ОТЕЧЕСТВЕННЫЙ И ЗАРУБЕЖНЫЙ ОПЫТ СТРОИТЕЛЬСТВА ЗДАНИЙ С ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИМИ КОНСТРУКЦИЯМИ

DOMESTIC AND FOREIGN EXPERIENCE IN BUILDING BUILDINGS WITH ENERGY-SAVING STRUCTURES

Dmitry S. Bauer

master's student, Department of construction production, Tyumen industrial University,

Russia, Tyumen

АННОТАЦИЯ

В настоящее время накоплен достаточный опыт отечественного и зарубежного строительства с энергосберегающими конструкциями, однако в России из-за отсутствия широкой государственной поддержки, недостаточно большой методической и информационной базы проектирования и малого количества экспериментальных построек такое строительство все еще не получило широкого распространения. В статье автор проводит анализ отечественного и зарубежного опыта строительства зданий с энергосберегающими конструкциями.

ABSTRACT

Currently, sufficient experience has been accumulated in domestic and foreign construction with energy-saving structures, but in Russia, due to the lack of broad state support, insufficient methodological and information base for designing and a small number of experimental buildings, such construction is still not widely used. In the article, the author analyzes domestic and foreign experience in building buildings with energy-saving structures.

Ключевые слова: энергосберегающие технологии, строительство, энергоэффективные здания.

Keywords: energy-saving technologies, construction, energy-efficient buildings.

Проблема энергосбережения всегда стояла остро для стран Европы, где более половины энергопотребления удовлетворяется за счет импорта энергоресурсов.

Это стало импульсом для широкого внедрения возобновляемых источников энергии в жилищном секторе и улучшения общего экологического качества зданий в Европе (микроклимат помещений, городская среда) [3].

В конце XX и в начале XXI века большое распространение в мировой строительной практике получили следующие концепции строительства энергосбрегающих зданий: энергоэффективные здания, здания с низким энергопотреблением, здания с ультранизким энергопотреблением, пассивные здания, здания высоких технологий, здания с нулевым энергопотреблением, «умные» здания, здания биоархитектуры, Sustainable Buildings (экологически устойчивые здания) [2].

Французским исследователем Тромбом предложена пассивная система теплоснабжения здания с элементами (шторы, клапаны), позволяющими более точно регулировать температуру воздуха внутри помещения, эта система впоследствии была усовершенствована австралийским ученым Зоколеем и шведскими специалистами Адамсоном Б. и Хидемарком В. [1]

В развитых странах Запада выполняется широкий фронт исследований по снижению общего энергопотребления зданий, повышению их энергетической эффективности и расширению использования возобновляемой энергии [4]. Кроме того, малоэтажные дома – практически основной тип жилья на западе с безграничным диапазоном условий применения энергосберегающих мероприятий.

Достаточно широкую известность приобрела концепция «солнечного» дома, в проекте которого бóльшая часть энергетических потребностей обеспечивается теплом солнечной радиации, за счет чего затраты других энергоносителей снижаются на 40-60%. Реализованных проектов «солнечных» домов в мире довольно много. Их строят не только в теплых странах (Египет, Израиль, Турция, Япония, Индия, США) и в странах с умеренным климатом (Франция, Англия, Германия), но и во многих северных регионах (Швеция, Финляндия, Канада, Аляска) [5].

В настоящее время в России существует ряд домов нового поколения, при строительстве которых использовались энергосберегающие конструкции.

Одним из примеров может служить здание, построенное в городе Барнауле.

Расположение здания позволяет увеличить теплопоступления от солнечной радиации за счет ориентации фасадов со светопрозрачными конструкциями на стороны света по ходу движения солнца: восток – юг – запад. В доме установлена механическая приточно-вытяжная вентиляция с рекуперацией тепла входящего воздуха и с синхронизированными регулируемыми притоком и вытяжкой в каждой квартире. Применена модульная система обработки воздуха с пластинчатым рекуператором, который позволяет использовать 60% тепла удаляемого воздуха. Удельный расход тепловой энергии на отопление ниже нормативного на 44% [3].

