Ю. Г. Граник, доктор техн.
наук, директор по научной деятельности,
А. А. Магай, кандидат архитектуры, заведующий
отделом архитектуры жилых и общественных зданий,
В. С. Беляев, канд. техн. наук, заведующий отделом
воздушного и теплового режима зданий, ОАО "ЦНИИЭП жилища"
Теплоэффективные конструкции наружных ограждений жилых и общественных зданий были разработаны ОАО "ЦНИИЭП жилища" и другими организациями после введения в 1995 году новых, более жестких теплотехнических нормативов, уровень которых сохранится по меньшей мере на ближайшие 2-25 лет.
| Р |
асчеты и проектные проработки показали, что наружные стены сплошной
(однородной) конструкции, в том числе легкобетонные, кирпичные, деревянные и
ячеистобетонные не удовлетворяют теплотехническим и экономическим критериям.
Как показывает мировой опыт, ячеистобетонные стены могут оказаться экономически
целесообразными, ес-ли будут внесены поправки в прил. 3 СНиПа II-3-79* в части
приведения расчетной теплопроводности в соответствие с фактически наблюдаемой
в эксплуатируемых на протяжении многих лет конструкциях. По данным ЦНИИЭП жилища,
НИИЖБ и ряда других организаций, фактическая эксплуатационная влажность
ячеистых бетонов зна-чительно ниже установленных СНиПом 12 % для условий
А и Б. Это значит, что расчетную теплопроводность ячеистых бетонов следует назначать
на существенно более низком уровне. В этом случае толщина наружных ячеистобетонных
стен может составлять для центральных регионов России прием-лемую толщину 55-60
см при плотности бетона 600 кг/м3 и ниже.
Следует также сказать, что прил. 3 СНиПа II-3-79* требует корректировки
приведенных в нем теплотехнических характеристик ряда материалов, а также включения
новых утеплителей, появившихся в последнее время в строительной практике.
Независимо от основного материала стен их конструкция должна быть
слоистой с использованием эффективного утеплителя для теплозащиты. Расчеты и
практика проектирования показали, что эффективным может считаться утеплитель,
теплопроводность которого не превышает 0,08 Вт/(мoК). Необходимо отметить, что
выбор эффективных утеплителей для ограждающих конструкций существенно зависит
от вида строительства. Для вновь строящихся зданий можно применять эффективные
утеплители как на минеральной, так и на синтетической основе.
Говоря о панельных конструкциях, следует отметить, что новым теплотехническим
требованиям в полной мере соответствуют только трехслойные панели с гибкими
связями или в отдельных случаях с железобетонными шпонками.
Существенно меняется конструкция наружных стен из кирпича. Колодцевая
кладка кирпичных стен толщиной 770 мм при использовании утеплителя с l
= 0,04 Вт/(мoК) обеспечивает приведенное термическое сопротивление теплопередаче
не более 2,85 (м2oК)/Вт, т. е. не удовлетворяет нормативам для большинства
регионов страны. Такая стена пригодна для использования при ГСОП <4 500,
что относится только к южным регионам страны. Аналогичная слоистая кирпичная
стена с гибкими связями обеспечивает теплозащиту, равную 5,05 (м2oК)/Вт,
что достаточно практически для всех регионов России. В многоэтажных домах необходимо
применять трехслойные кирпичные стены с поэтажно навесным фасадным слоем либо
целиком навесные наружные стены.
Проблему утепления стен существующих зданий технически можно решать
путем их утепления либо с наружной, либо с внутренней стороны. Выполненные расчетно-аналитические
и проектные разработки показали, что устройство дополнительной теплоизоляции
здания защищает стену от переменного замерзания, оттаивания и других атмосферных
воздействий; выравнивает температурные колебания основного массива стены, благодаря
чему исключается появление в нем трещин вследствие неравномерных температурных
деформаций, что особенно актуально для наружных стен из крупных панелей; благоприятствует
увеличению долговечности несущей части наружной стены; сдвигает точку росы во
внешний теплоизоляционный слой, благодаря чему исключается отсыревание внутренней
части стены; создает благоприятный режим работы стены по условиям ее паропроницаемости, исключающей
необходимость устройства специальной пароизоляции, в том числе на оконных откосах,
что требуется в случае внутренней теплоизоляции; формирует более благоприятный
микроклимат помещения; позволяет в ряде случаев улучшить оформление фасадов
реконструируемых или ремонтируемых зданий; не уменьшает площадь помещений; обеспечивает
возможность утепления зданий без создания дискомфортных условий проживания или
выселения жильцов.
