Как сделать водяную систему отопления экономичнее

Как сделать водяную систему отопления экономичнее

Позаботиться об экономичности и эффективности системы отопления не будет лишним даже тогда, когда ее проектировали и монтировали профессионалы. Для этого можно воспользоваться практическими рекомендациями, приведенными в рассматриваемом материале. Применяя любую из них, вполне реально сделать более экономичное отопление дома, нежели оно было до этого.

Котел – важное звено системы отопления

Начать следует, естественно, с источника тепла. Как бы грамотно не была спроектирована водяная система отопления, без эффективного котла добиться экономичности вряд ли получится. Чтобы правильно выбрать нагревательное оборудование, необходимо ориентироваться на несколько критериев:

  • Доступность того или иного вида топлива. К примеру, если есть возможность недорого купить дрова, то наиболее оптимальным вариантом в плане экономии будет современный твердотопливный котел.
  • Стоимость доступных энергоносителей. Если в регионе установлена сравнительно невысокая цена на газ, то самый экономичный котел отопления в этом случае – это настенный одно- или двухконтурный аппарат, желательно зарубежного производства.
  • Размер бюджета на закупку оборудования. Если позволяют финансовые возможности, то предпочтение стоит отдавать котлам, которые работают на дешевом твердом топливе и управляются автоматикой.

Помимо грамотного выбора нагревательного оборудования следует правильно его установить. Котел должен подключаться к системе отопления, водоснабжения и электросети согласно установленным рекомендациям производителя. Нарушение инструкций очень часто приводит к некорректной работе нагревательного оборудования. Это приводит к дополнительным расходам и сокращению срока службы котла.

Подбор радиаторов отопления

Радиаторы отопленияВторое важное звено в системе – цепь батарей. Радиаторы отопления следует выбирать и покупать, ориентируясь на такие параметры:

  • Площадь поверхности. Чем этот показатель выше, тем интенсивнее будет отдаваться тепло в помещение. Современные батареи системы отопления, например, итальянского производства, выполнены в виде множества ребер, которые в сумме дают достаточную площадь поверхности. Такая конструкция позволяет отдать больше тепла помещению за короткое время.
  • Объем – важный параметр, от которого зависит количество воды, нагреваемой для системы отопления. К примеру, старые чугунные батареи имеют огромный по современным меркам объем. Их использование требует установки мощного котла, способного нагреть много воды за определенное время. А это дополнительные расходы на энергоносители.
  • Материал. Батареи бывают чугунные, стальные, алюминиевые и биметаллические. Наиболее эффективные те, которые способны быстро отбирать тепловую энергию у горячей воды, и так же отдавать ее в помещение. Поэтому предпочтение стоит отдавать алюминиевым, или более дорогим – биметаллическим радиаторам.
  • Места установки батарей. Очень важно обеспечить нормальную циркуляцию воздуха возле всех радиаторов. То есть они не должны закрываться мебелью, шторами, декорациями и прочими элементами интерьера. В первую очередь батареи устанавливаются под окнами, а затем, если требуется нарастить мощность, в других местах комнаты.

Придерживаясь этих рекомендаций, можно значительно повысить общую эффективность водяного отопления и снизить расход энергоносителей.

Регулируемые батареи – это экономия

Регулятор подачи отопленияЕще один проверенный способ – установка запорных кранов на каждый радиатор. Это требует некоторых вложений, так как эти детали недешевые. Однако такое решение позволит сделать максимально экономичное отопление частного дома.

Этот принцип основан на том, что в частном доме водяная система отопления проектируется одинаково для всех комнат. Но чаще некоторые помещения используются реже, чем другие. А одна или две комнаты не эксплуатируются вообще. Установив запорные краны на радиаторы, можно в ручном режиме регулировать распределение тепла по дому. Это значит, что в нежилых комнатах отопление можно перекрыть полностью или хотя бы частично.

Используя этот способ экономии, не стоит забывать, что в сильные морозы даже нежилые помещения требуют тепла. Поэтому нужно внимательно следить за температурой таких комнат. Зимой, когда на улице холоднее всего, в пустых комнатах подача воды в батареи не перекрывается полностью, а только частично. Это позволяет поддерживать минимально допустимую температуру, и одновременно снизить общий расход энергии.

