При проектировании систем отопления и вентиляции жилых домов были применены следующие технические решения, повышающие их энергетическую эффективность:
-- использование тепла обратной воды системы теплоснабжения для напольного отопления;
-- утилизация тепла удаляемого воздуха;
-- индивидуальная механическая вентиляция с рекуперацией тепла раздельно для каждого жилого помещения;
-- повышение эффективности систем естественной вентиляции за счет специальной конструкции дефлекторов;
-- вентиляция помещений при помощи предварительного подогрева наружного воздуха, подаваемого через окна или остекленные балконы;
-- использование низкотемпературных отопительных систем;
-- использование солнечных коллекторов, подключенных к магистралям горячей воды;
-- использование счетчиков тепла и индивидуальный контроль температуры в каждой квартире.
В соответствии с повышенными требованиями к теплозащите ограждающие конструкции были выполнены из энергосберегающих материалов с эффективной теплоизоляцией.
Наружные стены выполнены из изготовленных в заводских условиях деревянных элементов, слоистая фасадная облицовка -- с использованием бумаги, изготовленной из бумажных отходов. Конструкция пола представляет собой комбинацию системы напольного отопления с сохраняющим тепло бетонным основанием. В России, несмотря на огромные расходы энергии на теплоснабжение (на это тратится около 30-40% всех энергоресурсов), энергоэффективные здания имеются только в качестве демонстрационных проектов.
Строительные компании предлагают потребителям в качестве энергоэффективных более качественные и утепленные здания, у которых на расходы энергии и воды могут быть 10-30% ниже по сравнению со стандартными домами. Строительство действительно пассивного дома обойдется значительно дороже (по оценкам экспертов из-за неразвитости строительной индустрии и индивидуальности заказа затраты будут в 2 или более раз выше), что при относительно низких ценах на энергию не окупится. Таким образом, энергоэффективные здания, главной особенностью которых является малое энергопотребление и почти полная энергонезависимость, постепенно завоевывают мировой рынок строительных услуг. Не смотря на то, что цены таких зданий имеют более высокую рыночную стоимость, они пользуются большим успехом в настоящее время в силу низкой стоимости эксплуатации здания.
2. ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ ЗДАНИЯ НА ОБЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕПЛОПОТЕРЬ
Основные потери тепла в зданиях происходят через:
стены, имеющие низкое термическое сопротивление;
крыши (обычно с мягкими плоскими кровлями и низким термическим сопротивлением);
окна и балконные двери, которые в силу физического износа имеют неплотности, способствующие фильтрации воздуха, да и сама конструкция окон не соответствует современным требованиям;
фундаменты, в которых отсутствует теплоизоляция;
входные двери, требующие их повсеместной замены;
внешние выступающие конструкции - балконы, козырьки и т.п., способствующие передаче тепла в окружающую среду.
Мировой опыт свидетельствует о возможности повышения теплозащиты зданий путем утепления внешних ограждающих конструкций с использованием современных теплоэффективных материалов и прогрессивных технологий. С этой целью в Украине в 1996 году были введены новые повышенные нормативы сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций, как для нового строительства, так и для реконструкции зданий. Наибольший резерв в снижении теплопотерь в зданиях связан, прежде всего, с повышением термического сопротивления внешних стен зданий. В соответствии с новыми нормативами, сопротивление теплопередаче внешних стен зданий находится в пределах 1,7-2,2 м2-°С/Вт, что в 1,5-2 раза выше термического сопротивления внешних стен существующих зданий. Принципиальных технических решений может быть два: или увеличивать соответственно толщину стен в 1,5-2,0 раза из традиционно применяемых материалов (кирпич, легкобетонные панели) или утеплять здание с применением современных утеплительных систем, не увеличивая, а в некоторых случаях - снижая толщину стен. Второе решение, как показывает практика, является более экономически выгодным.
Утепление зданий с помощью утеплительных систем имеют преимущества в двух аспектах:
экономический аспект - снижение энергозатрат на отопление помещений примерно на 30%;
социальный аспект - повышение теплового комфорта помещений.
