ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯ АРХИТЕКТУРНЫХ РЕШЕНИЙ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ В КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯ АРХИТЕКТУРНЫХ РЕШЕНИЙ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ В КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН Турганбай Б.Б.

Турганбай Береке Берикулы - магистрант, кафедра архитектура и градостроительство, Казахский национальный исследовательский технический университет имени К.И. Сатпаева,

г. Алматы, Республика Казахстан

Аннотация: энергоэффективность имеет огромное значение для Республики Казахстан, так как это крупный и развивающийся республики, где население постоянно растет, а также растет потребление энергии. Энергоэффективность может сократить потребление энергии, уменьшить нагрузку на сети электропитания и тем самым помочь в сокращении выбросов парниковых газов в атмосферу. Кроме того, Казахстан располагается в регионе с высокими климатическими нагрузками, что делает энергоэффективность особенно актуальной. В зимний период на отопление зданий и инфраструктуры тратится огромное количество энергии, а в летний период на кондиционирование помещений. При этом часто используются устаревшие технологии и оборудование, что приводит к избыточному потреблению энергии и увеличению затрат на оплату электроэнергии.

Повышение энергоэффективности жилых и общественных зданий в Казахстане может привести к значительной экономии денежных средств на оплату электроэнергии, а также способствовать уменьшению загрязнения окружающей среды и улучшению качества жизни горожан. Поэтому энергоэффективность в частности жилых зданий в Казахстане является актуальной темой и требует внимания и усилий со стороны городских властей, бизнеса и общественности.

Введение

В современном мире одним из важнейших факторов при строительстве зданий является соблюдение такой тенденции, как повышение энергоэффективности с целью достижения максимального комфорта, которое впоследствии приведет к минимизации коммунальных затрат. Для этого нормы по строительству должны закладываться еще в период «зародыша» при проектировании. Все должно быть направлено на то, чтобы построенные по новым технологиям здания потребляли как можно меньше энергии, а собственники этих зданий платили бы меньше за коммунальные услуги. Должны совершенствоваться и изменяться конструкции наружных стен и окон, утепляться крыши и чердаки, устанавливаться энергосберегающее оборудование в тепловых узлах, местах общего пользования и многое другое. Такая тенденция, несомненно, поможет и окружающей среде, создавая условия для использования возобновляемых природных ресурсов, что в свою очередь будет благоприятно сказываться на экосистеме в целом.

Отмечу, что в ближайшее время прогресс человечества в технической сфере может стать причиной экологической катастрофы. Поэтому, современному обществу необходимо создавать условия, которые будут направлены на восстановление целостности биосистемы.

Для того, чтобы природа и экономика стран находилась в балансе, необходимо создавать условия для восстановления земных ресурсов. Таким образом, поддерживать наше существование за счет обеспечения устойчивости природных систем, улучшая ресурс эффективности. Здесь, очень кстати, подходит использование на практике такого понятия, как «Зеленая экономика». Одной из концепций которой является повышение энергоэффективности за счет снижения потребности в сжигаемом топливе и снижения выбросов углерода. Сегодня современный мир имеет большой спрос на возобновляемые источники энергии. Практически во всех развитых странах разрабатываются программы использования альтернативной энергетики, которая повышает конкурентоспособность. Потенциал возобновляемых источников энергии, в особенности энергии Солнца и геотермальной энергии, огромен. Портативные солнечные батареи производят бесплатное электричество, а здания, имеющие такую возможность, как правило, используют меньше электричества, отопления и других коммуникаций, циркулируют более чистый воздух, что делает подобные здания более доступными в финансовом плане.

