Повышение энергетической эффективности строительных объектов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Современная история экологического домостроения начинается с энергоэффективных домов, которые можно считать прямыми предшественниками экологических. Разрабатываться проекты энергоэффективных домов начали во множестве после известного энергетического кризиса начала 70 - х годов. Столкнувшись с нарастающей угрозой глобального изменения климата, истощением природных ресурсов и коллапсом мировой экосистемы, в настоящий момент мировая строительная индустрия находится на этапе беспрецедентной проверки на прочность. Дело в том, что здания всего мира используют около 40% всей потребляемой первичной энергии, 67% всего электричества, 40% всего сырья и 14% всех запасов питьевой воды, а также производят 35% всех выбросов углекислого газа и чуть ли не половину всех твердых городских отходов.

В связи с этим, на мировом уровне появилось понятие «зеленое» строительство или по-другому экологическое, которое направлено на снижение уровня потребления энергетических и материальных ресурсов, а так же на сокращение пагубного воздействия строительной деятельности на здоровье человека и окружающую среду

Понятие «зеленое строительство» включает совокупность мер, ориентированных на снижение уровня потребления природных ресурсов при проектировании, строительстве, эксплуатации новых зданий и реконструкции ветхих, мер, направленных на повышение комфорта внутренней среды зданий. Эко - строительство представляет собой многосложный комплексный подход ко всему строительному и проектному процессу. Чтобы строительство по праву можно было назвать «зеленым», должны соблюдаться определенные стандарты и нормы на каждом из его этапов. Для адекватной оценки соблюдения этих принципов при реализации проектов в сфере недвижимости на Западе были разработаны особые рыночные инструменты - добровольные системы сертификации зданий, которых в настоящий момент в мире насчитывается около десятка. Например, система BREEAM, разработанная британским институтом BreGlobal и система LEED, развиваемая Американским Советом по экологическому строительству.

Несмотря на то что энергоэффективность далеко не исчерпывает всех сторон экологического дома, она является одним из главных свойств экологического дома и степень его энергоэффективности является одной из главных его характеристик. Успешные проекты энергоэффективных домов являются хорошей основой для конструирования экологических домов.

Что касается России, то процесс внедрения принципов экоустойчивого проектирования и строительства в архитектурно-строительную практику сопровождается большими сложностями. Рынок, не привыкший заботиться об окружающей среде, с недоверием относится к «зеленым» инициативам и нуждается в компаниях, которые сделали бы подобные проекты привычными. Пока же «зеленые» здания, построенные в нашей стране, можно на пальцах пересчитать.

С другой стороны, нельзя не отметить некоторые положительные тенденции. Многие соотечественники, которых раньше мало беспокоило состояние окружающей среды, теперь поменяли свою позицию. Произошли некоторые сдвиги в области законодательства - вышел закон об энергосбережении и соответствующие подзаконные акты. Заметно возрос интерес к «зеленым» проектам на государственном уровне. И обусловлен он не только экономическими мотивами, но и вопросами международного престижа. Так, олимпийское строительство стало площадкой для освоения эко-технологий. Проводятся многочисленные конференции, выходят публикации, идет общественная дискуссия о разработке и внедрении в России собственных стандартов экологической сертификации зданий или адаптации одного из известных западных образцов.

Зеленое строительство в своей практике в РФ делает упор на энергоэффективное здание. Энергоэффективное здание - это такое, в котором за счет реализации совокупности функционально-планировочных, конструктивных и инженерных решений, использования возобновляемых источников энергии, энергоресурсов затрачивается меньше принятых нормативных стандартов при одновременном обеспечении необходимого уровня экологической и санитарно-эпидемиологической безопасности.

На данный момент самым актуальным является вопрос, связанный с потреблением энергии жилыми и общественными зданиями. Основная задача сегодня -- возведение новых утепленных построек, которые позволят экономить энергетические ресурсы, а также реконструкция старого жилищного фонда при помощи современных энергосберегающих материалов.

Цель данной работы - проанализировать современные способы повышения энергетической эффективности строительных сооружений.



1. Основные пути повышения энергетической эффективности строительных сооружений

Энергия на протяжении всей истории являлась важнейшим ресурсом, необходимым любому обществу. Она является одной из основных потребностей человека, предоставляющей возможность для отопления и освещения домов, приготовления пищи. Кроме того энергия необходима для промышленности, транспорта и связи. Среди всех отраслей производства, энергетическое лидирует по степени вредного воздействия на окружающую среду. При рассмотрении экологических проблем любого города, любой промышленного района, всегда приходится сталкиваться, как с одним из главных, с букетом экологических проблем порожденных производством энергии. Экологический ущерб от энергетики как правило носит комплексный характер, загрязняются воздух, вода, почвы, отчуждаются под шахты, электростанции, отвалы и терриконы большие территории. С энергетикой связаны такие глобальные экологические проблемы как проблема кислотных дождей, потепления климата, озоновых дыр. Очевидно, что кардинальный путь решения экологических проблем энергетики состоит в сокращении производства и потребления энергии. Расчеты показывают, что по крайней мере в жилищном секторе можно обходиться многократно меньшим количеством энергии без ухудшения условий жизни.

Первоначально на этом пути возникли программы экономии энергии, позднее стали говорить об энергоэффективности. Второй термин значительно шире, он подразумевает не только ликвидацию лишних трат энергии, но и повышение коэффициента полезного использования энергии во всех энергетических процессах. Энергоэффективность -- эффективное (рациональное) использование энергетических ресурсов, т.е. использование меньшего количества энергии (электричества и тепла) для обеспечения того же уровня энергетического обеспечения зданий или технологических процессов на производстве. строительство экоустойчивый энергетический

Повысить энергетическую эффективность зданий можно за счет действий в нескольких направлениях: снижая удельный расход энергии на отопление, сокращая использование электроэнергии и выбирая более эффективные системы теплоснабжения.