Переход на новые теплотехнические нормативы не сопряжен со значительным
удорожанием стен вновь строящихся зданий. В панельных конструкциях это достигается
за счет замены дорогого керамзитобетона более дешевым тяжелым бетоном, а в кирпичных
стенах - за счет уменьшения их толщины. При этом имеет место небольшое удорожание
наружных стен на 0,5-1,5 %. Однако экономия тепла составляет 30-35 %.
Стоимость утепления наружных стен существующих зданий в значительной
степени зависит от принятого конструктивного варианта. Наиболее дешевым является
вариант утепления с оштукатуриванием фасадных поверхностей (19 у.е./м2
общей площади), при облицовке же кирпичом стоимость работ по утеплению возрастает
на 30 %, а при применении декоративных экранов ("вентилируемый фасад") стоимость
возрастает в 1,8-2 раза (в зависимости от стоимости используемых экранов).
Расчеты показывают, что за счет экономии тепла увеличение единовременных
затрат во вновь строящихся зданиях окупается в течение 7-8 лет, а в существующих
домах - в течение 12-15 лет.
Применение новых, более теплоэффективных окон и балконных дверей
вызывает более существенное удорожание, примерно на 16 у.е./м2 общей
площади. При этом проблему применения таких окон необходимо решать совместно
с проблемой улучшения режима воздухообмена в жилых помещениях.
Поскольку основное охлаждение помещений в зимнее время происходит
через щели и неплотности в окнах, повышение их теплозащитных качеств связано
с уменьшением воздухопроницаемости за счет применения герметизирующих прокладок.
Это, с одной стороны, снижает теплопотери, с другой - уменьшает ниже требуемого
количество свежего воздуха, поступающего в помещение. Поэтому необходим переход
от неорганизованной переменной инфильтрации к организованному регулируемому
притоку наружного воздуха с помощью специальных устройств. Они должны отвечать
следующим требованиям:
- отсутствие дискомфорта по температуре и подвижности воздуха
в зоне обитания;
- герметичность устройства в закрытом положении;
- термическое сопротивление клапана приточного устройства - не
менее термического сопротивления оконного заполнения;
- возможность плавного регулирования во всем диапазоне - от полностью
открытого до полностью закрытого положения;
- эстетичность.
Экономии тепла при улучшении воздушного режима помещений при соблюдении
указанных выше требований отвечает способ вентиляции помещений через регулируемые
вентилируемые окна и вентилируемые наружные стены. Эффект такой вентиляции заключается
в том, что наружный холодный воздух, проходя через наружное ограждение, нагревается
и выходит в помещение, возвращая часть теряемого тепла.
Технические решения таких светопрозрачных ограждений разработаны
в ЦНИИЭП жилища.
Инженерные системы, в существенной степени влияющие на энергетический
баланс жилого здания, включают вентиляцию, отопление, горячее водоснабжение
и электроснабжение. Экономия энергоресурсов применительно к эксплуатации инженерных
систем может быть достигнута либо за счет повышения энергоэффективности систем,
либо за счет сокращения потребления энергоресурсов при надлежащем регулировании
и контроле за их расходом.
Применительно к системе вентиляции регулирование воздухообмена
из жилых помещений в соответствии с необходимыми объемами можно и необходимо
осуществлять за счет изменения сквозного сечения вентиляционных решеток. Особенно
существенна такая регулировка в многоэтажных зданиях, где тяга в венткамерах
значительно изменяется в зависимости от высоты расположения данного помещения.