При формировании архитектурных решений, нельзя забывать и о дизайн - проектировании. Учитывая современные реалии, можно выделить ряд принципов:

- принцип системности и структурной иерархии, где архитектурные решения и экологические факторы внешней среды взаимозависимы;

- принцип пространственной взаимосвязи, целостности и автономности;

- принцип комфортности, за счет улучшения качества среды жизнедеятельности, обеспечения во внутренней среде зданий и на открытых территориях физиологического, эмоционального и социального благополучия потребителей;

- принцип контактности - контактная зона здания должна обеспечивать рациональную связь элементов внешней среды и том числе природного ландшафта с внутренней средой сооружения, не нарушая комфортность;

- принцип функциональной структуризации - функциональная структура, зонирование и оптимальный режим природопользования;

- принцип энергосбережения - обеспечить комфортными условиями при наименьших затратах на устройство инженерно-технических систем, потребляющих энергию от невозобновляемых источников энергии;

- принцип приоритета природоохранных мероприятий. Обеспечение на всех этапах проектирования максимально бережного отношения к природным ресурсам.

- принцип экологической безопасности - выбор архитектурных решений, соответствующих условий охраны человека от негативных природных и экологически неблагоприятных воздействий.

Исходя из вышесказанного, мы можем создавать полностью экологичные, максимально экономичные и долговечные объекты. Помимо принципов экологизации в процесс проектирования необходимо включать формообразование и эстетику.

Методология исследования

В данной статье был использован метод исследования эмпирического типа, т.е. исследования на уровне анализа и сравнения. Для большего понимания необходимости улучшения жилищного фонда этот метод является более подходящим. Проведя анализ реализации проектов энергоэффективных жилых зданий на опыте мировых стран, было проведено сравнение, которое дает возможность более глобально подойти к исследованию. Благодаря данному методу, мы можем видеть преимущества и недостатки тех или иных проектов, делая обоснованные выводы еще на этапе идеи.

Метод сравнения показывает, что за счет перечня технических мероприятий при эксплуатации помещений, жилое здание можно сделать энергоэффективным даже если изначально, это не было предусмотрено.

Примеры реализации проектов зарубежных стран

Болгария - Реконструкция жилого блока в рамках Национальной программы энергоэффективности многоквартирных жилых домов.

Основные цели программы включают: обеспечение лучших условий жизни для жителей многоквартирных жилых домов, теплового комфорта и более высокого качества среды обитания за счет реализации мероприятий по энергоэффективности. Цель проекта состояла в том, чтобы переоборудовать отобранный жилой блок таким образом, чтобы он мог перейти от энергетического класса Е к В.

Достигнутые преимущества

• Возможность индивидуального мониторинга и отчетности по потреблению тепла;

• Гарантийное обслуживание в течении 5 лет после приемки ремонтных работ;

• Достигнут более высокий уровень энергоэффективности;

• Улучшение теплового комфорта и условий жизни в соответствии с критериями устойчивого развития;

• Снижение стоимости энергии;

• Улучшена огнестойкость здания.

Перечень технических мероприятий при эксплуатации здания/зданий

• Утепление крыши, подвала и наружных стен;

• Переоборудование вертикальной системы отопления в горизонтальную, обеспечивающую индивидуальную отчетность о потреблении тепла для каждого домохозяйства в здании;

• Замена отделки/окон;

• Переход на энергоэффективное освещение.

Грузия - Отчет по энергоаудиту жилого дома "м2"

Достигнутые результаты

Энергоаудит отдельных жилых зданий выявил годовой потенциал энергосбережения - 1 346 332 кВтч и примерно 255 тонн сокращения выбросов С02.

Достигнутые преимущества

Потребление природного газа для отопления

помещений - 892,47 кВтч

Расход природного газа на подогрев воды - 393,232 кВтч Перечень технических мероприятий при эксплуатации здания/зданий

• Теплоизоляция крыши, цокольного этажа и наружных стен;

• Установка стеклопакетов;

• Установка современного газового котла для отопления помещений и подогрева воды.

Российская Федерация - Индивидуальный жилой дом "A+ house" в Екатеринбурге Достигнутые результаты

До настоящего времени проект представил первую энергоэффективную модель односемейного жилого дома (эконом-класса), которая достигла оптимального баланса между снижением энергопотребления, здоровым микроклиматом и экологичным поведением. Проект «A+ house» является одним из победителей «Национального конкурса по экологическому развитию и энергоэффективности - Green Awards» и здание, построенное в рамках этого проекта, было признано одним из лучших индивидуальных жилых домов.