2. Снижение величины удельного расхода тепловой энергии на отопление

Снижение величины удельного расхода тепловой энергии на отопление возможно за счет:

a) улучшение теплотехнических характеристик здания;

b) повышение эффективности авторегулирования подачи тепла в системе отопления;

c) снижение энергетических затрат на нагревание вентиляционного и инфильтрационного воздуха.

2.1 Улучшение теплотехнических характеристик здания

Для улучшения теплотехнических характеристик здания необходимо увеличивать приведенное сопротивление теплопередаче наружных ограждающих конструкций по отношению к базовому уровню.

Поскольку наибольшее количество теплоты здание теряет через окна, следовательно, при заполнении оконных проемов необходимо использовать энергоэффективные окна с высоким приведенным сопротивлением теплопередаче. Распространенные сегодня пластиковые окна состоят из двух основных элементов: профилей и стеклопакета. Именно эти составляющие определяют значение сопротивления теплопередаче всей оконной конструкции. На сегодняшний день большая часть предприятий, занимающихся изготовлением пластиковых окон, использует трехкамерный профиль и двухкамерный стеклопакет. Сопротивление теплопередаче такой оконной конструкции составляет около 0,51 °С?м2/Вт. Применение эффективных пятикамерных профилей со стальным армированием и стеклопакетов со специальным серебряным теплосберегающим покрытием позволяет увеличить коэффициент сопротивления теплопередаче таких окон до 1 м2??С/Вт. Эффект применения энергосберегающих окон заключается в отражении длинноволновых тепловых лучей в сторону их излучателя (то есть зимой в сторону квартиры, где работают отопительные приборы, а летом в сторону улицы, где находятся нагретые солнцем камни, асфальт и т.д.), что значительно снижает расходы на отопление зимой и на кондиционирование летом.

Вопросы энергосбережения особенно остро встают в связи с необходимостью обеспечения освещением: естественным освещением - отдельных помещении в зданиях, искусственным наружным освещением - территорий городов и поселений. Естественный свет является одним из ключевых биологических факторов, от которого зависят здоровье, психическое и эмоциональное состояние людей, их производительность труда, он способствует нормальному обмену веществ в организме, влияет на иммунитет. Для обеспечения естественным освещением жилья на европейской территории России остекление должно быть двухслойным. Вместе с тем, с точки зрения норм теплозащиты зданий экономия энергии требует применения трехслойного остекления, стекол с низкоэмиссионным покрытием, что, в свою очередь, снижает светотехнические свойства окон.

Всемерное утепление привело к абсолютной герметизации окон, но системы вентиляции жилых многоквартирных домов до сих пор формируются по обычному принципу - с расчетом на приток воздуха через щели в окнах. В большинстве случаев современного строительства это приводит к нарушению микроклимата, даже если обеспечивается отток воздуха, то нет его притока. Чтобы решить проблему с «энергоэффективными окнами», прибегают к устройству вентиляционных клапанов, на изготовление и монтаж которых требуются дополнительные затраты. Возникает опять парадоксальная ситуация: вначале тратится энергия на создание до предела герметичных окон, а затем в них же - для разгерметизации - вставляют дополнительные устройства.

Поэтому важно продумывать системы принудительной вентиляции, желательно по принципу рекуперации тепла (см. п. 2.3) на этапе проектирования остекления нового или реконструируемого здания.

Также улучшить теплотехнические показатели здания в целом можно путем увеличения приведенного сопротивления теплопередаче наружных стен, перекрытий над не отапливаемыми подвалами, перекрытий теплых чердаков и покрытий, применяя различные эффективные утеплители.

Высокие значения термического сопротивления не могут быть получены с использованием традиционных конструктивных решений и строительных материалов (кирпича, бетона и др.) без применения эффективных утеплителей. Требуемый уровень теплозащиты зданий достигается применением многослойных строительных конструкций с использованием эффективных утеплителей.

Сегодня без преувеличения можно утверждать, что решающая роль в решении проблемы энергосбережения в строительном секторе экономики принадлежит современным высокоэффективным теплоизоляционным материалам.

Современная индустрия предлагает широкий спектр теплоизоляционных материалов, характеризующихся различным назначением и различными техническими и качественными характеристиками.

Преобладающими видами ТИМ являются стекловолокно и каменная вата, их доля составляет, соответственно, 38 и 37%. Значительная доля (около 22%) принадлежит пенополистиролу, в т.ч. экструзионному (5,3%).

Избыточные теплопотери нередко связаны с качеством проведения строительных работ:

1) Так, при выполнении утепления зданий с холодным чердаком или вентилируемым совмещенным с кровлей перекрытием продухи закрываются утеплителем или облицовкой, что приводит к нарушению температурно-влажностного режима и образованию инея и конденсата на кровельных плитах и стенах чердака в зимний период, а также к появлению протечек в квартирах верхнего этажа.

2) Отсутствие герметичности верхней плоскости утеплителя (в уровне кровли), особенно в местах прохождения кабелей слаботочных устройств и стыков металлических элементов покрытия, приводит к его намоканию и потере теплозащитных свойств.

Для устранения вышеуказанных дефектов целесообразно разработать технические решения по конструкциям крепления растяжек, прокладке трубопроводов и кабелей по фасаду, установке номерных знаков, флагодержателей и лесов для ремонта фасадов, вводу кабелей слаботочных устройств в чердачное помещение и т. д.