При этом удалять воздух непосредственно из комнат в многокомнатных квартирах
не рекомендуется, т. к. нарушается организация движения воздуха в квартире.
Применение утилизаторов вытяжного тепла в многоэтажных жилых зданиях
имеет определенные трудности, связанные с их стоимостью и условиями эксплуатации.
Поэтому их применение рекомендуется в первую очередь в малоэтажных и одноквартирных
зданиях, где они могут быть применены в более простом конструктивном и эксплуатационном
исполнении. Для жилых зданий средней и повышенной этажности (начиная с 7-этажных)
для утилизации эвакуируемого теплого воздуха более целесообразно применение
"теплых чердаков". Такие чердаки не решают полностью вопроса использования тепла
вытяжного воздуха, но в то же время позволяют добиться улучшения воздушного
и теплового режимов в многоэтажном жилом доме.
Использование вместо естественной вентиляции механической вытяжной
вентиляции, воздушного отопления и кондиционирования, хотя и позволяет достигнуть
стабильного поступления наружного воздуха во все помещения, сопряжено с дополнительным
расходом энергоресурсов, усложнением эксплуатации таких систем, дополнительными
капитальными затратами. Кроме того, качество воздуха, подаваемого по этим системам
в помещения, хуже, чем воздух, непосредственно поступающий с улицы. Поэтому
для массового строительства энергоэффективных жилых зданий такие системы нерациональны.
Экономии энергоресурсов в системе отопления жилого дома можно
достичь только при применении поквартирных систем отопления с горизонтальной
разводкой трубопроводов либо от лестничных стояков, либо от поквартирных теплогенераторов.
В этом случае представляется возможным организовать учет, контроль и регулирование
жильцами количества потребляемой энергии. В то же время необходимо отметить,
что при использовании этих систем остаются не до конца решенными вопросы их
повышенной стоимости и ремонтопригодности. Применение поквартирных систем отопления
позволяет регулировать (вручную или, при установке соответствующей аппаратуры,
автоматически) подачу тепла в комнаты, ориентированные по разным сторонам света
(пофасадное отопление).
Применяемые в настоящее время системы холодного и горячего водоснабжения,
а также электроснабжения позволяют наладить индивидуальный контроль и учет потребления
этих энергоресурсов, что и предусматривается в современных проектах жилых зданий.
Нетрадиционные источники энергии, которые могут быть использованы
при проектировании и строительстве энергоэффективных жилых домов, включают утилизацию
солнечной энергии, использование геотермальных вод, низкопотенциального тепла
верхних слоев земли, грунтовых вод, использование энергии ветра, утилизации
тепла сточных вод. И хотя вклад этих источников в тепловой баланс многоэтажных
жилых зданий не может быть решающим, они могут внести в него заметный вклад.
Так, при эксплуатации экспериментального энергоэффективного жилого дома серии
111-335 (Москва, микрорайон Никулино-2, ул. Академика Анохина, д. 62) было установлено,
что за счет утилизации тепла вытяжного воздуха систем вентиляции и использования
низкопотенциального тепла грунта с помощью тепловых насосов удалось сэкономить
63 % энергозатрат на горячее водоснабжение.
В малоэтажном строительстве, особенно при строительстве одноквартирных
домов, удельный вес нетрадиционных источников энергии может быть еще более значимым.
В заключение ниже приводится прогнозируемая энергетическая эффективность
применения разных архитектурно-технических мероприятий в жилых многоэтажных
зданиях. Удельный вес каждого мероприятия исчислен применительно к базовому
варианту. При внедрении комплекса мероприятий их удельный вес будет соответствующим
образом корректироваться:
- компактность жилого дома - 20 %;
- повышенная нормативная теплозащита наружных ограждений - 15
%;
- система воздухообмена и вентиляции: на притоке воздуха - 7-10
%, на вытяжке - 18-20 %;
- система отопления и горячего водоснабжения с учетом и контролем
расхода тепла - 15 %;
- электроосвещение - 3-5 %;
- нетрадиционные источники энергии: тепло грунта - 5-10 %,
солнечная радиация, ветер - 20 %.