СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ЗДАНИЙ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК 697.142

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФЕКТИВНОСТИ ЗДАНИЙ

В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Верижников Е.Ю., магистрант 2 курса направления подготовки 08.04.01 «Строительство». Научный руководитель: д.э.н., профессор Суворова С.П. ФГБОУ ВО Орловский ГАУ

АННОТАЦИЯ

В статье проанализированы основные энергоэффективные технологии, которые применяются на всех этапах жизненного цикла реализации проекта строительства и эксплуатации зданий. Систематизированы меры обеспечивающие энергоэффективность зданий.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

Строительство, энергосбережение, энергоэффективность, отопление, герметичность, освещение.

ABSTRACT

The article analyzes the main energy-efficient technologies that are used at all stages of the life cycle of the project of construction and operation of buildings. The measures ensuring energy efficiency of buildings are systematized.

KEYWORDS

Construction, energy saving, energy efficiency, heating, tightness, lighting.

Введение. Под энергоэффективностью в строительстве понимается комплекс мероприятий для снижения потребления энергии зданиями, требуемой для сохранения комфорта жизнедеятельности и развития промышленного комплекса. Развитие экономики за счет экономии ресурсов является одним из наиболее перспективных и актуальных направлений развития энергетической отрасли.

Цель исследования - изучение технологий энергосбережения в обеспечении повышения эффективности зданий и сооружений и выявление мер, обеспечивающих высокую энергоэффективность строительства и эксплуатации зданий.

Результаты исследования. В строительной отрасли наиболее значимым аспектом, в котором требуется снизить потребление энергии, является энергоэффективность зданий и сооружений.

Инвестиции в энергоэффективность здания можно сравнить со стоимостью капитальных вложений, необходимых со стороны энергосистемы для обеспечения аналогичного объема пиковой мощности или годового производства энергии. Обычно капитальные затраты на эффективность ниже, чем сопоставимые инвестиции в увеличение предложения, и нет дополнительных эксплуатационных затрат на эффективность по сравнению с незначительными эксплуатационными затратами на варианты, связанные с предложением. Кроме того, инвестиции в энергоэффективность обычно имеют гораздо более короткие сроки, чем инвестиции в энергоснабжение.

Меры по повышению энергоэффективности зданий. Меры по повышению энергоэффективности зданий - это подходы, с помощью которых можно снизить энергопотребление здания при сохранении или повышении уровня комфорта в здании, их можно разделить на группы (рис. 1).

Рисунок 1 - Меры по повышению энергоэффективности зданий

В процессе исследования рассмотрим характер необходимых мер, которые можно реализовать в процессе проектирования, строительства и эксплуатации зданий с учетом выявленных направлений [5].

Снижение спроса на отопление может быть достигнуто за счет:

- ограничения площади открытой поверхности здания;

- улучшения теплоизоляции здания;

- снижения вентиляционных потерь;

Ограничение площади открытой поверхности здания. Форма здания определяет, какая площадь подвергается воздействию внешней среды через наружные стены и крышу. Для экономии энергии требуется свести эту площадь к минимуму. Наиболее экономичным в строительстве и отоплении является дом с простой квадратной или прямоугольной планировкой. Сложные формы увеличивают площадь открытой поверхности, а также затраты на строительство [1].

Повышение герметичности. Утечки воздуха снижают энергоэффективность здания. Воздух может просачиваться через трещины или отверстия в стенах, потолках, полах и вокруг дверей и окон. Типичное здание может терять около трети своего тепла в результате такой инфильтрации. Герметичный дом уменьшает тепло- и воздухообмен, в нем тише и чище. Потери на инфильтрацию и эксфильтрацию можно уменьшить путем [3]:

- Установки непрерывных пароизоляторов на стенах и потолках;

- Заделывания любых отверстий и трещин на внутренних поверхностях стен и потолков;

- Заделывания вокруг окон и дверных наличников снаружи;

- Уплотнение вокруг оконных и дверных наличников, а также электрических розеток с внутренней стороны;

- Уплотнение вокруг любых труб или воздуховодов, проходящих через наружные

стены;

- Уплотнение окон и дверей.

Улучшение теплоизоляции здания. Остальные две трети теплопотерь происходят путем теплопроводности через фундамент, пол, стены, потолок, крышу, окна и двери. Поток тепла, поступающего в здание и выходящего из него в результате теплопроводности, можно уменьшить с помощью высокого уровня изоляции чердака, боковых стен, стен подвала и дверей.

Эффективное использование элементов управления. Основными элементами управления, используемыми в системе отопления, являются регуляторы времени, температуры и котла, и обеспечение их правильной настройки - это лучшее, с чего следует начать в поисках экономии в системе отопления. Регуляторы времени включают и выключают отопление в заранее определенное время; усовершенствованные регуляторы времени контролируют внутреннюю и/или внешнюю температуру и включают отопление в нужное время, чтобы обеспечить достижение нужной температуры в здании к моменту его заселения.