Важно использовать эффективные объемно-планировочные решения при проектировании новых или реконструируемых зданий. Имеется огромное количество публикаций и фундаментальных трудов, которые анализируют влияние объемно-планировочных решений на потери тепла через оболочки зданий. У всех у них - общий смысл: чем больше площадь ограждающих конструкций, тем больше потерь тепла. Нетрудно представить конфигурацию в плане трех отдельно стоящих точечных многоэтажных одноподъездных домов-«свечек», а затем мысленно соединить их в один трехсекционный дом. Площадь ограждающих конструкций при таком же количестве квартир во втором варианте будет меньше. В последнее время строительство жилых домов-«свечек» не очень распространено, более часто встречаются многосекционные здания, у которых, правда, есть общая проблема - температурный деформационный шов. Некачественная заделка деформационного шва, разделяющего здание на энергетические модули, приводит к промерзанию стен в примыкающих к нему комнатах.

Ошибкой архитектурного проектирования является и появление домов-«радиаторов». Приборы водяного отопления, масляные радиаторы и иные подобные устройства в основном имеют большое количество ребер, что позволяет намеренно увеличивать площадь теплоотдающей поверхности. Проектируемые дома-«радиаторы» с неоправданным архитектурно-стилевыми задачами применением лоджий, консольных выступов с мостиками холода и другими элементами так же, как и нагревательные приборы, способствуют максимальной отдаче энергии, отапливая улицу. Этот фактор особенно проявляется в климатических условиях России, где низкие температуры сочетаются с большими значениями скорости ветра.

2.2 Повышение эффективности авторегулирования подачи тепла в системе отопления

Какова же должна быть система авторегулирования подачи тепла на отопление, особенно при реконструкции систем сложившегося жилого фонда? Механическое перенесение опыта Западной Европы оборудования каждого отопительного прибора термостатами не является оптимальным решением. Во-первых, наши вертикально-однотрубные системы отопления построены по проточной схеме и, устанавливая термостат, следует выполнять ещё и перемычку, пропускающую теплоноситель помимо прибора. Известно, что в системе отопления с замыкающими участками для обеспечения равной теплоотдачи первых по ходу воды нагревательных приборов их поверхность нагрева должна быть больше, то есть при реконструкции системы в этих помещениях может быть недогрев.

Далее следует иметь в виду, что нельзя устанавливать термостаты только на части системы, необходимо оборудовать ими все отопительные приборы. Затем регулируемой частью остается только отопительный прибор, стояки и подводки к прибору продолжают отапливать помещения, а при принятых у нас расчетных параметрах теплоносителя 105-70 или 95-70 oС их теплоотдача достигает 40% и более. В Германии, например, для исключения этого переходят на расчетные параметры 70-50 oС и кроме того выполняют изоляцию стояков. Мы же рассматриваем стояки как дешевый отопительный прибор.

И, наконец, если система отопления с термостатами подключается к тепловой сети через элеватор, то сокращение расхода воды, циркулирующей в системе отопления, под действием закрывающихся термостатов не приводит к снижению расхода воды, поступающей в элеватор из тепловой сети. В результате будет расти температура обратной воды из отопления, а сокращение подмеса вызовет ещё большее увеличение температуры воды, поступающей в систему отопления.

Поэтому в таких системах обязательны замена элеватора с регулируемым соплом на циркуляционный насос с системой автоматического поддержания заданного графика температуры воды в отоплении в зависимости от изменения наружной температуры. Считается, что большая часть экономии тепловой энергии от применения систем отопления с термостатами достигается за счет авторегулирования в тепловом пункте. Термостаты же повышают комфортность, снимают перегрев от солнечной радиации в пределах теплоотдачи отопительного прибора и могут удовлетворить желание жильцов по снижению теплосъема с отопительного прибора при наличии теплораспределителя, о котором было сказано выше. При отсутствии теплораспределителя возможно даже увеличение теплопотребления, так как ничто не мешает жильцу жить с открытой форточкой и раскрытым термостатом.

Альтернативой западной системе отопления с термостатами и теплораспределителями может быть система отопления с пофасадным авторегулированием подачи тепла. Реализация пофасадного регулирования в существующих многосекционных зданиях не представляет большой трудности. При этом главный стояк системы одной секции используется для системы отопления одного фасада, а главный стояк второй секции - для системы отопления другого фасада. На чердаке и в подвале прокладывают по две перемычки, объединяющие фасадные ветки обеих секционных систем отопления в раздельные пофасадные системы. Для бесчердачных зданий поступают еще проще - перемычки прокладывают только в подвале. Тепловой пункт преобразуется примерно по той же схеме, как для системы отопления с термостатами, но раздельно для каждой пофасадной системы.

Интегратором воздействия солнца и ветра служит внутренняя температура воздуха, для поддержания которой и предназначена система отопления. Либо она измеряется в контрольных помещениях (для достоверности значений необходимо до 24 таких помещений), либо установлена возможность принятия за аналог температуры воздуха в сборных каналах вытяжной вентиляции из кухонь квартир. Тогда для зданий выше 12 этажей достаточно двух измерений на одном фасаде. Учитывая дополнительные тепловыделения в кухнях при приготовлении пищи, экспериментально установлено, что задаваемая в регуляторе температура внутреннего воздуха увеличивается примерно на 1 oС по сравнению с требуемой в рабочей зоне.

Однако регулирование только по отклонению внутренней температуры может привести к перерасходу тепла - при отоплении с открытыми форточками. Поэтому более оптимальным является комбинированный метод регулирования - поддержание заданного графика изменения температуры теплоносителя в системе отопления в зависимости от наружной температуры (лимитирование подачи тепла) с коррекцией графика при отклонении измеренной внутренней температуры от заданной (обратная связь для самонастраивания).

Степень коррекции графика должна быть разной. Так, снижение внутренней температуры происходит в результате действия ветра, которое может потребовать увеличения теплоотдачи системы на 10-20% теплопроизводительности в расчетных условиях. При этом важно исключить повышение теплоотдачи в результате некоторого снижения внутренней температуры, происходящего при проветривании квартир. Поэтому увеличение теплоотдачи в пределах до 20% необходимо ограничить снижением температуры внутреннего воздуха с 21 oС (задается для поддержания регулятору) до 20 oС.

