производственных зданий.

 

 

    1.4 Строительная энергетика и энергосбережение

   

    1.4.1 Обеспечение гарантированного и экономичного энергоснабжения

 

    Может быть, это покажется странным, что только в последние годы мировое сообщество пытается осознать единство и противоречие отношений «общество – энергоресурсы». Общество осознало, что энергоресурсы имеют большое значение не только для улучшения качества жизни, но также для обеспечения независимости и безопасности страны.

    Строительная отрасль потребляет достаточно много энергоресурсов, практически до 40 %. Строительство  не воспринимает и практически не использует дорогостоящие энергоэффективные технологии.

  Основополагающим моментом современного этапа отношений «общество – энергоресурсы» является разработка правил, которые определяли бы права и обязанности государства и граждан – производителей и потребителей энергии, также учитывая и защищая интересы будущих поколений. Примеры таких правил - Резолюция саммита «Восьмерки» в Санкт-Петербурге в 2006 году «Глобальная энергетическая безопасность» и Директива Европейского сообщества.

    Работы по созданию таких Правил ведется в НП «АВОК», ASHRAE, REHVA, SCANVAC, VDI и в других авторитетных международных и национальных общественных профессиональных организациях.

    Основные Правила, являющиеся всеобщими, очень важными и способными оказывать существенное влияние на промышленность систем климатизации и, соответственно, на качество жизни людей:

1. Обеспечение гарантированного и экономичного энергоснабжения.

2. Действие на окружающую среду разработки и потребления энергетических ресурсов.

Дата: 2018-12-28, просмотров: 1376.