Достигнутые преимущества

• Низкая стоимость строительства-около 700 $/м2;

• Интеграция индивидуальных систем учета с автоматизированными системами управления, связанными с жилыми зданиями;

• Реализация принципов оценки стоимости жизненного цикла с целью обоснования

экономической эффективности;

• Внедрение индивидуальных систем учета, позволяющих автоматизировать учет измерительных параметров, а также отображение, расчет, накопление, хранение и передачу этой информации потребителю.

Перечень технических мероприятий при эксплуатации здания/зданий

• Вентиляционная установка с рекуперацией (-40% от энергопотребления)

• Солнечные коллекторы (- 60% HWS)

• Автоматизированная УФ-защита (-90% от расхода энергии на кондиционирование воздуха)

• Автоматизация "Умный дом"(-20% от энергопотребления)

• Энергоэффективные приборы и освещение (-25% от потребления электроэнергии)

• Гибридная вентиляция (-20% от потребления электроэнергии)

• Теплоизоляция наружных стен [1].

Примеры реализации проектов в Казахстане

Bf^^^H Основные характеристики объекта:

H^BEt^^K^*- ^лРЦ * Месторасположение - г. Караганда, ул. Ермекоеа, икр. 9, блок 5 jjjt- [tti l III • Количество этажей -10

| I ЛУД * Количество квартир - 170 .Jl^rT^¿иИ • Обшая площадь квартир - 13 280 м 2 • Начало строительства - 2011 год . A • Окончание строительства - 2013 год

Сумма, затраченная на строительство энергоэффективного дома, примерно на 10% выше, чем на возведение обычного жилого здания. Основными мероприятиями по энергоэффективности были полная, по периметру здания, теплоизоляция наружных теплоограждающих конструкций, установка энергоэффективных светопрозрачных конструкций, современная система рекуперации, установка счетчиков во всех квартирах и тепловых датчиков. В результате выполненных мероприятий экономия энергоресурсов на отопление составила более 35%, соответственно и выбросы парниковых газов уменьшаются примерно на столько же. Бюджет проекта составляет 4 млн долларов США. Дом, построенный в Караганде, по европейской классификации, относится к «пассивным домам». Известно, что зимой в современных домах как минимум 25-50% тепла расходуется на нагрев приточного воздуха. В летний период в зданиях, оборудованных системами центрального кондиционирования, имеющие место теплоизбытки снимаются за счет охлажденияприточного воздуха. Одним из высокотехнологичных агрегатов, обеспечивающих энергосбережение, является рекуперативный теплообменник. Помимо использования в составе централизованных вентиляционных агрегатов, большой практический интерес рекуперативные теплообменники представляют сами по себе как наиболее доступное средство внедрения энергосберегающих технологий при реконструкции существующих систем вентиляции путем осуществления обмена теплом между притоком и вытяжкой. Установка рекуперативного теплообменника при этом принципиально возможна без замены основных узлов существующей системы [2].

Рис. 1. Энергоэффективный дом г. Караганда.

Характеристика МЖД «Максат-12/2» Год постройки - 1969 г Число этажей - 4 этажа, подвал Количество подьездов - 4 Общая площадь - 2686,4 м2 Число квартир - 56 Число комнат - 128 Проживает жильцов - 135 чел. Отапливаемая площадь - 3 287м2 Конструкция - сборная, панельная

Наружные стены - железобетон с заполнением - керамзитобетон (0,22 м) Характеристики состояния объекта:

• автоматическая система регулирования теплового потока тепла (АСРТП) в проекте не были предусмотрены;

• отсутствует общедомовой прибор учета тепловой энергии;

• трубопроводы, по которым подается тепло внутри дома (в подвале), не имеют теплоизоляции;

• фасад и крыша дома давно требуют капитального ремонта;

• технический персонал КСК имел недостаточные представления и навыки о возможностях эффективного использования тепловой энергии в жилом доме;

• у жителей дома, как и практически жителей всего КСК, имеется слабое представление о возможностях проведения энергоэффективных проектов в жилых зданиях;

• для жителей дома с низким достатком расходы на тепло и горячую воду при постоянной тенденции их повышения являются обременительными, а стоимость мероприятий по эффективному использованию энергии в жилом доме чрезвычайно дорогой или непосильной для бюджета семьи.