Повышение температуры внутреннего воздуха происходит в результате солнечной радиации, максимальное значение привлеченного тепла от которой достигает 50% расчетной теплопроизводительности системы отопления. Важно, чтобы отработка этого возмущения происходила при небольшом повышении температуры внутреннего воздуха, для того чтобы избежать проветривания квартир, к которому будет побуждать повышение температуры воздуха. Поэтому степень коррекции графика на повышение температуры должна быть значительно выше, чем на понижение.

Описанная система структурно является двухконтурной, что дополнительно повышает динамическую устойчивость и точность регулирования. Первый контур, регулирующий расход тепла в зависимости от температуры наружного воздуха, является малоинерционным, что позволяет осуществлять регулирование без статической ошибки по И- или ПИ-закону. Второй контур, включающий инерционные элементы (помещение), работает по пропорциональному закону, наиболее приемлемому при наличии большой инерции объекта регулирования.

Опыт осуществления такой системы на ряде зданий Москвы показал, что при наружной температуре минус 5-7 oС система отопления освещенного солнцем фасада выключается полностью не только на период действия солнечной радиации, но, как минимум, на такое же время и после ухода солнца за счет отдачи тепла, аккумулированного мебелью и внутренними ограждениями. В то же время практически всегда имелись одна-две квартиры, жильцы которых высказывали жалобы, порой необоснованные. Жаловались на низкую температуру отопительных приборов, хотя температура воздуха была в норме. В этом недостаток принудительного регулирования.

В зданиях типа "башня", где невозможно произвести разделение системы отопления на фасадные, сохраняется тот же комбинированный метод регулирования - с коррекцией графика температуры теплоносителя по отклонению температуры внутреннего воздуха. Это повысит эффективность авторегулирования и позволит выйти на требуемый режим подачи тепла даже при несоответствии теплоотдачи запроектированной системы отопления фактическим теплопотерям здания, что нередко соответствует действительности.

Из вышесказанного не следует, что мы отрицаем возможность применения системы отопления с термостатами для жилых зданий в наших условиях. Просто во всем мире, как и у нас теперь, существует элитное и муниципальное жилье, и жить следует по средствам. Внедрение пофасадного авторегулирования окупается за 1,5-2 года, а индивидуального - путем установки термостатов с термораспределителями на отопительных приборах - за 10-15 лет. Поэтому в наших условиях установку термостатов в жилых зданиях следует рассматривать как мероприятие, повышающее комфортность проживания.

В новом строительстве более перспективным представляется осуществление поквартирных горизонтальных систем отопления, подключаемых к двухтрубным стоякам, проходящим по лестничной клетке. Квартирные системы могут быть с ручным или автоматическим регулированием теплоотдачи отопительных приборов и водосчетчиком, по показаниям которого распределялся бы замеренный в тепловом пункте здания расход тепловой энергии на дом (не исключается, что при желании жилец может поставить и теплосчетчик).

Итак, основным направлением энергосбережения в жилом фонде города, обеспечивающим быструю отдачу капиталовложений, следует считать внедрение в индивидуальных тепловых пунктах зданий автоматического регулирования подачи тепла на отопление (где имеется возможность пофасадного) в сочетании с оборудованием этих пунктов теплосчетчиками. Ещё больший эффект достигается при обеспечении возможности жильцам самим воздействовать на потребление тепла и воды, для чего следует устанавливать квартирные водосчетчики на холодную и горячую воду и переходить на поквартирные системы отопления также с индивидуальным измерением потребляемого теплоносителя. Но эти решения не исключают, как и в системе электроснабжения, установку домовых тепло- и водосчетчиков и узлов приготовления горячей воды и теплоносителя, циркулирующего в системе отопления, требуемых параметров в тепловых пунктах зданий.

Эффективность авторегулирования подачи тепла в системе отопления учитывается при расчете удельного расхода тепловой энергии на отопление здания соответствующим коэффициентом ж, который принимает значения:

- 1,0 в однотрубной системе с термостатами и с пофасадным авторегулированием на вводе или поквартирной горизонтальной разводкой;

- 0,95 в двухтрубной системе отопления с термостатами и с центральным авторегулированием на вводе;

- 0,9 в однотрубной системе с термостатами и с центральным авторегулированием на вводе или в однотрубной системе без термостатов и с пофасадным авторегулированием на вводе, а также в двухтрубной системе отопления с термостатами и без авторегулирования на вводе;

- 0,85 в однотрубной системе отопления с термостатами и без авторегулирования на вводе;

- 0,7 в системе без термостатов и с центральным авторегулированием на вводе с коррекцией по температуре внутреннего воздуха;

- 0,5 в системе без термостатов и без авторегулирования на вводе с центральным регулированием в ЦТП или котельной.

Таким образом, максимальное повышение эффективности авторегулирования подачи тепла в системе отопления достигается с помощью пофасадного авторегулирования на вводе или поквартирной горизонтальной разводкой.

В этом случае при расчете удельного расхода тепловой энергии на отопление здания используется коэффициент эффективности авторегулирования подачи теплоты в системах отопления равный 1.



2.3 Снижение энергетических затрат на нагревание вентиляционного и инфильтрационного воздуха

Снижение потребности энергетических затрат на нагревание вентиляционного и инфильтрационного воздуха является одной из основных проблем, возникающих на пути понижения удельного расхода тепловой энергии на отопление зданий, поскольку известно, что примерно 60 % установленной тепловой мощности системы составляет потребность в теплоте на нагревание вентиляционного и инфильтрационного воздуха. Энергосбережение было бы наиболее эффективным, если бы вентиляция могла работать с переменным расходом воздуха. Организовать такое регулирование при естественной вентиляции практически невозможно. Кроме этой составляющей энергозатрат, с помощью механической вентиляции можно экономить за счет нагрева приточного воздуха вытяжным. Но для этого механической должна быть не только вытяжная, но и приточная вентиляция.

