Сбережение ресурсов при эксплуатации зданий. Энергосберегающие и энергоактивные здания

Международный опыт показывает, что  направление вырученных средств  на технологические разработки в  области энергосбережения, выплату  льготных кредитов населению для  проведения мероприятий по снижению энергопотребления и т.п. дает возможность  существенного и безболезненного  сокращения энергозатрат, повышения  эффективности и одновременно удешевления  технологий по использованию альтернативных источников энергии.

В этом ключе показателен опыт Дании. По данным ученых из Horsens Polytechnic University общая  картина динамики энергопотребления  на отопительные нужды в Дании  выглядит следующим образом:

Таблица 1.

Энергопотребление для  отопления и отапливаемая площадь

Годы	1972	1976	1980	1984	1990
Энергопотребление, PJ	320	290	260	230	220
Отапливаемая площадь, млн.м2	250	280	305	320	345

 

 При этом масштабы использования  различных типов топлива также  менялись:

Таблица 2.

Общий объем электропотребления по разным типам топлива

типы топлива / годы	1972	1976	1980	1984	1990
нефть	760	670	550	430	360
уголь и кокс	50	110	240	300	325
природный газ	-	-	-	5	90
альтернативные источники	15	15	20	30	50

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Пути  повышения энергоффективности зданий

 

Как показывают результаты прогнозирования  энергетических перспектив развития общества, наиболее выигрышны сегодня два  пути повышения энергоэффективности  объектов строительства:

1.  экономией энергии (снижением энергопотребления и энергопотерь, в т.ч. утилизацией энергетически ценных отходов);

2.  привлечением возобновляемых природных источников энергии.   

 Мероприятия, соответствующие  преимущественной ориентации на  один из этих путей, имеют  принципиальные отличия и позволяют  выделить два класса энергоэффективных  зданий - использующих и не использующих  энергию природной среды.   

 Энергоэкономичные здания - не  используют энергию природной  среды (т.е. альтернативных источников) и обеспечивают снижение энергопотребления,  большей частью, за счет усовершенствования  систем их инженерного обеспечения  (как наиболее "энергоемких"  составляющих энергетического "каркаса"  здания), конструктивных элементов,  определяющих характер и интенсивность  энергообмена с внешней средой (наружных ограждений, окон и т.п.), а также оптимизации архитектурных  решений, направленной на сокращение  энергопотерь (повышение компактности  объемов, сокращение площади остекления, использование градостроительных  приемов и архитектурных форм, нивелирующих отрицательные воздействия  природно-антропогенных факторов  внешней среды - ветра, солнца  и т.п.).     

 Энергоактивные здания - ориентированы  на эффективное использование  энергетического потенциала внешней  среды (природно-климатических факторов  внешней среды) в целях частичного  или полного (автономного) энергообеспечения  посредством комплекса мероприятий,  основанных на применении объемно-планировочных,  ландшафтно-градостроительных, инженерно-технических,  конструктивных средств, которые  предполагают ориентированность  пространств, архитектурных форм  и технических систем на энергетические  источники внешней среды (солнце, ветер, грунт и др.)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Энергосберегающие здания

 

Здания с максимальным использованием выделяемой внутри них тепловой энергии  и максимальной защитой от потерь тепла через наружные поверхности  и вентиляцию называются энергосберегающими, или энергоэкономичными. Энергосберегающие здания проектируют с учетом экономии энергии и создания комфортной внутренней среды. В этих зданиях стремятся использовать технологии отопления, вентиляции, освещения, водоснабжения, канализации с минимальными затратами энергии на их функционирование.

Для этого применяют возобновимые источники энергии (солнечную и ветровую энергию и т.п.) и наряду с этим обращают внимание на сокращение потерь тепла, повышение сопротивления теплопередачи наружу здания, что в комплексе с учетом местных климатических условий позволяет обеспечить хорошие условия регулирования теплообмена в здании и снизить энергозатраты.

В этих зданиях необходимо сведение до минимума теплопередачи наружу здания; обеспечение в зимнее время поступления солнечной энергии через окна и оранжереи на южной стороне, снижение утечки воздуха и сокращение инфильтрации его через щели, стыки; в летнее время — обеспечение естественной вентиляции проветриванием и т.д.; обеспечение охлаждения — радиационного и путем испарения, например при орошении кровли; снижение поступления солнечной энергии экранированием. Для экономии энергии используют следующие мероприятия:

• объемно-планировочные решения, облегчающие экономию энергии;
• использование эффективной дополнительной теплоизоляции наружных стен в целях снижения передачи теплоты наружу здания;
• применение энергосберегающих окон, форточек, жалюзи;
• устройство снаружи здания светопрозрачной теплицы, зимнего сада;
• обваловка части здания грунтом, кровля-газон, кровля —зимний сад;
• герметичная заделка всех стыков и щелей, исключение утечек теплоты;
• улучшение ввода дневного света в здание с помощью зеркальных жалюзи (полок) в целях сокращения затрат на искусственное освещение;
• ввод свежего воздуха в здание с помощью новых дефлекторов типа «капюшон» и ветроколес, не требующих подвода электроэнергии;
• утилизация тепла из удаляемого из здания теплого воздуха для подогрева наружного холодного воздуха с помощью специальных теплообменников, устанавливаемых в окнах или рядом с ними; утилизация тепла удаляемых теплых стоков из кухни и ванной;
• устройство окон только с одной или двух (смежных) сторон здания для исключения сквозного проветривания;
• утилизация теплоты от внутренних источников (бытовые приборы, люди, теплая вода после употребления и т.п.) с помощью тепловых насосов;
• пассивные системы утилизации солнечной энергии, не требующие затрат электроэнергии; уменьшение оконных проемов с северной стороны;
• оконные стекла с энергетически эффективными покрытиями (с пассивными или управляемыми смарт-покрытиями, позволяющими на 30...50 % снизить теплопотери зимой и уменьшить поток тепла в здание летом);
• динамическая теплоизоляция наружных стен с воздушными каналами, сквозь которые проходит воздух, нагревается и отапливает помещение.

