ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

Энергоэффективность означает рациональное использование энергии. Потенциал энергосбережения огромен для всего мира и России, в частности.

Около 40 % всей энергии, потребляемой в мире, используется в зданиях. Они являются основными потребителями энергии и главными источниками выбросов парниковых газов. 2/3 этой энергии расходуется на отопление и кондиционирование, а современные технологии позволяют значительно сократить этот показатель [2].

На долю использования энергии в зданиях приходится большая доля общего конечного энергетических затрат. Большая часть энергии потреблении включает в себя не только энергию, используемую для контроля климата в здании и сами здания, но и энергия, используемая для приборов, освещения и других установленных оборудований.

Энергоэффективность будет наиболее рентабельным при осуществлении планирования энергозатрат на стадии проектирования зданий. Поэтому среди всеобщих мер по рациональному энергетическому обеспечению зданий важным являются требования строительных норм в условиях высокой строительной активности зданий и роста городов. Строительные нормы и стандарты энергоэффективности способствуют результативной стройке, реконструкции или других улучшений существующих зданий с точки зрения финансово и ресурсосбережении.

Так как здания имеют относительно длительный срок эксплуатации, обязательно будут проходить капитальные ремонтные за время их эксплуатации. В то же время образ жизни и требования к комфорту приводят к постоянным и частым изменениям в современном обществе. Поэтому требования к энергоэффективности путем реконструкции являются важным вопросом, которые должны быть включены в строительные нормы.

Энергия используется в зданиях различного назначения. К источникам энергозатрат относятся отопление, вентиляция, кондиционирование, освещение, бытовые приборы, а так же горячее и холодное водоснабжение. Отопление, кондиционеры, вентиляции и приготовления горячей санитарно-техническим воды требуется основную долю энергопотребления жилого здания. Часто расчет энергозатрат учитывает только общее количество потребления ресурсов всем зданием. Учитывая сложность разделения энергозатрат зданий и использования различных видов топлива, большинство анализирует использование энергии в строительстве в соответствии с определением конечного использования: отопление, охлаждение, приготовление пищи и т. д. Разделение в использовании энергии будет связано с неопределенностью и это будут варьироваться с различными типами зданий, а также с возрастом и использованием зданий.

Регулирование конечного использования энергии в зданиях так же позволит сократить выбросы парниковых газов и загрязнение, производимое сжиганием ископаемых видов топлива. Потому что большая часть потребления энергии зданий требует от городского централизованного отопления или индивидуальных систем отопления. Таким образом, снижение энергопотребления улучшает качество воздуха на местном уровне. Учитывая же потенциальные масштабы энергосбережения в строительном секторе, снижение спроса на энергопотребление и ископаемых видов топлива может внести существенный вклад по сокращению выбросов парниковых газов.

Энергоэффективные здания позволяют сохранить стабильный микроклимат в помещении с меньшими тратами энергии. При строительстве новых зданий с учетом энергосбережения в последующей эксплуатации здании влияет на потребление энергии до ремонта или даже весь срок службы. Упущенные возможности на этапе строительства приводит к увеличению расходов, если сделать на более позднем этапе и может сильно превысить эксплуатационные расходы для будущих пользователей. Учитывая длительный срок службы большинства зданий, относительная энергоэффективность новостроек будет влиять на потребление энергии в течение многих лет.

Решения, принятые при проектировании здания влечет за собой меньшие затраты с большей экономией с финансовой точки зрения и энергозатрат по сравнению с более поздними решениями. Например, повышение теплоизоляции за счет увеличения толщины конструкции, применения более теплоудерживающих утеплителей на стадии строительства нового здания. Некоторые улучшения эффективности могут даже уменьшить затраты на строительство, потому что эффективные решения являются более экономичными или потому что потребность в системах отопления и охлаждения может снижаться.

Решения, которые влекут за собой низкие затраты на ранней стадии проекта, включают в себя форму здания, ориентации стен, ориентации окон и строительных материалов. Так как решения по улучшению энергоэффективности, включенные во время этапа конструкции, могут уменьшить требование для систем охлаждения и отопления после строительства.

В первую очередь при строительстве внимание уделяется на теплоизоляционные свойства стен зданий. И основным следствием повышения требований к теплозащите ограждающих конструкций зданий стал переход к многослойным конструктивным решениям. Они позволяют достичь высоких показателей сопротивления теплопередаче без увеличения толщины ограждающих конструкций за счет действия эффективных утеплителей.

В строительстве применяются различные теплоизоляционные материалы и конструкции, энергоэффективные фасадные системы, технологии возведения монолитных домов с несъемной опалубкой, энергоэффективные светопрозрачные конструкции [1].