Поквартирная (индивидуальная) рекуперация тепла (от лат. recuperatio -- обратное получение) -- энергосберегающая технология, применяемая в современных жилых домах, основанная на принципе повторного использования тепла удаляемого отработанного воздуха квартиры для подогрева свежего приточного воздуха, эта технология широко применяется в энергосберегающих домах и позволяет значительно сократить затраты энергии на отопление

Поквартирная рекуперация тепла осуществляется с помощью механической приточно-вытяжной вентиляционной установки с рекуператором, которая путем теплообмена между приточным и вытяжным потоками воздуха обеспечивает сохранение тепла, затраченного на подогрев приточного воздуха.

При поквартирной системе приточно-вытяжная установка с рекуперацией тепла устанавливается в каждой квартире, позволяя настраивать необходимые параметры воздухообмена и температуры приточного воздуха индивидуально в каждой квартире, независимо от других квартир.

Принцип действия индивидуальной приточно-вытяжной установки для поквартирной рекуперации: свежий воздух поступает через приточную решетку на фасаде здания, проходит по сети теплоизолированных воздуховодов до приточно-вытяжной вентиляционной установки с рекуперацией, в ней воздух фильтруется и поступает в рекуператор, в рекуператоре происходит теплообмен холодного свежего воздуха с улицы и теплого отработанного воздуха, собранного из кладовых, санузлов и кухни. После теплообмена уже охлажденный отработанный воздух выводится в теплоизолированном воздуховоде на кровлю здания.

Система поквартирной вентиляции с рекуперацией тепла полностью обновляет весь объём воздуха в квартире каждые два часа, поэтому воздух в помещении остается постоянно свежим, очищенным от загрязнений и вредных выделений материалов.

Приточный воздух подается в помещения уже подогретым до комфортной температуры, что исключает появление сквозняков и благоприятно сказывается на уровне комфорта квартиры.

Подводя итог вышесказанному, расчетная величина удельного расхода тепловой энергии на отопление здания может быть снижена за счет:

1) изменения объемно-планировочных решений, обеспечивающих наименьшую площадь наружных ограждений, уменьшения числа наружных углов, увеличения ширины зданий, а также использования ориентации и рациональной компоновки многосекционных зданий;

2) снижения площади световых проемов жилых зданий до минимально необходимой по требованиям естественной освещенности;

3) блокирования зданий с обеспечением надежного примыкания соседних зданий;

4) возможности размещения зданий с меридиональной или близкой к ней ориентацией продольного фасада;

5) использования эффективных теплоизоляционных материалов и рационального расположения их в ограждающих конструкциях, обеспечивающего более высокую теплотехническую однородность и эксплуатационную надежность наружных ограждений, а также повышения степени уплотнения стыков и притворов открывающихся элементов наружных ограждений;

6) повышения эффективности авторегулирования систем обеспечения микроклимата, применения эффективных видов отопительных приборов и более рационального их расположения;

7) размещения отопительных приборов, как правило, под светопроемами и теплоотражательной теплоизоляции между ними и наружной стеной;

8) утилизации теплоты удаляемого внутреннего воздуха и поступающей в помещение солнечной радиации.



3. Сокращение использование электроэнергии

3.1 Оптимизация электро-потребления на освящение

Наиболее распространенным методом экономии электроэнергии является оптимизация потребления электричества на освещение. Освещение помещений складывается из искусственного и естественного. Для обеспечения максимального использования естественного освещения рекомендуется использовать светлые оттенки и зеркала в дизайне помещения, повышение прозрачности окон, использование материалов с высокой отражающей способностью.

Важной задачей для достижения экономии электроэнергии в помещениях является правильное расположение источников света и их использование, а также грамотный выбор светильников. В настоящее время существует множество типов энергосберегающих светильников для квартир, коммунального хозяйства, а также производственных помещений. Это всевозможные люминесцентные, галогенные и светодиодные лампы, современные светильники с функцией регулирования уровня освещенности, которым не требуют больших затрат электроэнергии и обладают повышенной светоотдачей.

Ещё одним способом уменьшения потребления электроэнергии является применение устройств управления освещением. К ним относятся датчики движения, акустические датчики (микрофоны), таймеры, датчики освещенности.

Огромное количество электроэнергии тратится на наружное освещение. Поэтому, замена устаревших приборов на энергосберегающее освещение способно снизить потребление электричества в десятки раз. Солнечные батареи наружного освещения являются лучшим вариантом для экономии потребления электроэнергии. Ещё одним способом существенно повысить экономию электроэнергии является внедрение автоматизированной система диспетчерского управления наружным освещением.

3.2 Оптимизация использования электроприборов

Электробытовые, электрообогревательные приборы, компьютеры, телевизоры и другие электротехнические приборы тоже могут помочь добиться экономии электроэнергии:

§ при выборе следует подбирать приборы и электротехнику с оптимальной мощностью;

§ для отключения офисной и бытовой техники следует всегда вынимать штекер из розетки, т.к. большинство приборов продолжает расходовать 60-80% электроэнергии даже находясь в режиме ожидания. Можно подключить их все к сетевому фильтру. В проекте нового или реконструируемого энергоэффективного здания могут использоваться специальные устройства, отключающие электроэнергию в пустующей помещении/квартире. Спектр таких устройств достаточно широк: инфракрасные датчики, электромагнитные ключи, брелоки, которые необходимо вставить в специальный разъем около входной двери, чтобы в помещение начало подаваться электричество.