При увеличении термического сопротивления стен после утепления улучшается комфорт внутри обогреваемых помещений без повышения температуры воздуха, так как при этом повышается радиационная температура (под радиационной температурой понимают средневзвешенную температуру всех поверхностей помещения). И, напротив, в зданиях с низким уровнем теплоизоляции наружных стен и окон радиационная температура понижена. Поэтому, для сохранения тепловой комфортности приходится излишне повышать температуру воздуха в помещении, что приводит к повышенному потреблению тепловой энергии. При повышении радиационной температуры помещения на один градус, в результате утепления внешних стен, можно достичь того же уровня теплового комфорта, что при увеличении температуры воздуха в помещениях примерно на два градуса. Существуют следующие способы теплоизоляции стен. Немаловажное значение имеет правильный выбор способа теплоизоляции стен - внутри помещений или снаружи зданий. Для достижения максимального эффекта при утеплении зданий необходимо провести оценку возможной изоляции стен и других элементов зданий (крыши, подвала, окон и дверей и т. д.).
Способ теплоизоляции стен внутри помещений преимущественно используется для старых домов, где фасад должен быть сохранен в первоначальном виде или для домов, используемых непостоянно. Преимуществами такого способа являются относительно низкие затраты, так как на производство работ внутри помещения не требуются строительные леса. К недостаткам следует отнести низкую тепловую инерцию стен.
При способе внутренней теплоизоляции теплопотери наружной части стены в 6 раз выше, чем при наружном способе изоляции. Кроме того, ухудшаются условия эксплуатации несущих стен, в которых могут возникнуть трещины и деформации. В конструкциях стен будет образовываться "точка росы", что может привести к значительным повреждениям, связанным с конденсацией влаги. Необходимо также переносить радиаторы и трубы, заменять электропроводку. Перечень недостатков при проведении работ изнутри помещений показывает, что этот способ не следует использовать, если имеются другие возможности, и, прежде всего, возможность внешней теплоизоляции стен.
Внешняя теплоизоляция стен является лучшим вариантом теплоизоляции здания в целом по сравнению с внутренней теплоизоляцией.
Устройство дополнительной теплоизоляции снаружи здания имеет следующие достоинства:
* защищает стену от переменного замерзания и спаивания 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;
* сдвигает "точку росы" во внешний теплоизоляционный слой, благодаря чему исключается переувлажнение внутренней части стены;
* создается благоприятный режим работы стены по условиям ее паропроницаемости, исключающей необходимость устройства специальной пароизоляции, в том числе и на оконных откосах, что требуется в случае внутренней теплоизоляции;
* формируется более благоприятный климат помещения; * возникает возможность улучшить оформление фасадов реконструируемых или ремонтируемых зданий;
* не уменьшается площадь помещений; Недостаток этого способа состоит в необходимости устройства лесов снаружи здания.
В целом же, внешняя теплоизоляция оказывается значительно эффективней внутренней, в связи с чем ниже приведен анализ существующих систем наружного утепления зданий.
Применяемые в настоящее время системы наружного утепления стен зданий можно классифицировать следующим образом:
* системы утепления с оштукатуриванием фасадов;
* системы утепления с защитно-декоративным экраном;
* системы утепления с облицовкой кирпичом или другими мелкоштучными материалами.
Система утепления с оштукатуриванием фасадов. Системы утепления с оштукатуриванием фасадов предусматривают клеевое или механическое закрепление утеплителя с помощью анкеров, дюбелей и каркасов к существующей стене с последующим покрытием его штукатурными слоями. В зависимости от толщины фасадных штукатурных слоев применяют две разновидности устройства системы: с жестким» и гибкими (подвижными или шарнирными крепежными элементами (кронштейнами анкерами). Первую используют при малых толщинах штукатурных слоев 8-12 мм. В этом случае температурно-влажностные деформации тонких слоев штукатурки не вызывают ее растрескивания, нагрузка oт веса может восприниматься жесткими крепежными элементами, работающими на поперечный изгиб и растяжение от действия ветровых потоков на здание.
