Научная статья на тему 'Пути повышения энергоэффективности современных зданий городского типа'

Пути повышения энергоэффективности современных зданий городского типа Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
196
47
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЗДАНИЯ / ТЕПЛОПОТЕРИ / ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕ / ТЕПЛОУСТОЙЧИВОСТЬ / ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ / ОГРАЖДАЮЩИЕ КОНСТРУКЦИИ / ГОРОДСКАЯ СРЕДА / ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЯ / ПРОЕКТИРОВАНИЕ / ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ / BUILDINGS / HEAT LOSS / ENERGY CONSUMPTION / HEAT RESISTANCE / ENERGY EFFICIENCY / ENCLOSING STRUCTURES / URBAN ENVIRONMENT / THERMAL INSULATION / DESIGN / NATURAL AND CLIMATIC FACTORS

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Гиясова И. В.

Задача повышения энергоэффективности зданий путём минимизации теплопотерь внутри помещений и оптимизаии энергопотребления является актуальной. Она решается с учетом особенностей влияния климатических факторов на здания, во-первых, грамотным выполнением теплоизоляции наружных ограждений, во-вторых, применением эффективных теплоизоляционных материалов. Здания, являясь по сути объемными геометрическими фигурами различной формы, по-разному реагируют на природно-климатические факторы, так как их теплоустойчивость напрямую зависит от форм и объемов. В статье выполнен анализ зависимости теплоустойчивости городских зданий от их геометрических форм и объёмов. На примере башни Эволюция Московского международного делового центра Москва-Сити выполнен расчет теплопотерь помещений расположенных на разных по высоте этажах и выявлены изменения основных климатических факторов по высоте объекта.Improvement of energy efficiency of buildings by minimizing heat loss inside the premises and optimizing energy consumption is an urgent problem. The solution of the problem requires consideration of the impact of climatic factors on buildings firstly, it is necessary to ensure safe thermal insulation of external walls, and secondly, to use effective thermal insulation materials. Being essentially volumetric geometric figures of various shapes, buildings react differently to climatic factors, as their heat resistance directly depends on the shapes and volumes. The article analyzes the dependence of the heat resistance of urban buildings on their geometric shapes and volumes. Using the example of the Evolution Tower of the Moscow International Business Center Moscow-City, the heat loss of rooms located on floors with different heights was calculated and changes in the main climatic factors in terms of the height of the object were revealed.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Пути повышения энергоэффективности современных зданий городского типа»

Пути повышения энергоэффективности современных зданий городского

типа

И.В. Гиясова Московский государственный строительный университет

Аннотация: Задача повышения энергоэффективности зданий путём

минимизации теплопотерь внутри помещений и оптимизации энергопотребления является актуальной. Она решается с учетом особенностей влияния климатических факторов на здания, во-первых, грамотным выполнением теплоизоляции наружных ограждений, во-вторых, применением эффективных теплоизоляционных материалов. Здания, являясь по сути объемными геометрическими фигурами различной формы, по-разному реагируют на природно-климатические факторы, так как их теплоустойчивость напрямую зависит от форм и объемов. В статье выполнен анализ зависимости теплоустойчивости городских зданий от их геометрических форм и объёмов. На примере башни Эволюция Московского международного делового центра Москва-Сити выполнен расчет теплопотерь помещений, расположенных на разных по высоте этажах и выявлены изменения основных климатических факторов по высоте объекта.

Ключевые слова: здания, теплопотери, энергопотребление, теплоустойчивость, энергоэффективность, ограждающие конструкции, городская среда, теплоизоляция, проектирование, природно-климатические факторы.

Единообразие форм и объёмов зданий, их единая геометрия -следствие унификации и типизации в строительной индустрии. Известно, что на теплоустойчивость зданий негативно влияет преобладание прямоугольных форм планов и фасадов. При этом возникает необходимость в дополнительных мероприятиях по утеплению конструкций по причине отсутствия обтекаемости при ветровых нагрузках. Наружные ограждающие конструкции зданий, являясь барьером между наружной и внутренней средой, играют важную роль в формировании теплового баланса зданий.

Из рисунка 1 [1] видно, что потери тепла через наружные ограждающие конструкции составляют около 50% от общих тепловых потерь здания. Следовательно, в свете решения глобальной задачи повышения энергоэффективности зданий, вопрос теплоизоляции наружных ограждающих конструкций зданий является основным.

и

Рис. 1. - Стандартная структура тепловых потерь жилого дома в холодный

период года. Величина теплопотерь в процентах: 1 - вследствие воздухообмена; 2 - через наружные ограждающие конструкции; 3 - через световые проёмы и их неплотности; 4 - через верхнюю часть здания -перекрытие и крышу; 5 - через подвал и пол

Теплоизоляцию наружных ограждающих конструкций можно отнести к пассивной защите здания от тепловых потерь [2]. Задачу повышения энергоэффективности современных зданий необходимо решать на стадии архитектурного проектирования разрабатывая такие мероприятия как создание компактных архитектурных решений и минимизация площади наружной поверхности стен.