Общие рекомендации

Помимо всего вышесказанного, не лишним будет учесть следующие моменты:

  • циркуляционный насос достаточной мощности значительно повышает эффективность системы отопления;
  • утепление магистрали, соединяющей котел и радиаторы, уменьшает потери тепла в нежелательных местах;
  • грамотная теплоизоляция здания – один из важных факторов эффективного отопления;
  • использование зональных счетчиков и аккумуляторов горячей воды помогает сделать отопление экономичным;
  • применение в качестве теплоносителя антифриза повышает скорость теплообмена (некоторые радиаторы и котлы не рассчитаны на использование таких жидкостей).

Подробно об этих рекомендация можно почитать в других местах. Не лишним будет посоветоваться по этим вопросам со специалистом. Если в вашем доме установлена система отопления с учетом вышеперечисленных советов, то вы можете рассчитывать на эффективность и экономичность ее эксплуатации

Ограждающих конструкций зданий, неразрушающий контроль теплозащитных свойств

Развитие методики неразрушающего контроля теплотехнического состояния ограждающих конструкций зданий

Описана новая методика неразрушающего контроля теплотехнического состояния ограждающих конструкций зданий, в основу которой положена разработанная ранее автором методика, базирующаяся на совместном использовании двух неразрушающих физических методов контроля — диэлькометрического (электрического) и тепловизионного (теплового). Новая методика позволяет в натурных условиях экспериментально-расчетным способом определить приведенное сопротивление теплопередаче обследуемой конструкции одновременно с количественным определением фактических значений влажности и теплопроводности отдельных слоев, в том числе внутреннего теплоизоляционного слоя. Приведен пример практической реализации описанной методики.

Основной теплозащитной характеристикой ограждающих конструкций зданий является, как известно, сопротивление теплопередаче, а точнее, приведенное сопротивление теплопередаче, метод расчета которого представлен в приложении Е СП 50.13330.2012 («Тепловая защита зданий». Актуализированная редакция СНиП 23-02—2003. Минрегион России, 2012). Аналогичный расчет используется и в европейских нормах, регламентирующих требования к сопротивлению теплопередаче ограждающих конструкций [1]. Эти расчеты проводят по формулам, в которых используются, в частности, такие величины, как количество и геометрические размеры структурных неоднородностей различного типа, количественная оценка которых без экспериментального подтверждения весьма условна и существенно снижает достоверность расчета.

В практике натурных обследований жилых и общественных зданий широкое применение нашел неразрушающий тепловизионный метод контроля качества теплоизоляции ограждающих конструкций [2, 3]. Однако вследствие изменчивости теплофизических величин, наблюдаемых в натурных условиях по данным разовых (одномоментных) измерений, можно получить лишь качественную оценку теплозащитных свойств массивных стеновых конструкций, обладающих значительной тепловой инерцией. Причиной температурных аномалий на отдельных участках поверхности конструкции, выявляемых при тепловизионной съемке, могут быть структурные неоднородности материала и дефекты, такие как пустоты, мостики холода, чрезмерная влажность и теплопроводность материала в разных слоях конструкции, например во внутреннем теплоизоляционном слое и другие факторы. Также достаточно широко в строительной практике применяют неразрушающий диэлькометрический метод контроля влажности и теплопроводности [4, 5].

Диэлькометрический и тепловизионный методы измерений каждый по отдельности не позволяют проконтролировать процесс распределения влаги между слоями конструкции, происходящий в натурных условиях в процессе эксплуатации зданий, в то время как совместное их применение в натурных условиях открывает новые возможности определения теплозащитных качеств многослойных Ограждающих конструкций как в процессе строительства, так и в процессе эксплуатации современных зданий. Дальнейшее развитие методики [6], основанной на совместном использовании тепловизионных и диэлькомезрических измерений, позволяет количественно оценить теплофизические характеристики отдельных слоев многослойных стен, влияющие на теплотехническое состояние ограждающей конструкции в целом и его соответствие нормативным требованиям.

Ниже описан основной регламент (объем работ и последовательность операций) комплексной проверки теплозашитных качеств с количественным определением сопротивления теплопередаче, теплопроводности и влажности как отдельных слоев, так и ограждающих конструкций в целом.