Выполненные мероприятия

1. Смонтирован блочный тепловой пункт (БТП), позволяющий в автоматическом режиме регулировать теплопотребление жилого дома в зависимости от фактической температуры наружного воздуха. Горячее водоснабжение при этом переведено на закрытую систему (будет функционировать в зимнее время, когда технологически возможна циркуляция теплоносителями от центральных тепловых сетей).

2. Элеватор, обеспечивающий до проекта подключение этого жилого дома к тепловым сетям не демонтирован. Наряду со смонтированным БТП его планируется использовать в качестве экспозиционного объекта при проведении разъяснительной работы среди собственников и КСК города для тиражирования подобных проектов.

3. На каждый стояк внутренней разводящей системы отопления здания установлен балансировочный клапан, что позволит распределять теплоноситель более равномерно с учетом экспозиции размещения дома (солнечная и теневая стороны).

4. Установлен общедомовой прибор учета тепловой энергии с системой дистанционной передачи данных по мобильной связи.

5. Утеплены разводящие трубы в подвальном помещении.

6. В летний период КСК «Максат» произвёл замену окон в подъездах, а также за счет накопленных средств от экономии организована замена окон в квартирах на энергосберегающие конструкции.

7. Проводится оценка возможностей для проведения полного утепления фасада и крыши этого жилого дома за счет Программы модернизации ЖКХ. Для этого отрабатываются варианты использования утеплителя - минеральная вата, пенополистирол, энергосбергающая краска [3].

Результаты исследования

Почему нужно беречь энергию?

Экономия. Расходы на тепло и электричество можно снизить до 50%.

Комфортабельность. Увеличить температуру в помещении на 2-4°С при помощи простых не затратных манипуляций по утеплению.

Экологичность. Создавать условия для меньших выбросов вредных веществ в атмосферу, во избежание различных заболеваний населения. Которые в свою очередь, помогут уменьшить катастрофические последствия от изменения климата.

Снижая энергоёмкость экономики страны, тем самым повышаем конкурентоспособность ее продукции на мировом рынке.

Наследие для будущих поколений, в виде энергетических ресурсов.

Выиграть время для поиска и освоения новых источников энергии — возобновляемых, экологически чистых и безопасных (ветер, солнце, биогаз, биомасса, тепло Земли, волны, течения, приливы и отливы и

др).

Почему это происходит?

Как показывают исследования, недостаток количества механизмов энергосберегающих технологий и материалов, отсутствие эффективного контроля и являются основными факторами складывающейся ситуации.

Энергетический паспорт объекта формируется на стадии выполнения проектных работ расчетным путем и предоставляется в органы экспертизы. На этапе ввода объекта в эксплуатацию энергетический паспорт здания не подлежит анализу, корректировке, исходя из фактических теплоэнергетических характеристик объекта, и в дальнейшем так и остается только бумагой. Нет контроля по энергетической эффективности построенного здания.

Контроль качества на этапе строительства объекта обеспечивается:

1) внутренним контролем качества подрядчика,

2) контролем качества заказчика - технический надзор,

3) контролем со стороны проектной организации - авторский надзор,

4) государства - государственный архитектурно-строительный надзор (ГАСК).

Все виды контроля имеют своей целью обеспечить надлежащий уровень качества в процессе строительства. Однако, на этапе работы приемочной комиссии по вводу объекта в эксплуатацию результат работы данных инстанций также оценивается по формальному принципу - по наличию или отсутствию документов (разрешений, согласований, исполнительной документации). После ввода объекта в эксплуатацию с вопросами качества непосредственно сталкивается новый собственник объекта - как правило, физическое лицо, который в гарантийный период стремится в приоритете локально решить вопросы выявленного брака.