§ при выборе электротехники следует обращать внимание на энергопотребление приборов, следует приобретать бытовую технику классов А - А+++ и В, С, так как такая техника менее энергоемкая и в большинстве случаев имеет экономичный режим работы.

§ следует активнее применять бытовые приборы, работающие на встроенных солнечных батареях или с низким потреблением электроэнергии (калькуляторы, часы и т.д.)

§ заменить устройства с трансформаторными блоками питания на аналоги с импульсными блоками питания;

§ следует использовать приборы с возможностью регулирования (автоматического включения и отключения, снижения мощности в зависимости от необходимости, временных таймеров).

Большое значение имеет внедрение мероприятий по снижению потери в электросетях. Потери в электросетях -- один из важнейших экономичности их работы. Одними из таких мероприятий являются:

§ внедрение регулируемых компенсирующих устройств для оптимизации потоков мощности и снижения недопустимых или опасных уровней напряжения в узлах сетей;

§ повышение пропускной способности существующих линий электропередач;

§ строительство новых современных линий электропередач с использованием современных энергосберегающих материалов;

§ разработка и внедрение нового, более экономичного, электрооборудования;

§ применение энергосберегающих устройств;

§ автоматизация электрических сетей.



4. Выбор более эффективных систем теплоснабжения

Также повышение энергетической эффективности зданий достигается с помощью выбора более эффективных систем теплоснабжения.

Трубопроводы централизованных тепловых сетей прокладываются в подземных проходных и непроходных каналах - 84%, бесканальная подземная прокладка - 6% и надземная (на эстакадах) - 10%. В среднем по стране свыше 12% тепловых сетей периодически или постоянно затапливаются грунтовыми или поверхностными водами, в отдельных городах эта цифра может достигать 70% теплотрасс. Неудовлетворительное состояние тепловой и гидравлической изоляции трубопроводов, износ и низкое качество монтажа и эксплуатации оборудования тепловых сетей отражается статистическими данными по аварийности. Так, 90% аварийных отказов приходится на подающие и 10% - на обратные трубопроводы, из них 65% аварий происходит из-за наружной коррозии и 15% - из-за дефектов монтажа (преимущественно разрывов сварных швов). На этом фоне всё увереннее позиции децентрализованного теплоснабжения.

В соответствии со СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» подключение здания к автономной крышной или модульной котельной на газе, а также выбор прочих более эффективных систем теплоснабжения позволяет увеличить нормируемый удельный расход тепловой энергии на отопление.

4.1 Подключение здания к автономной крышной или модульной котельной на газе

Использование децентрализации позволяет лучше адаптировать систему теплоснабжения к условиям потребления теплоты конкретного, обслуживаемого ей объекта, а отсутствие внешних распределительных сетей практически исключает непроизводственные потери теплоты при транспорте теплоносителя. Повышенный интерес к автономным источникам теплоты (и системам) в последние годы в значительной степени обусловлен финансовым состоянием и инвестиционно-кредитной политикой в стране, так как строительство централизованной системы теплоснабжения требует от инвестора значительных единовременных капитальных вложений в источник, тепловые сети и внутренние системы здания, причем с неопределенными сроком окупаемости или практически на безвозвратной основе. При децентрализации возможно достичь не только снижения капитальных вложений за счет отсутствия тепловых сетей, но и переложить расходы на стоимость жилья (т.е. на потребителя). Именно этот фактор в последнее время и обусловил повышенный интерес к децентрализованным системам теплоснабжения для объектов нового строительства жилья. Организация автономного теплоснабжения позволяет осуществить реконструкцию объектов в городских районах старой и плотной застройки при отсутствии свободных мощностей в централизованных системах. Децентрализация на современном уровне, базирующаяся на высокоэффективных теплогенераторах последних поколений (включая конденсационные котлы), с использованием энергосберегающих систем автоматического управления позволяет в полной мере удовлетворить запросы самого требовательного потребителя.

Крышные котельные для многоквартирных домов - это современное разрешение проблемы для проектирования автономного отопления без присоединения к централизованной газовой магистрали. Ведь современное строительство зданий требует иногда таких норм, которые невозможно воплотить в жизнь. Теплопотери, благодаря такому проектированию отопления для многоквартирных домов, имеют низкий показатель, поэтому установление крышной котельной - это даже норма экономного варианта.

Нужно учесть особые нормы, меры предостережения и эксплуатации, чтобы крышная котельная работала долго и хорошо:

- Нужно проверить приточно-вытяжные клапаны и их нормы, так как благодаря нормам приточно-вытяжных клапанов вентилируется котельная.

- Нужно установить датчики, проектирование которых контролирует процесс работы газового устройства и которые срабатывают непосредственно при самых легких возгораниях. Эти нормы нужны для того, чтобы не случилось пожара или взрыва. Желательно, чтобы при проектировании крышных установок была установлена функция (норма), которая автоматически гасит первые признаки пожара.

- Необходимо также установить газоизолирующий фланец, который способен отключить всю систему при первых признаках пожара.

- На крышах многоэтажных домов нужно обязательно установить проектирование сигнализации, которое показывает и передает световые и звуковые сигналы при пожаре.

- Норма высоты дымовой трубы должна быть гораздо выше, чем высота крышной котельной. Минимальная разница - 2 м. Каждый газовый котел на доме должен иметь по отдельному дымоотводу, но обязательно, чтобы они были одинаковой высоты. Какое будет расстояние между ними - не имеет значение.

- Крышные газовые агрегаты должны работать от отдельного электричества, то есть иметь отдельную ветку электросети. Напряжение в доме может быть разным, поэтому не стоит рисковать с электричеством, так как из-за сбоя электросети в доме могут появиться проблемы в работе всей отопительной системы. В качестве автономного источника питания электроэнергией может подойти дизельный генератор.