В г.Кондорово построено энергоэффективное здание, в котором предусмотрено использование возобновляемых источников энергии. Отопление и горячее водоснабжение обеспечиваются за счет геотермальной теплонасосной системы теплоснабжения, которая извлекает теплоту из грунта и направляет ее в систему отопления дома [4]. В доме применены и другие активные и пассивные энергосберегающие технологии. Например, освещение мест общего пользования осуществляется от солнечных батарей.

Еще одним примером может служить дом в Казани, в котором установлены энергосберегающие окна с пятикамерным расширенным профилем, а пространство между стеклами заполнено инертным газом. Солнечные батареи площадью 21 м² преобразуют солнечную энергию в электрическую мощностью 2,5 кВт. [1]

В Хабаровске построен четырехэтажный восьмиквартирный дом с тепловым насосом и с рекуперацией теплоты уходящего воздуха в системах вентиляции.

Компания «Мосстрой-31» вместе с немецкими специалистами и архитекторами построила индивидуальный «пассивный» дом с низким энергопотреблением, оборудованный тепловым насосом. Потребление энергии на все нужды дома составляет около 5 кВт·ч на 1 м² полезной отапливаемой площади, что в 2-4 раза эффективнее любого типового дома.

Большое значение применение энергосберегающих мероприятий имеет не только в отношении строящихся зданий, но и в отношении уже существующих зданий старой постройки. При проведении работ по реконструкции тепловой защиты в Тюмени был создан целый энергоэффективный квартал, где в домах, построенных относительно давно, были проведены работы по ремонту и замене фасадов, кровли, инженерных коммуникаций, выполнена модернизация внутридомовых систем отопления, оконных блоков. Впоследствии комплекс таких работ планируется провести в масштабах целого города [3].

По мнению зарубежных и отечественных исследователей весьма выгодно использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Интерес к ВИЭ неуклонно растет на всех уровнях мирового сообщества не только из-за энергетической, но и из-за экологической безопасности. В России вклад ВИЭ в энергетический баланс страны не превышает 0,5-0,7% [5].

Для России главным побудительным мотивом использования возобновляемых источников энергии является труднодоступность многих районов страны (особенно Сибирь) для централизованного энергоснабжения. По некоторым оценкам, от 50 до 70% территории России с населением 50 млн чел. не охвачено централизованным электроснабжением. Для этих регионов использование возобновляемых источников энергии является особенно актуальным.

Использование энергии солнечной радиации для горячего водоснабжения и отопления индивидуальных жилых домов позволяет избежать ущерба от аварийных и плановых отключений, улучшить экологическую ситуацию и избежать теплового загрязнения окружающей среды. Применение системы солнечного теплоснабжения может быть эффективным даже в широтах с невысокой солнечной активностью, если в здании предварительно провести некоторые энергосберегающие мероприятия.

Еще в 1930-х гг. академик А.Ф. Иоффе говорил о том, что будущее солнечной энергетики за прямым преобразованием солнечного излучения в электрический ток с помощью полупроводниковых фотоэлементов [1].

Сейчас большое распространение получили солнечные коллекторы, использование которых позволяет экономить энергию на отопление здания. Некоторые авторы считают, что энергетически рационально совмещать ограждающие конструкции здания с гелиоколлектором, имеющим воздушный теплоноситель для использования энергии солнечной радиации, так как такая гелиосистема одновременно выполняет роль системы теплоснабжения зданий и функцию теплозащиты [3].

В России, пока отстающей по проблеме развития «солнечного» домостроения, был создан проект жилого дома «СОЛ-1», где использовались исключительно элементы пассивной системы энергосбережения: две стены Тромба, гравийные накопители тепла в полуподвальных помещениях, массивные перекрытия и стены.

Аккумуляторами тепла служат сад и теплица, расположенные на втором этаже. В зимнее время расход тепловой энергии сокращается на 70%.