Что нужно сделать?

Несомненно, что при эксплуатации энергоэффективных зданий потребитель будет

экономить до 30-40% своего бюджета на коммунальных расходах. И это важно уже с социальной точки зрения. А строительство бюджетных зданий - это уже вопрос рационального освоения местных бюджетов.

Для решения вопросов продвижения энергоэффективных технологий в строящихся зданиях, а также контроля за соблюдением применения норм по энергоэффективности предлагается:

1. Устанавливать требования по энергоэффективности для возводимых зданий со стороны местного органа власти при принятии решения о предоставлении земельного участка под строительство.

2. Ввести требования к заказчикам и владельцам зданий по Маркировке Энергоэффективности здания, что позволит визуализировать информацию и стимулировать процесс изменения сознания людей и стимулировать рынок к принятию решений в пользу энергоэффективности.

3. Разработать новые индикаторы и подходы для отслеживания процесса перехода к энергоэффективным строительной и теплоэнергетической отраслям, в том числе уровень внедрения счетчиков, уровень энергоэффективности существующих и новых зданий, коэффициент потерь в распределении тепла, численность и профессиональный опыт инспекторов, особенно занимающихся проверкой сложных зданий.

Кому это выгодно?

Город получает экологический эффект из-за снижения уровня загрязнения окружающей среды, а также экономическую выгоду, учитывая значительную экономию инвестиций и капитальных вложений в создание и реконструкцию новых энергогенерирующих мощностей, в реконструкцию или усиление подводящих электрических и тепловых сетей и многое другое.

Для государства:

- преодоление дефицита энергии, не вводя при это дополнительную энергомощность,

- выполнение обязательств по экологическим конвенциям,

- рациональное использование бюджетных средств,

- создание новых рабочих мест/возможностей для развития бизнеса,

- защита уязвимых слоев населения.

Для поставщиков теплоэнергии:

- улучшение качества услуг систем теплоснабжения, предлагаемых потребителю,

- сокращение местного загрязнения окружающей среды.

Для потребителей:

- комфортные условия проживания,

- экономия коммунальных платежей,

- повышение надежности внутридомовых систем.

Основными причинами нерационального расходования тепловой энергии в зданиях являются:

• несовершенство нерегулируемых систем естественной вентиляции;

• недостаточное теплоизоляционное качество наружных стен, покрытий, потолков подвалов и светопрозрачных ограждений;

• низкое качество и неплотности сопряжения деревянных оконных переплетов и балконных дверей;

• недостатки архитектурно-планировочных и инженерных решений отапливаемых лестничных клеток и лестнично-лифтовых блоков;

• отсутствие приборов учета, контроля и регулирования на системах отопления и горячего водоснабжения;

• отсутствие действенного механизма материальной заинтересованности энергопотребителей в ее экономии;

• крайне недостаточное использование нетрадиционных и вторичных источников энергии.

Повышения уровня энергоэффективности здания добиваются с помощью применения

энергоэффективной теплоизоляции, современных оконных рам и дверей, не допускающих утечки тепла, применением приборов регулирования теплопотребления и температуры воздуха в помещениях.

Жилые здания, лечебно-профилактические и детские учреждения, школы, интернаты Градусо-сутки отопительного периода, ГСОП Нормируемые значения термического сопротивления, Яо, м-' С/Вт ограждающих конструкций

наружных стен покрытий перекрытий чердачных, над неотапливаемыми подпольями и подвалами окон и балконных дверей

Астана 6286 3,6 5,34 4,72 0,62

Ал маты 3641 2,67 4,02 3,53 0,42

Рис. 2. Пример энергоэффективности здания.

Увеличение теплозащитных свойств наружных ограждающих конструкций обеспечивает повышение класса энергоэффективности здания. Увеличение тепловой защиты зданий, в первую очередь, подразумевает утепление ограждающих конструкций: наружных стен, перекрытий, покрытий, окон и дверей. Здание должно представлять собой единую энергетическую систему, все элементы которой — ограждающие конструкции, системы отопления, вентиляции, кондиционирования, теплоснабжения — должны быть взаимосвязаны.