Комплексное теплотехническое обследование ограждающих конструкций зданий с использованием тепловизионного и диэлькометрического методов контроля включает в себя:

  • получение термограмм с помощью тепловизора, сканирующего температуры поверхностей ограждающих конструкций, между внутренними и наружными поверхностями которых имеется температурный перепад;
  • измерение температур внутреннего и наружного воздуха;
  • измерение теплового потока с помощью контактных датчиков (тепломеров);
  • измерение фактических значений влажности и теплопроводности материала наружной и внутренней поверхностей конструкции диэлькометрическим методом;
  • обработку полученных экспериментальных данных и вычисление сопротивлений теплопередаче как отдельных слоев, так и всей конструкции в целом.

Тепловизионному контролю подвергают наружные и внутренние поверхности ограждающих конструкций. По термограммам наружной поверхности ограждающих конструкций выявляют участки с температурными аномалиями, которые затем подвергают летальному обследованию и с внутренней стороны.

Измерения диэлькометричсским методом производят с помощью экспресс-измерителя, снабженного контактным емкостным датчиком, прикладываемым к поверхности контролируемого объекта.

Для практического использования описываемой методики используют следующие средства измерений (приборы): тепловизор — для визуализации тепловых полей и измерения температуры; термогигрометр — для измерения температуры и относительной влажности воздуха; многоточечный измеритель теплового потока в комплекте с контактными датчиками (тепломерами); диэлькометрический экспресс-измеритель влажности и теплопроводности строительных материалов в комплекте с контактным датчиком поверхностного типа.

Все приборы, используемые при обследовании, должны быть внесены в Госреестр средств измерений или иметь сертификат соответствия с разрешением к применению в РФ. Средства измерения должны быть поверены (или откалиброваны) в установлен ном порядке. Основные технические характеристики применяемых средств измерения должны удовлетворять следующим требованиям:

  • Тепловизор: спектральный
    • диапазон…………………3—5 мкм
    • диапазон измерений температуры………от -20°С до 40°С
    • температурная чувствительность……..не более 0,1 °С
    • абсолютная погрешность измерения температуры.не более 1 °С
    • разрешения кадра……………….не менее 256 х 256
  • Термогигрометр ТГЦ-МГ4
    • диапазон измерений температуры воздуха.от — 40°С до +50°С
    • абсолютная погрешность измерения……не более ±2°С
    • диапазон измерения влажности воздуха..от 10 до 100%
    • абсолютная погрешность измерения……не более ±3%
  • Измерители температуры и теплового потока в комплекте с датчиками ИТП-МГ4-10 «Поток»
    • диапазон измерений температуры от ….-40°С до +50°С
    • абсолютная погрешность измерения……..не более ±1°С
    • диапазон измерения плотности теплового потока…2-50 Вт/м2
    • относительная погрешность измерения плотности теплового потока…….не более ±7%
    • период регистрации отсчетов…………..2-300 мин
    • количество запоминаемых отсчетов……..не менее 1000
    • длина линии связи с датчиками……….не менее 5 м
  • Экспресс-измеритель влажности Влагомер-МГ4 и теплопроводности ИТП-МГ4
    • диапазон измерений влажности……….от 0,3 до 20%
    • абсолютная погрешность………….не более ± 1,5%;
    • диапазон измерения теплопроводности от 0,03 до 1,5 Вт/м °С
    • относительная погрешность………………..не более ±10%
    • глубина зоны контроля……………..не менее 50 мм
    • время единичного измерения…………не более 10 с

Процедура теплотехнического обследования является комплексной и предусматривает осуществление контроля основных теплотехнических параметров конструкций, используя при этом только неразрушающие и расчетные способы получения нужной информации.

Перед началом обследований проверяют комплектность применяемой аппаратуры и подготавливают ее к измерениям в натурных условиях, при этом у портативных приборов с автономным питанием проверяют работоспособность и при необходимости заряжают аккумуляторы или меняют химические источники питания (батарейки). Затем производят визуальный осмотр наружных и внугренних поверхностей ограждающих конструкций объекта, выбранных для обследования, оценивают степень их состояния. В случае необходимости подвергают их дополнительной обработке и очистке поверхностей в соответствии с требованиями нормативных документов, регламентирующих технические условия (технические требования) к конкретной строительной продукции.