- Устанавливать данное оборудование сразу над квартирами в домах нельзя. Наличие технического этажа - обязательное условие для установки крышной котельной. Пол, на котором будут стоять крышные газовые агрегаты, должен быть сделан из железно-бетонных плит.

- Не стоит забывать, что это оборудование для отопления издает очень много шума, поэтому для того, что иметь возможность устанавливать крышные котельные в многоэтажных домах, требуется осуществить специальные требования согласно нормам звукоизоляции в помещениях.

- В котельной должны быть окна и двери, которые ведут непосредственно на крышу. Наличие отдельного лифта обязательно, так как он будет использоваться только для пожарных. Нужно также сделать проектирование служебного выхода. Котельная должна освещаться согласно нормам (0, 03 кв. м/1 мі).

- Про обслуживающий персонал также забывать не стоит - для него должен быть при проектировании отдельный безопасный выход.

После проектирования и установки газовой крышной котельной необходимо за ней смотреть, то есть делать сервисное обслуживание. С этим может справиться и обслуживающий персонал. Но также не нужно забывать о представителях газовой службы. Они должны обязательно проверять данное оборудование раз в год хотя бы.

Автономные модульные газовые котельные способны качественно обогревать как отдельное промышленное или жилое здание, так и целый коттеджный поселок. Это оборудование широко используется на всей территории России. Котельные, работающие на природном или сжиженном газе, отличаются простой конструкцией, благодаря чему сборка и подключение модулей к центральной магистрали производится за несколько дней.

Модульные котельные на газе поставляются в удобном для быстрого монтажа виде. Для установки конструкции понадобится подготовить ровное основание. Это может быть бетонная подушка толщиной не менее 15 см, качественное асфальтовое покрытие либо плиты ЖБИ.

Модули и коммуникации формируются в единую систему посредством резьбовых соединений. При необходимости увеличения мощности в систему добавляется определенное количество блоков. В базовую комплектацию оборудования входят следующие агрегаты:

- Нагревательное и нагнетательное оборудование (котел и насосы);

- Приборы автоматики;

- Датчики;

- Система дымоудаления;

- Фланцы;

- Трубы для создания газопроводной магистрали;

- Вентиляционная установка.

БМК не требуют для установки отдельного помещения. Стены конструкции выполнены из утепленных плит (чаще всего из сэндвич панелей). Блоки собираются в монолитное, отдельно стоящее небольшое здание, которое выполняет функцию котельной.

4.2 Выбор прочих эффективных систем теплоснабжения

В более южных районах России можно использовать 2.2 системы теплоснабжения от возобновляемых источников энергии и реализовать концепцию энергопассивного дома.

К возобновляемым источникам энергии, многие из которых имеются практически повсеместно и в разных масштабах используются в современном строительстве, относятся:

- энергия солнца (тепловая и световая составляющие солнечной радиации - основной первоисточник);

- геотермальная (тепло верхних слоев земной коры и массивных поверхностных форм рельефа - скал, камней и т.п.), гидротермальная (тепло грунтовых вод, открытых водоемов, горячих подземных источников) и аэротермальная энергия (тепло атмосферного воздуха) - "производные" от солнечной энергии и энергии земного ядра;

- кинетическая энергия воздушных потоков (энергия ветра - "вторая производная" от солнечной энергии);

- кинетическая энергия водных потоков (энергия водопадов и морских приливов - "производные" от гравитационных сил Земли и Луны);

- энергия биомассы (растительности, органических отходов промышленных и сельскохозяйственных производств, а также жизнедеятельности животных и людей - результат биоконверсии солнечной энергии);

Например, ветровые энергетические ресурсы континентов, которые могут быть когда-либо использованы (с учетом неизбежных потерь), оцениваются сегодня в 40 ТВт, при этом современное энергопотребление человечества составляет около 10 Твт. Биомасса уже сегодня обеспечивает до 13% мирового производства энергии. Однако, природные энергетические ресурсы распределены весьма неравномерно, что выражается существенными отличиями природно-климатических условий, даже в границах одного климатического района. Поэтому, в каждом конкретном случае экономическая эффективность, т.е. предпочтительность использования того или иного природного источника энергии определяется местными условиями и критериями: наличием источника в районе строительства, его мощностью (величиной возможных энергопоступлений) и размерами затрат, необходимых для технического обеспечения эксплуатации источника в данном регионе. Системы энергоснабжения зданий и населенных мест, использующие энергию природной среды, часто оказываются экономически эффективнее традиционных не только вследствие значительного снижения потребления обычных дорогостоящих топливных ресурсов, но и как более дешевые в строительстве (монтаже и эксплуатации, например, в условиях вечномерзлых грунтов, слаборазвитой или недостаточно мощной имеющейся инженерной инфраструктуры (что особенно характерно для реконструируемых густонаселенных, а также вновь осваиваемых малонаселенных мест).

Оценивая возможность применения концепции энергопассивных домов в РФ необходимо отметить следующее. Обозначенный уровень энергопотребления - 15кВт-час/(м2 год) реализуется в регионах с количеством ГСОП -3400. В РФ к таким регионам относятся районы расположенные в ЮФО южнее городов Ростов на Дону (3523), Ставрополь (3209), Астрахань (3540), Элиста (3668) и др. В более северных районах энергопотребление таких зданий будет существенно выше. Технико-экономическая эффективность этих зданий в современных условиях определяется сравнительной стоимостью материалов и ТЭР, которые имеют конъюнктурный и изменяющийся во времени, преимущественно в сторону увеличения стоимости ТЭР, характер. Актуальность этой концепции для РФ возрастает в связи с увеличением доли малоэтажного и коттеджного строительства в общем объёме возводимых зданий. Уже сегодня в отечественной практике может быть использована значительная доля из предлагаемых в этом проекте технических решений, направленных на повышение энергоэффективности зданий.