Контроль температуры необходим для предотвращения перегрева помещений и должен использоваться для обеспечения минимальных комфортных условий для сотрудников. Чем активнее сотрудники, тем ниже может быть температура для обеспечения комфорта. Регуляторы температуры можно использовать для предварительного охлаждения небольших офисных зданий, чтобы они потребляли меньше энергии для охлаждения во время пикового спроса, а также для снижения температуры нагрева и охлаждения во время незанятых периодов в офисах или когда люди спят (в случае домов или гостиниц).

Если перевести термостат на 10°-15° назад на восемь часов, можно добиться экономии от 5 до 15 процентов в год на счетах за отопление, причем экономия может достигать 1 процента на каждый градус, если период отката длится восемь часов. Процент экономии от отката выше для зданий в более мягком климате, чем для зданий в более суровом климате. Также значительная экономия энергии на охлаждение может быть достигнута при использовании потолочных вентиляторов в сочетании с более высокими уставками термостата.

Определение подходящей системы отопления. Наиболее подходящая и эффективная форма отопления для здания будет зависеть от того, для каких целей будет использоваться здание. Для зданий, которые используются периодически (например, церкви) или имеют большой объем воздуха (например, промышленные предприятия), эффективной формой отопления может быть лучистое отопление. Для зданий, которые используются более регулярно и с меньшими объемами воздуха, более эффективными будут обычные централизованные системы горячего водоснабжения. Для не бытовых зданий с переменной нагрузкой следует использовать модульные котлы, чтобы предотвратить работу котлов с неполной нагрузкой. Конденсационные котлы следует использовать вместо обычных котельных из-за их более высокой сезонной эффективности; при правильной эксплуатации они могут быть на 30 процентов эффективнее стандартных котлов. При установке конденсационных котлов использование контроллеров погодной компенсации и систем напольного отопления повышает их эффективность за счет снижения температуры потока воды [2].

Снижение спроса на охлаждение. Энергопотребление в типичных офисных зданиях с кондиционированием воздуха примерно в два раза выше, чем в офисных зданиях с естественной вентиляцией. Потребность в кондиционировании воздуха или размер установленных систем можно уменьшить путем:

- Контроля солнечного излучения с помощью остекления;

- Уменьшения внутренних теплопоступлений;

- Использование тепловой массы и ночной вентиляции для снижения пиковых температур;

- Обеспечение эффективной естественной вентиляции;

- Снижение нагрузки на освещение и установка эффективных систем управления освещением.

Обильное остекление. Размеры окон должны быть такими, чтобы обеспечить эффективное дневное освещение, избегая при этом чрезмерного солнечного излучения. Большая площадь остекления увеличивает приток солнечного тепла летом и теплопотери зимой, что затрудняет создание комфортной внутренней среды.

Использование затенения. Солнечное излучение можно уменьшить с помощью внешнего затенения, жалюзи. Внутренние жалюзи - наименее эффективный метод борьбы с солнечной радиацией, поскольку тепло уже проникает в помещение. Внешние жалюзи наиболее эффективны, но могут быть сложны в обслуживании и хуже регулируются для борьбы с бликами. Жалюзи со средними стеклами часто обеспечивают эффективную защиту. Их можно поднять, когда солнечная активность и блики не являются проблемой, и опустить, когда это необходимо. Летнее солнце под высоким углом можно контролировать на южной стороне здания с помощью козырьков и стационарных затеняющих устройств. Солнечные лучи, попадающие на восточное и

западное остекление, сложнее контролировать, и для этого потребуются регулируемые затеняющие устройства.

Солнцезащитное стекло. Стекло доступно с рядом селективных покрытий, которые изменяют свойства стекла; в идеале следует выбирать стекло с самым высоким светопропусканием и самым низким коэффициентом усиления солнечного тепла. Это поможет обеспечить дневной свет и одновременно снизить солнечную радиацию. Все основные производители стекла предоставляют данные о свойствах своей продукции, включая стекла с покрытиями, описанными здесь [4].

Выбор оборудования с пониженной теплоотдачей. Выбор офисного оборудования с пониженной теплоотдачей может снизить потребность в охлаждении, а также обеспечить эффективное управление оборудованием, которое автоматически отключает его, когда оно не используется. Использование мониторов с плоским экраном может значительно уменьшить тепловое излучение, одновременно снижая энергопотребление оборудования и более эффективно используя офисное пространство. Эти преимущества обычно компенсируют более высокую стоимость мониторов с плоским экраном.

Отделение процессов с высокой тепловой нагрузкой от общих помещений. Если в здании установлено энергоемкое оборудование, например, компьютеры, лучше всего разместить их в отдельном кондиционируемом помещении, чтобы избежать необходимости охлаждения всего здания.