Существуют разные варианты утепления ограждающих конструкций здания, зависящие от климатических условий и принимаемого на этапе строительного проектирования конструктивного решения. В то же время важную роль играет ориентация стен – смотрит ли стена на юг, север, запад или восток. На южную сторону попадает больше солнечных лучей, северная сторона затенена.

Роль же теплоизоляции заключается в том, чтобы замедлить этот поток тепла.

Можно выделить два основных варианта:

1) когда в многослойных стенах есть конструктивный слой и слой утеплителя – это так называемая теплотехнически неоднородная ограждающая конструкция.

2) когда слой утеплителя и конструктивный слой совпадают – это теплотехнически однородная ограждающая конструкция [1].

Тепло всегда переходит от горячих областей к холодным районам. Летом, наружное тепло будет поступать внутрь дома. Зимой, внутренняя теплая температура помещения будет поступать в направлении внешнего. Этот поток тепла проходит за счет теплопроводности, конвекции и излучения.

Воздух является самым эффективным теплоизолятором в строительстве. Основное отличие теплосберегающих свойств строительных материалов заключается в процентном отношении объема воздушных пор к объему скелета каркаса, образующего эти поры. При этом прослеживается характерная зависимость между теплопроводностью материала, удельным весом и его прочностными характеристиками. Кроме того, воздух может быть самостоятельным слоем утепления в многослойных стенах [1].

Что касается строительных материалов, то металлы являются лучшими проводниками тепла, к которым относятся бетон и кладка, в отличие от дерева и утеплителя. Для уменьшения теплопередачи за счет конвекции изоляционные материалы должен содержать небольшие пустоты или воздушные карманы, в пределах которых движение воздуха сведено к минимуму.

Излучение-это передача инфракрасной энергии излучения от горячей поверхности к холодной поверхности через воздух или вакуум. Энергия излучения поглощается только тогда, когда на его пути есть преграды, который поглощает энергию и преобразует ее в тепло. Все материалы излучают энергию излучения в большей или меньшей степени в соответствии с их характеристиками поверхности и температуры поверхности.

Идеальными материалами являются:

- плотный и тяжелый. Они могут поглощать и хранить значительное количество тепла. Более легкие же материалы, например дерево, поглощают меньше тепла;

- те, которые достаточно хорошие проводники тепла. Материал должно быть в состоянии как поглощаться, так и отдавать тепло;

- имеющие темную, текстурированную поверхность (помогает поглотить и повторно излучить тепло).

Различные материалы поглощают различное количество тепла, дольше или быстрее поглощают и повторно излучают его. Например, кирпичная стена имеет более высокую теплоемкость, чем брусовые полости стены, так она будет поглощать больше тепла, чем брусовые стены такой же толщины.

Когда солнце светит в комнату, и воздух теплый, тепло будет поглощаться стеной, полом и другими поверхностями в комнате. Сколько тепла они могут держать зависит от того, из чего они сделаны и насколько толстые. Некоторые материалы могут поглощать большое количество тепла, не очень сильно нагреваясь. Другие сильно нагреваются после поглощения небольшого количества тепла. Например, бетонная плита перекрытия, находящаяся под прямыми солнечными лучами будет способен впитывать и хранить много тепла и медленно ее отпускать.

Другой материал, например, деревянный пол, не может поглощать и хранить так много тепла, так что накопленное тепло быстро высвобождается. В результате, большая часть тепловой энергии быстро попадают в окружающий воздух, увеличивая температуру в помещении в самое жаркое время дня.

В зимнее время, правильно спроектированное здание, с учетом тепловой масса, будет поглощать тепло от солнечных лучей в течение дня. Затем, при снижении температуры воздуха тепло будет переходить от более теплого к более холодному воздуху и других поверхностей в комнате.

Взаимодействие утепления, остекления и тепловой массы здания являются сложным и зависит от климата и сезонов. Таким образом, эксплуатационная энергоэффективность зданий формируется прежде всего от теплозащитных свойств глухой и светопрозрачных частей наружной оболочки здания.

Список литературы:

1. Голованова Л. А., Блюм Е. Д. Энергоэффективные строительные конструкции и технологии. – Хабаровск: Научное издание «Ученые заметки ТОГУ», 2014, Том 5, № 4, С. 71 – 77
2. Незамеева Е.С., Бояринова И.И. Энергоэффективные строительные материалы и конструкции. Актуальность их использования. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.scienceforum.ru/2016/1374/18189 (дата обращения 21.12.2017)