Известны следующие способы утепления фасадов:

• системы утепления с тонким штукатурным слоем;

• системы утепления фасада с тяжелым штукатурным слоем;

• трехслойная стеновая кладка: стена, теплоизоляция и облицовочный кирпич;

• навесные вентилируемые фасады.

При выборе проектных решений современных зданий городского типа, для повышения энергоэффективности необходимо учитывать геометрию проектируемого здания, конструктивные особенности наружных стен и их теплоизоляцию.

В работе [3] выполнено сравнение теплопотерь трёх геометрических форм здания: кубического, трехэтажного прямоугольного и одноэтажного вытянутого здания. При этом теплопотери зданий, имеющих одинаковую отапливаемую площадь и объемом, значительно отличаются. Анализ отношения площади тепловых потерь дома (наружных стен, крыши и пола под фундаментом) к его полезной площади дает оценку эффективности геометрической конструкции здания в аспекте тепловых потерь. Таким образом, было выявлено, что при расходе потерь тепла 100% для кубического трехэтажного здания, 117% - составляют расходы тепла трехэтажного здания прямоугольной формы и 172% - расход тепла одноэтажным бараком. Результаты показаны на рис.2 [3]. Следовательно, наиболее низкий уровень теплопотерь можно наблюдать в многоэтажных зданиях с высокой компактностью.

Проектирование компактных зданий, характерно, как правило, для современной застройки развитых городов с повышенной плотностью: при сохранении общей площади здания уменьшается площадь наружных ограждающих конструкций. Кроме того, в современных городах возводятся здания сложных архитектурных форм. Разнообразие геометрии зданий требует индивидуального подхода при утеплении наружных ограждающих конструкций. В связи с этим, учитывая технологию возведения зданий современных городов, для утепления наружных

ограждающих конструкций необходимо на стадии проектирования проводить анализ теплоизоляционных материалов и их основных характеристик [4].

Рис. 2. - Сравнительная диаграмма теплопотребления: здание кубической формы - О трёхэтажное здание прямоугольной формы - О одноэтажное вытянутое здание - О

Основной характеристикой теплоизоляционных материалов является теплопроводность, которая характеризуется коэффициентом теплопроводности X . Информация о теплопроводности различных материалов представлена в виде таблицы 1 [5]. В таблице представлены два параметра: коэффициент теплопроводности и толщина стены, которая потребуется для обеспечения оптимальной температуры внутри здания.

Здания современных городов имеют компактную форму в плане и большую высоту. При этом наблюдается уменьшение температуры наружного воздуха по высоте здания. На примере башни Эволюция делового центра Москва-Сити были произведены расчеты теплопотерь через наружное ограждение разноэтажно расположенных помещений.

5x60x3.33м 112% отоплена

10x10x10м 100% отопления

Таблица № 1

Толщина стены для обеспечения оптимальной температуры

внутри здания

№ п/п Материал стены Коэффициент теплопроводности, Вт/(м0С) Требуемая толщина, м

1 Железобетон 1,7 5,33

2 Кладка из силикатного полнотелого кирпича 0,76 2,38

3 Шлакобетон 0,6 1,88

4 Керамзитобетон 0,47 1,48

5 Пенобетон 0,3 0,94

6 Клееный деревянный брус 0,16 0,5

7 Газосиликат 0,15 0,47

8 Минеральная вата 0,041 0,13

9 Пенополистирол 0,039 0,12

Теплопотери помещения за счет теплопередачи через наружные

ограждения определяются суммированием потерь тепла через каждое наружное ограждение [6].

Так как здание является многофункциональным, необходимо учитывать разные расчетные температуры внутреннего воздуха для основных помещений в холодный период года: офисные помещения +20°С; торговые залы, магазины +18°С; залы ресторанов, кафе +18°С; офисные помещения +20°С; кухня ресторана +16°С; холлы, коридоры +18°С; технические помещения +10°С; технические помещения слаботочных систем +22°С; санузлы +18°С; автостоянка +5°С. При этом, расчетная средняя по зданию внутренняя температура в холодный период принималась до + 20°С.

По расчетам теплопотерь помещений здания построен график (рис.

3).

этаж

55 50

¿►О 35 30 25 20 15 10 5

О 39,5 ^0,5 и\ а, кВт

Рис. 3. - Теплопотери разноэтажно расположенных помещений башни

Эволюция для города Москвы

Из графика видно, что теплопотери здания увеличиваются в зависимости от высоты здания. Этому способствует понижение температуры и увеличение скорости ветра по высоте здания [7-10]. Приведенные данные необходимо учитывать при расчете теплоизоляции наружных ограждающих конструкций зданий городского типа.

В результате анализа и исследований можно сделать следующие выводы:

1. В связи с тем, что около 50 % теплопотерь происходит через наружные ограждающие конструкции, основным способом повышения энергоэффективности зданий является совершенствование современных технологий теплоизоляции фасадов и создание новых энергоэффективных теплоизоляционных материалов.