Солнечная архитектура позволяет спроектировать дом как с пассивной, так и активной солнечной системой отопления. Пассивное солнечное отопление давно известно и заключается в использовании архитектурных, объемно-планировочных форм и элементов конструкции здания в качестве теплоприемников и аккумуляторов солнечной энергии. При этом весь дом как бы превращается в солнечный коллектор. Такие дома довольно широко распространены в южных странах. В России в советское время строили экспериментальные дома с остекленной крышей в Средней Азии и в Крыму.

Активная система солнечного отопления использует для обогрева и горячей воды воздушные и водяные солнечные коллекторы, которые могут устанавливаться на крыше и в стенах дома и парника или рядом с домом в отдельном здании или на специальном каркасе.

Главный элемент системы воздушного обогрева - солнечный коллектор. Его конструкция очень проста. Это плоский тонкий ящик, дно которого снаружи (снизу) теплоизолировано, а изнутри покрыто материалом с большим коэффициентом поглощения солнечной энергии (обычно это химически зачерненная окислами хрома или никеля, а, в простейшем случае, покрашенная черной краской поверхность). Сверху ящик закрыт стеклом или другим прозрачным материалом. Видимый свет (в том числе и рассеянный, поскольку в пасмурную погоду коллектор также действует, но с меньшим эффектом), проникая сквозь стекло, поглощается черной поверхностью, превращается в тепло и нагревает воздух в замкнутом объеме коллектора (парниковый эффект). В верхней части коллектора расположена трубка для выхода горячего воздуха, а в нижней - для входа холодного. Воздушные коллекторы просты и дешевы, производство их несложно, возможно даже самостоятельное изготовление. Поэтому, несмотря на низкий к.п.д., использование их весьма целесообразно.

Следует помнить о том, что большие застекленные площади с южной стороны позволяют получать тепло от солнечного излучения, однако летом они могут приводить к перегреву дома. Этого не случится, если в проекте предусмотрены затеняющие элементы, например навесы, выдвинутые за пределы контура здания. Они должны препятствовать проникновению лучей, когда солнце (летом) на- ходится высоко над горизонтом. Но они не должны являться барьером для лучей зимнего солнца, которое движется низко над горизонтом. Другое решение -- применение летом подвижных штор, например, роллет или маркиз. Хороший эффект дает также разумное использование территории возле дома -- естественное оформление территории и расположение насаждений. Лиственные деревья, посаженные с южной стороны, летом затенят застекленные проемы, а зимой, когда опадут листья, позволят получать тепло от солнечного излучения. С северной стороны лучше посадить растения, которые в течение всего года будут заслонять дом от ветра. С этой задачей хорошо справляются хвойные и плющи.

Тепловые насосы. Одним их приоритетных направлений развития альтернативной энергетики в мире является освоение низкопотенциальной энергии Земли (тепла грунта, грунтовых вод и поверхностных водоемов, аккумулированное в поверхностных слоях земной коры).

Низкопотенциальные геотермальные ресурсы (НГР) могут использоваться для обеспечения тепло- и хладоснабжения (кондиционирования), горячего водоснабжения зданий и сооружений всех типов, а также энергоснабжения технологических процессов. Технология их освоения заключается в использовании систем извлечения энергии, ее обработки и доставки теплоносителя к потребителю. Главным компонентом подобных систем являются геотермальные тепловые насосы (ГТН).

Геотермальные тепловые насосы представляют собой устройства, осуществляющие обратный термодинамический цикл, благодаря чему низкопотенциальная энергия переносится на более высокий уровень.

Помимо геотермального тепла, источником энергии для тепловых насосов может служить тепло сточных и оборотных вод, что позволяет параллельно решать проблему эксплуатации вторичных энергоносителей. Потенциально обширная территория, охватывающая 2/3 России, где возможно использование низкопотенциальной энергии с помощью тепловых насосов.

Биогазовые энергетические установки.

В процессе получения биогаза используется брожение биомассы животного и растительного происхождения в анаэробных (без поступления воздуха) условиях. Органические отходы при таких условиях выделяют смесь газов, в составе которой метан занимает более 50%, углекислый газ -- 35%, остальные 15% -- азот, сероводород и др. Помимо получения бесплатного горючего процесс переработки отходов позволяет производить в виде побочного продукта высококачественные биоудобрения
Теплотворная способность данной газовой смеси от 5000 до 8000 Ккал/м3, в зависимости от состава органических отходов.

Для выработки электричества и тепловой энергии из биогаза применяются когенерационные электростанции. Основное преимущество таких электростанций -- использование тепловой энергии, при обычных условиях уходящей в атмосферу с дымовыми газами. Позволяют значительно экономить топливо. Виды когенерационных электростанций: поршневые (более распространенные) и турбинные.

Преимущества биогазовых установок для дома:

- значительное уменьшение затрат на приобретение традиционных энергоносителей

- экономия на утилизации отходов

- увеличение урожая благодаря применению полученных биоудобрений

- экономия средств за счет использования биоудобрений вместо минеральных

- возможность экономии на утилизации отходов

- доход от продажи излишков биоудобрений

- улучшение экологической и санитарной обстановки благодаря переработке отходов животноводческой промышленности.

Для эффективного использования подобной установки необходим теплый климат, поэтому в России они не распространены широко. Для холодного климата применяются профессиональные биогазовые установки, построенные по специальной технологии.

Ветрогенераторы, как альтернативный источник энергии.

Индивидуальные ветроустановки малой мощности способны обеспечить автономного потребителя необходимым количеством электроэнергии. Мощность таких ветроустановок, как правило, не превышает 5-10 кВт. Средний диапазон скоростей ветра для выдачи мощности у таких ветрогенераторов находится в пределах 5-7 м/с. Срок службы устанавливаемых ветроустановок варьируется от 20 до 30 лет.

...