Конкретные средства измерений подготавливают к работе в соответствии с инструкциями (руководствами) по эксплуатации.
Диэлькометрические измерения выполняют по ГОСТ Р 8.621-2006 («ГСИ. Материалы и изделия строительные. Методика выполнения измерений влажности и теплопроводности диэлькометрическим методом». М.: Стандартинформ, 2006.18 с.)

Тепловизионные измерения выполняют по ГОСГ Р 54852-2011 («Здания и сооружения. Метод тепловизионного контроля качества теплоизоляции ограждающих конструкций». М.: Стандартинформ, 2011. 20 с.)

Измерения плотности тепловых потоков выполняют по ГОСТ 25380-82 («Здания и сооружения. Метол измерения плотности тепловых потоков, проходящих через ограждающие конструкции». М.: Изд-во стандартов, 1982. 12с.)

Измерения температуры наружного и внутреннего воздуха проводят на расстоянии 10 см от поверхности ограждающей конструкции.

После проведения натурных обследований проводят обработку полученных экспериментальных данных. Обработка результатов диэлькометрических измерений заключается в нахождении среднеарифметических значений влажности и теплопроводности материала поверхностного слоя ограждающей конструкции для полученного массива локальных измерений отдельно по наружной и внутренней поверхностям. Обработка результатов тепловизионных измерений сводится к расшифровке термограмм. Расшифровку термограмм проводят либо с помощью компьютера по специальной программе, либо программными средствами, имеющимися непосредственно в тепловизоре. Расшифровки термограмм на компьютере не требуется, если полученные с помощью тепловизора значения температур на реперных участках совпадают с температурами, измеренными с помощью контактных датчиков.

Приведенное сопротивление теплопередаче отдельных слоев многослойной ограждающей конструкции находят путем выполнения следующих действий:

  • измеряют фактические значения влажности (wн, wв) и теплопроводности (λн, λв) наружного и внутреннего поверхности ых слоев ограждающей конструкции. Измерения проводят в соответствии с ГОСТ Р 8.621 — 2006;
  • вычисляют значения сопротивлений теплопередаче поверхностных слоев конструкции (Rн, Rв) по формулам Rн = δн/ λн; Rв = δв/ λв, где δн и δв — толщина наружного и внутреннего поверхностных слоев, соответственно. Величины δн и δв известны, как правило, из проектной документации;
  • измеряют температуру (tн, tв) на наружной и вну-тренней поверхностях конструкции и плотность проходящего через нее теплового потока (Q) в условиях, близких к стационарной теплопередаче;
  • вычисляют значение сопротивления теплопередаче всей конструкции (Rк) по формуле Rк = Δt/Q, где Δt = tв  — tн
  • вычисляют значение сопротивления теплопередаче внутреннего слоя теплоизоляции (Rт) по формуле: Rт = Rк — 1/αв — 1/αн — Rн — Rв
  • вычисляют фактическое значение теплопроводности (λт) утеплителя по формуле: λт = δт/Rт, где δт — толщина слоя теплоизоляции;
  • вычисляют влажность утеплителя (wт) по формуле wт = (λт—λт0)/Δλw, где λт0 — значение теплопроводности сухого утеплителя; Δλw — приращение теплопроводности на 1% влажности (значения λт и  λт0 берутся из приложения Т СП 50.13330.2012 («Тепловая защита зданий». Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003. Минрегион России. М.: 2012. С. 83-93);
  • сравнивают полученное значение wт с нормируемым значением допустимой влажности материала утеплителя по приложению Т СП 50.13330.2012 и делают вывод о соответствии (несоответствии) тепловой защиты обследуемой конструкции здания нормативным требованиям. Условия эксплуатации в зоне влажности А или Б в зависимости от региона России выбирают по приложению В СП 50.13330.2012.

Ниже приведен пример практической реализации описанной методики в практике натурных обследованиях, проведенных НИИСФ РААСН в 2013 г.