2. При проектировании архитектурных и объемно-планировочных решений современных зданий необходимо принимать во внимание объемную пластику фасадов: оптимизировать форму зданий путем уменьшения площади наружных ограждающих конструкций с целью снижения тепловых потерь через них.

3. При разработке конструктивных решений и утепления наружных стен и фасадов многоэтажных зданий необходимо учитывать изменение природно-климатических факторов по высоте здания.

Литература

1. Энергообеспечение жилищного комплекса от альтернативных источников энергии: Справочно-методическое пособие / Пантелеев В.П., Аккозиев И. А., Галанина И. И., Сулайманова Д., - Бишкек: КРСУ, 2009. -212 с., с.37.

2. Гиясов А. Тепло-ветровой режим городского каньона, взаимосвязь его с воздушной средой помещений // Инженерный вестник Дона, 2018, №1. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2018/4737/.

3. Волков А.А., Гиясов Б.И., Челышков П.Д., Седов А.В., Стригин Б.С. Оптимизация архитектуры и инженерного обеспечения современных зданий в целях повышения их энергетической эффективности.//Научно-технический вестник Поволжья. 2014, № 6, с..111-114.

4. Gustsvsson L., Dodo A., Truong N. L., Danielski I. Primary energy implications of end-use energy efficiency measures in district hested buildings //"Energy and buildings". 2011, т.43, № 1. pp. 38-48

5. Таблицы теплотехнических показателей строительных материалов / Д-р техн. наук проф. Франчук А. У.; Госстрой СССР. Науч. - исслед. ин-т строит. физики. - 2-е изд., с изм. и доп. - Москва : Отд. информ.-изд. и патентно-лиценз. работы, 1969. - 142 с.; с. 25-36.

6. Малявина Е. Г. Теплопотери здания: справочное пособие. — М.: АВОК-ПРЕСС, 2007 - 144 с., с. 87

7. Самарин О.Д. Нормирование энергопотребления здания с учетом теплопоступлений от солнечной радиации. // Жилищное строительство. 2013, № 1, с. 32 - 33.

8. Воздействие ветра на здания и сооружения / Симиу Э., Сканлан Р.; Перевод с английского Маслова Б. Е., Швецовой А. В.; Под редакцией канд. техн. наук Маслова Б. Е. — Москва: Стройиздат, 1984. — 360 с., ил. — Перевод изд.: Wind Effects on Structures / E. Simiu, R. Scanlan (1978), с. 95-101.

9. Janusz Bujak. Optimal control of energy losses in multi-boiler steam system// "Energy", Volume 34, Issue 9, September 2009, рр. 1260-1270.

10. Табунщиков Ю. А., Бродач М. М., Шилкин Н. В. Энергоэффективные здания. М.: АВОК-ПРЕСС, 2003. с.8-10.

References

1. Jenergoobespechenie zhilishhnogo kompleksa ot al'ternativnyh istochnikov jenergii [Energy supply of the housing complex from alternative energy sources]: Spravochno-metodicheskoe posobie Panteleev V.P., Akkoziev I. A., Galanina I. I., Sulajmanova D., Bishkek: KRSU, 2009. 212 p.

2. Giyasov A. Inzhenernyy vestnik Dona, 2018, №1. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2018/4737/.

3. Volkov A.A., Gijasov B.I., Chelyshkov P.D., Sedov A.V., Strigin B.S. Nauchno-tehnicheskij vestnik Povolzh'ja. 2014, № 6, p.111-114.

4. Gustsvsson L., Dodo A., Truong N. L., Danielski I. "Energy and buildings". 2011, t.43, № 1. p. 38-48.

5. Tablicy teplotehnicheskih pokazatelej stroitel'nyh materialov [Tables of thermotechnical indicators of building materials] D-r tehn. nauk prof. Franchuk A. U.; Gosstroj SSSR. Nauch.-issled. in-t stroit. fiziki. 2-e izd., s izm. i dop. Moskva: Otd. Inform.-izd. i patentno-licenz. raboty, 1969. 142 p.; p. 25-36.

6. Maljavina E. G. Teplopoteri zdanija [Heat loss of the building]: spravochnoe posobie. M.: AVOK-PRESS, 2007.144 p., p. 87

7. Samarin O.D. Zhilishhnoe stroitel'stvo. 2013, № 1, pp. 32 - 33.

8. Vozdejstvie vetra na zdanija i sooruzhenija [The impact of wind on buildings and structures] Simiu Je., Skanlan R.; Perevod s anglijskogo Maslova B. E., Shvecovoj A. V.; Pod redakciej kand. tehn. nauk Maslova B. E. Moskva: Strojizdat, 1984. 360 p., il. Perevod izd.: Wind Effects on Structures Simiu E., Scanlan R. (1978), p. 95-101.

9. Janusz Bujak. "Energy", Volume 34, Issue 9, September 2009, pp. 12601270.

10. Tabunshhikov Ju. A., Brodach M. M., Shilkin N. V. Jenergojeffektivnye zdanija [Energy efficient buildings] M.: AVOK-PRESS, 2003. pp.8-10.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.