"Вентилируемый фасад" - системы утепления с защитным экраном. Системы утепления с защитно-декоративным экраном выполняют с воздушным вентилируемым зазором между утеплителем и экраном. По этой причине, рядом фирм такая система утепления называется "вентилируемый фасад". Для изготовления экранов применяют металл (сталь или алюминий), асбестоцемент, керамическую плитку, стеклофибробетон, пластмассы и другие материалы. В качестве экранов используются также крупноразмерные панели, состоящие из внешней декоративной алюминиевой оболочки, заполненной пенополиуретаном. Выбор того или иного типа облицовки, утеплителя и конструкции крепления определяются целым комплексом как объективных (природно-климатические условия, тип стен утепляемых зданий, физико-механические характеристики стен, элементы облицовки креплений и утеплителя), так и субъективных (эстетические качества экранов и сопряжений) факторов. В этих системах за счет вентиляции обеспечивается снижение влажности утеплителя и существующей стены, что способствует повышению общего термического сопротивления стены и улучшению температурно-влажностного режима помещения, а также повышению воздухообмена через наружную стену. Защитный экран не только предохраняет утеплитель от механических повреждений, атмосферных осадков, а также ветровой и радиационной эрозии, но и позволяет придать фасадам разнообразную выразительность за счет использования различных типов конструкций, форм, фактур и цветов отделки облицовочных элементов. При этом появляется возможность легко ремонтировать и обновлять "одежду" фасадов.
Использование экранов из различного рода листовых, плитных и линейных элементов позволяет круглогодично выполнять работы по утеплению фасадов и индустриализировать их проведение, что представляется весьма важным, учитывая огромное количество зданий, подлежащих утеплению.
При этом обеспечивается повышение качества и долговечности наружной отделки зданий. В качестве утеплителя целесообразно использовать огнестойкие минераловатные полужесткие плиты, характеристики и толщины которых определяются расчетом в зависимости от характеристик существующих стен и местных климатических условий. При использовании в качестве утеплителя в таких системах легко выветриваемых материалов (например, минераловатных плит малой плотности) их со стороны воздушного зазора необходимо защищать слоями материалов, хорошо сопротивляющихся воздействию ветра.
Для крепления утеплителя и экранов к существующей стене могут использоваться специальные металлические крепежные элементы или деревянные каркасы. Все металлические крепления (в т.ч. анкера, шурупы и гвозди) должны выполняться из коррозионно-стойкой стали, а все деревянные элементы каркаса должны быть антисептированы и антипирированы. Для крепления деревянного каркаса целесообразно использовать металлические уголки. Сечения и глубина заделки анкеров (дюбелей) должны определяться расчетом на восприятие ими усилий от веса закрепляемых на них конструкций и отсоса ветра, величина которого определяется местным ветровым районом и расположением элемента по высоте и в плане здания. Утепление стен с облицовкой кирпичом является одним из самых распространенных способов утепления в частном жилищном строительстве. Системы утепления с облицовкой кирпичом или другими мелкоштучными материалами обладают достаточной паропроницаемостью и не требуют обязательного устройства вентилируемого воздушного зазора. В то же время из-за различных механических и температурно-влажностных деформаций основной стены и облицовочного кирпичного слоя высота последнего ограничивается 2-3 этажами. Между существующей стеной и кирпичной облицовкой укладывается теплоизоляционный материал в виде полужестких минераловатных плит, плит из пенополистирола или теплоизоляционных плит из газобетона плотностью д=200-300 кгум2 и коэффициентом теплопроводности 1=0,08-0,09 Вт/м2-°С. Устойчивость кладки от действия отсоса воздуха обеспечивается гибкими анкерами, располагаемыми через 7 рядов по высоте и прикрепляемыми к существующей стене анкерами. На уровне каждого горизонтального ряда анкеров в кирпичную кладку устанавливается арматурная сетка, обеспечивающая сцепление анкеров с кладкой. Сетка состоит из двух продольных стержней Ж4 мм с расстоянием между ними 60 мм и поперечных стержней ЖЗ с шагом 300 мм. Несущие элементы конструкций утепления изготавливаются из алюминиевых сплавов или коррозионностойкой стали. Вертикально устанавливаемые кронштейны из Z-образного профиля располагаются в простенках с шагом 50 см и прикрепляются к стенам с помощью крепежных анкеров.