В Краснодарском крае существует целая «солнечная» деревня из 40 домов, на крышах которых установлены солнечные батареи.

В Томской области строится ветросолнечная электростанция, проектное решение которой может использоваться для электрификации труднодоступных поселков.

Использование тепла верхнего слоя земли как альтернативного источника энергии представляет интерес для одно- и малоэтажных зданий, которые имеют относительно большую площадь соприкосновения с поверхностью грунта [3]. Аккумулирование тепла в подпочвенном слое грунта или в обваловке вокруг здания происходит в периоды высоких наружных температур летом и интенсивной солнечной радиации. Этот слой толщиной около 3 м представляет собой, по существу, находящийся под зданием мощный естественный аккумулятор низкопотенциальной энергии. Большой массив грунта, прилегающий снизу к зданию, а также окружающий подземный этаж или подвальное помещение, обладает значительной теплоаккумулирующей способностью и тепловой инерцией, на которые влияют также тепловыделения из надземной части здания через пол первого этажа.

Использование тепловой энергии грунта в качестве источника тепла имеет определенные преимущества, так как грунт является общедоступным материалом и амплитуда колебаний температуры прилегающих слоев грунта гораздо меньше, чем у наружного воздуха [2]. Характерной особенностью естественного температурного режима грунта является запаздывание его минимальных температур относительно времени наступления минимальных температур наружного воздуха.

По мнению Бродач М.М., концепция здания с нулевым энергетическим балансом основана на том, что здание может удовлетворять свои потребности за счет экологически чистых, возобновляемых источников энергии, таких, как солнечные батареи, энергия ветра, гидроэнергетическое и биотопливо [4]. При этом возобновляемая энергия должна вырабатываться в количестве равном или превышающем годовое энергопотребление здания. В этом случае источники возобновляемой энергии могут располагаться как внутри здания, так и на прилегающей территории.

Оптимальное соотношение между уровнем повышения энергетической эффективности и долей использования возобновляемых источников энергии позволяет сэкономить до 50% энергии благодаря только техническому переоснащению. Если, кроме этого, рационально утеплить наружные ограждающие конструкции здания, то снижение энергопотребления может составлять до 80%.

Анализируя развитие энергоэффективных зданий, можно сделать вывод о том, что произошел огромный рост науки в строительной сфере.

Человечество перешло от строительства зданий с повышенными теплоизоляционными свойствами ограждающих конструкций к зданиям, способным регенерировать солнечную энергию и обеспечивать свою жизнедеятельность за счет нее, возобновлять энергоресурсы и эксплуатироваться обособлено от центральных источников городов.

Список литературы:

1. Кравченко К.С. Особенности и принципы строительства энергоэффективных домов в условиях крайнего севера // Энергия науки: электронный сборник материалов VII Международной студенческой научнопрактической интернет-конференции. — 2017. — С. 1093-1095.
2. Пиир А. Э., Козак О. А. Повышение тепловой эффективности жилых зданий в суровых климатических условиях // Повышение энергоэффективности объектов энергетики и систем теплоснабжения: материалы Всероссийской научно-технической конференции / Омский государственный университет путей сообщения. — Омск, 2017. — С. 108-115.
3. Овсянников С. И., Родионов А. С. Обоснование эффективных строений для Крайнего Севера // Вестник науки и образования северо-запада России. — 2017. — № 1. — С. 107-114.
4. Ivanov, V. Study of the aerodynamic regime of the cooling system of the foundations of buildings on the filling soil in the conditions of the Far North //MATEC Web of Conferences Volume 245, 5 December 2018, article number 10005
5. Подковыркина К.А., Подковыркин В.С., Назиров Р.А. Особенности проектирования зданий и сооружений в северных широтах с точки зрения строительной физики// Урбанистика. — 2017. — № 4. — C. 78-85.
6. Подковырина К. А. Оптимизация наружных ограждающих конструкций с учетом энергосбережения и экономической целесообразности: дис. магистра: 08.04.01.04 / ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет». — 2017. — 104 с.