Перспективны светопрозрачная  и вакуумная теплоизоляция; применение в системах пассивного отопления  стекол, пропускающих солнечную радиацию в наиболее энергоемкой части спектра; использование селективных светопоглощающих покрытий; применение системы автоматики, согласующей энергосбережение с температурными режимами снаружи и внутри здания. В энергоэкономичном здании можно применить многие эффективные решения.

Таблица 3.

Различные методы экономии энергии

Параметры	Проектное решение
Сохранение энергии путем использования  проектных решений
План и форма здания	Окна, ориентированные на юг, минимум  проемов с севера
Сокращение нагрузки	Тепловая изоляция. Воздухонепроницаемость. Солнечное затенение
Использование солнечной радиации	Окна на юг, ориентация к югу. Использование тепловой массы
Солнечное затенение	Карнизы, жалюзи, высокоотражающий цвет на стенах и крышах, озеленение, предотвращение отраженной солнечной радиации
Проветривание и вентиляция	Регулирование проемов для естественной вентиляции, вентиляция ночью
Дневное освещение	Размещение окон
Сохранение энергии путем улучшения  эффективности технологий
Нагрев и охлаждение	Усовершенствование эффективности  оборудования, изоляция горячих трубопроводов, лучшее расположение нагревающих и охлаждающих устройств
Горячее водоснабжение	Использование солнечного нагрева, отходов  тепла, изоляция трубопроводов и  ванны
Вентиляция	Вентиляция в соответствии с проектом, восстановление сбросного тепла в теплообменнике, использование геотермального эффекта с охлаждающей трубой
Электроснабжение	Солнечная энергия, сокращение потребления мощности
Сохранение энергии путем усовершенствования образа жизни
Обслуживание	Чистящие вентиляторы, фильтры в  кондиционере, более высокая обменная температура
Открывание проемов	Естественная вентиляция, своевременное  открывание окон, занавесок, ставни и  т.д.
Регулирование внутренней температуры	Приспособление температуры нагревателя  и холодильника
Прекращение подачи электроэнергии	Отключение освещения или электрических  приборов, когда они не используются
Использование ненужной высокой температуры	Повторное использование теплой воды в ванне. Принятие ванны без изменения  горячей воды

Экономию энергии начинают с  назначения объемно-планировочных решений, направленных на максимальное снижение потерь теплоты через ограждающие конструкции: окна в доме лучше всего расположить с одной (двух) солнечных сторон; здание в плане должно иметь простую форму, а площадь окон должна быть минимально необходима для освещения; здания — не протяженные в плане; при возможности рекомендуется обваловка наружных стен с северной стороны.

Для зданий в 1 — 2 этажа целесообразно  устройство светопрозрачных оранжерей, зимних садов, теплиц с южной стороны  на всю высоту стены. Желательно не допускать сквозного проветривания через дверные и оконные проемы, устраивая теплые глухие стены, главным образом, с северной стороны. Эти мероприятия требуют высококачественных конструкций стен, перекрытий, высококачественных окон и дверей, а также высокого качества работ при строительстве. Наиболее простой метод теплосбережения — устройство дополнительной теплоизоляции снаружи или внутри здания. Наружная теплоизоляция эффективнее, поскольку более благоприятны температурно-влажностные условия материала стены: меньше температурный перепад в ней и более долговечен материал стен, энергосберегающая реконструкция возможна без выселения жителей, сохраняется площадь внутренних помещений, декоративные панели изоляции или новая высококачественная штукатурка значительно улучшают внешний облик здания, возможно совмещение этой системы с пассивной системой утилизации солнечной энергии.

Для теплоизоляции применяют готовые  панели из искусственного (пенополистирол, пенополиуретан, пенополивинилхлорид, легкие бетоны и т.д.) или естественного (древесноволокнистые плиты, войлок, пробка, минеральная вата и т.д.) материалов, используют последующее оштукатуривание утеплителя по синтетической сетке. Панели крепят на специальных анкерах или на клею к стене, или же на небольшом относе с воздушной прослойкой. Иногда облицовочные теплоизоляционные панели сразу имеют наружную поверхность, не требующую дополнительной отделки; при мягком рулонном утеплителе или плитах, не имеющих высококачественного наружного слоя, применяют декоративные плиты из металла, пластмасс, цемента и т.п. Облицовка может быть полосовой или плитной, мелкоштучной или крупноразмерной (высотой на этаж, шириной до 1 м, толщиной 6...12 мм, площадью до 3 м²), вентилируемой, паропроницаемой или паронепроницаемой. Можно совместить теплоизоляцию и облицовку путем изготовления панелей со слоем теплоизоляции. Такие панели могут быть наружной несъемной опалубкой при бетонировании монолитных стен. В последние годы появились легкие панели, в которые при изготовлении вводится минеральный краситель или крошка, что обеспечивает долговечность и привлекательный внешний вид. Так, финские цементноволокнистые фасадные плиты «Минерит» имеют толщину 6...8 мм при высоте до 3050 мм и ширине 1200 мм, вес таких плит — около 10...14 кг/м² — позволяет вести их монтаж вручную. Можно нанести теплоизоляционную штукатурку, состоящую из легкого заполнителя (гранулы пенополистирола, пеностекла, перлита, вермикулита и т.п.), вяжущего, минеральных цветных наполнителей и добавок.