Эти требования можно выполнить при правильном подборе строительных материалов и утеплителей для наружных ограждающих конструкций зданий.

= 3,2 m

2 о

С/Вт

' 1-.V t ■

НИН. ПЛИТА

БРУС 0.U

ПЕНОБЕТОН КЕРАМЗИТО-БЕ ТОН О «О 1.01 м

îfîJPr'SV'

ИШ

■йШг

БЕ ТОМ 4.S M

■

Рис. 5. Утеплители наружных конструкций.

Доказано, увеличивая толщину утеплителя на 5 см, можно повысить класс энергоэффективности до класса «В» «высокий» и снизить затраты на отопление до 20%, при этом себестоимость строительства увеличивается на 4,2%, что повышает стоимость одного квадратного метра жилья примерно на 45$ США. Преимущества:

• Экономия тепловой энергии до 40%.

• Повышение класса энергоэффективности зданий до «В+» (высокий).

• Экономия коммунальных платежей - до 40-50%.

Таким образом, энергоэффективность не так дорого, как это представляют многие!!!

Обычный дом Энергосберегающий дом

Стоимость строительства в тенге с НДС Общая площадь м2 Стоимость строительства на 1 м2 в тенге с НДС Стоимость строительства в тенге с НДС Общая площадь м2 Стоимость строительства на 1 м2 в тенге с НДС

630 855 ООО 3 489 180 813 693 940 500 3 489 198 893

Средняя экономия расходования ресурсов при эксплуатации эффективных зданий превышает 30%, в том числе:

• экономия энергии 30%

• сокращение выбросов СО2 35%

• снижение потребления воды 30-50%

• сокращение отходов 50-90%

Выводы (заключение)

Огромным заблуждением является то, что заказчики строительства ошибочно считают возведение энергоэффективных зданий очень дорогими, чуть ли не в двукратном увеличении его стоимости.

С ходе данного исследования было выявлено, что недостаточная информированность уполномоченных органов, предоставляющих данные в комитет по статистике, их невнимание к разработчикам и собственникам проектов, и отсутствие инструментов отслеживания класса энергоэффективности введенного объекта являются причинами того, что здания не соотвествуют стандартам. Так как важнейшая информация не накапливается и в последующем не анализируется, как результат, на деле получается совсем неэнергоэффективный объект, класс которого, скорее всего, гораздо ниже заявленного в проекте.

Учитывая все вышеизложенное, можно сделать вывод, что строительство энергоэффективных зданий позволяет надежно сохранять тепло в помещении, обеспечить комфорт его владельцам, сэкономить им бюджет на оплате коммунальных расходов, а также экономить потребляемые в стране энергоресурсы. Таким образом, энергоэффективное строительство зданий чрезвычайно важно, оно влияет на экономику страны в целом. Проектирование и строительство энергоэффективных зданий - это важнейшая задача сегодняшнего дня.

Список литературы

1. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://vestnik.kazgasa.kz/frontend/web/uploads/archive/doc/1608142022_PQIg3o.pdf / (дата обращения: 25.11.2023).

2. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.oecd.org/environment/outreach/kaz%20report_programme%20design_rus_for%20web.pdf/ (дата обращения: 25.11.2023).

3. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://ecogosfond.kz/wp-content/uploads/2018/06/pochemu-vigodno-stroit-energoeffektivnie-zdania.pdf/ (дата обращения: 25.11.2023).

4. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://unece.org/DAM/energy/se/pdfs/geee/study/Compendium_of_best_practices_final_2103_DC_RUS28. 04.pdf/ (дата обращения: 25.11.2023).

5. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2352710221017101?via%3Dihub/ (дата обращения: 25.11.2023).

6. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.mdpi.com/1996-1073/13/12/3232/ (дата обращения: 25.11.2023).