Использование тепловой массы и ночной вентиляции для снижения пиковых температур. Тепловая масса - это способность материала поглощать тепловую энергию. Для изменения температуры материалов высокой плотности, таких как бетон, кирпич и плитка, требуется большое количество тепловой энергии. Поэтому считается, что они обладают высокой тепловой массой. Легкие материалы, такие как древесина, имеют низкую тепловую массу. Тепловая масса особенно полезна там, где существует большая разница между дневной и ночной наружной температурой. Правильное использование тепловой массы может задержать тепловой поток через ограждающую конструкцию здания на 10-12 часов, обеспечивая более теплый дом ночью зимой и более прохладный днем летом. Здание с большой массой должно получать или терять большое количество энергии для изменения внутренней температуры, в то время как легкое здание требует лишь небольшого прироста или потери энергии. Позволяя прохладным ночным бризам и/или конвекционным потокам проходить через тепловую массу, вытягивается вся накопленная энергия.

Снижение теплопоступлений от освещения. Теплопотери от освещения могут быть снижены за счет оптимального использования дневного освещения и установки энергоэффективных осветительных приборов с хорошим управлением.

Прогнозирование влияния стратегий пассивного охлаждения. Инструменты компьютерного моделирования могут быть использованы для прогнозирования вероятных комфортных условий в зданиях и оптимизации остекления и затенения.

Снижение потребности в энергии для вентиляции. Когда потребность в охлаждении достаточно снижена за счет реализации вышеуказанных мер, может оказаться возможным снизить теплопритоки настолько, что кондиционирование воздуха станет ненужным, а комфортные условия можно будет поддерживать за счет использования естественной вентиляции. Энергия, необходимая для вентиляции, может быть сведена к минимуму:

- Конструкция здания, максимально увеличивающая естественную вентиляцию;

- Эффективная конструкция окон;

- Использование смешанного режима вентиляции;

- Использование эффективных механических систем вентиляции.

Проектирование здания. Наиболее эффективной формой естественной

вентиляции является поперечная вентиляция, когда воздух проходит с одной стороны здания на другую. Для эффективной работы такой вентиляции обычно требуется, чтобы глубина зданий не превышала 12-15 м. Однако в более глубоких планировочных

пространствах воздух проходит с одной стороны здания на другую. В более глубоких зданиях естественная вентиляция может быть достигнута путем создания центральных атриумов и использования «эффекта стека» для забора воздуха с внешнего периметра и вверх через центр здания.

Сокращение энергии, используемой для нагрева воды, можно достичь путем:

- Установки регуляторов времени и их настройки таким образом, чтобы они правильно отражали часы потребности в горячей воде;

- Установка термостатов горячей воды для санитарных нужд на соответствующую температуру - не более 60oC для нормальных потребностей (но следите за тем, чтобы вода не опускалась ниже 56oC);

- Выключение электрических нагревательных элементов (погружных) при наличии горячей воды из бойлера;

- Отключение всех связанных с ним насосов, когда горячая вода не требуется;

- Замена поврежденной или отсутствующей изоляции на всех трубах и цилиндрах горячего водоснабжения, за исключением тех случаев, когда трубы отдают полезное тепло в помещение;

- Определение подходящей системы горячего водоснабжения.

Горячее водоснабжение обеспечивается либо с помощью центральной генерирующей установки с распределительной сетью для подачи горячей воды в требуемые зоны здания, либо локально в местах, где она необходима. Комбинированные системы отопления и горячего водоснабжения и раздельные системы отопления и горячего водоснабжения - это два типа централизованных систем горячего водоснабжения. В случае локализованных систем горячего водоснабжения вода нагревается и хранится на месте или подается по требованию. Наиболее значительное сокращение потребления энергии для горячего водоснабжения может быть достигнуто за счет солнечного нагрева воды.

Заключение. Меры по повышению энергоэффективности зданий и сооружений является одним из важных аспектов ресурсосбережения невозобновляемых ресурсов. Предложенные и проанализированные методы могут обеспечить значительную экономию энергоресурсов и помочь в повышении энергоэфективности объектов капитального строительства.

Библиография:

1. Урядникова Н.В. Единая энергетическая система России: промежуточные итоги (оперативные данные): Информационный обзор // URL: https://www.fedstat.ru/indicator/33942 (дата обращения 22.03.2023).

2. Опарин Л.А. Основы ресурсо- и энергосбережения в строительстве: Учебное пособие для вузов. Иваново: Изд-во ПресСто, 2014. 227с.

3. Смородин С.Н., Белоусов В.Н., Лакомкин В.Ю. Методы энергосбережения в энергетических, технологических установках и строительстве: Учебное пособие для вузов. СПб. : СПбГТУРП, 2014. 99 с.

4. Пилипенко Н.В., Сиваков И.А. Энергосбережение и повышение энергетической эффективности инженерных систем и сетей: Учебное пособие для вузов. СПб: НИУ ИТМО, 2013. 274 с.

5. Змачинский А.Э., Галузо О.Г. Основы энергосбережения в строительстве. Курс лекций: Учебно-методическое пособие. Минск: Изд-во БИТУ, 2007. 227 с.