Обследовали стеновые панели типа «сэндвич» эксплуатируемого жилого дома в Московской области. Из проектной документации известно, что панели представляют собой трехслойную конструкцию, состоящую из двух поверхностных слоев бетона плотностью 1600 кг/м3 и слоя теплоизоляции из минеральной ваты плотностью 75 кг/м3, причем толщина поверхностных слоев панелей составляет 40 мм с внутренней стороны и 60 мм с наружной стороны панели, а толщина слоя теплоизоляции составляет 160 мм.
Измерили температуры tв, tн внутренней и наружной поверхностей нескольких наружных стен здания и после обработки результатов измерений получили: tв = +18,2°С; tн = -12,5°С.

В результате измерений плотности теплового потока Q по методике ГОСТ 25380—82 после обработки результатов измерений получили: Q = 9,6 Вт/м2.

Значение общего сопротивления теплопередаче Rк конструкции, рассчитанное по формуле: Rк = (tв — tн)/Q, составило Rк = 30,7/9,6 = 3,2 м2·ºС/Вт.

Фактические средние значения теплопроводности λв и λн внутреннего и наружного поверхностных слоев обследованных стен, измеренные с помощью экспресс-измерителя типа ИТП-МГ4 по ГОСТ 8.621—2006, после статистической обработки результатов измерений составили соответственно λв = 0,65 Вт/м°С; λн = 0,75 Вт/м°С.

Значения сопротивлений теплопередаче Rв, Rн внутреннего и наружного поверхностных слоев конструкции, вычисленные по формулам: Rв = δвв; Rн =  δнн, составили: Rв = 0,04/0,65 = 0,06 м2·°С/Вт и Rн = 0,06/0,75 = 0,08 м2·°С/Вт, соответственно.

В результате вычисления значения сопротивления теплопередаче слоя теплоизоляции Rт, по формуле: Rт = Rк — 1/αв — 1/αн — Rв — Rн получен следующий результат: Rт = 3,2 — 0,11 — 0,04 — 0,06 — 0,08 = 2,91 м2·°С/Вт (табличные значения αв = 8,7 и αн = 23 взяты из СП 50.13330.2012).

Фактическое значение теплопроводности слоя тепло-изоляции, рассчитанное по формуле: λт = δт / Rт , составило λт = 0,16/2,91 = 0,055 Вт/м·ºС.

В результате вычисления влажности минеральной ваты по формуле wт = (λт — λ0) / Δλw получено: wт = (0,055 — 0,046)/0,005 = 1,8% (значение λо=0,046 для минеральной ваты по ГОСТ 9573-96 плотностью 75 кг/м2 взято из таблицы Т1 приложепия ТСПСП50.13330.2012, а значение Δλ= 0,005 получено расчетным путем по той же таблице).

Таким образом, количественно определены фактические значения теплозащитных свойств (сопротивления теплопередаче, теплопроводности и влажности) материалов по отдельности всех слоев обследуемой трех слойной ограждающей конструкции без нарушения ее целостности.

Следует отметить, что разработанная методика экспериментального определения основных теплотехнических показателей ограждающих конструкций [7] ни в коей мере нс является альтернативой расчетным методам, регламентируемым действующими нормативным и документами.

Основные отличия и достоинства разработанной методики контроля теплофизических характеристик наружных ограждающих конструкций при обследовании зданий в натурных условиях заключаются в следующем.

Методика позволяет в течение нескольких минут дать количественную оценку теплозащите ограждающих конструкций при обследованиях зданий; применима как к однослойным, так и к многослойным строительным конструкциям; вместе с экспериментально-расчетным определением приведенного сопротивления теплопередаче обследуемой конструкции в целом получают фактические значения влажности и теплопроводности отдельных слоев, в том числе внутреннего теплоизоляционного слоя, что невозможно осуществить другими неразрушающими методами контроля.

Список литературы
1. Гагарин В.Г., Дмитриев К.А. Учет теплотехнических неоднородностей при оценке теплозащиты офаждающих конструкций в России и европейских странах //Строительные материалы. 2013. № 6. С. 14—16.
2. Левин Е.В., Окунев А.Ю., Умнякова Н.П., Шубин И.Л. Основы современной строительной термографии. М.: НИИСФ РААСН. 2012. 176с.
3. Гагарин В. Г., Козлов В. В. идр. Теплозащита наружных стен зданий с облицовкой из кирпичной кладки // АВОК. 2009. № 6. С.48-55.
4. Ройфе В.С. К обоснованию выбора неразрушаюше-го метода оценки теплозащитных свойств строительных материалов. // Строительные материалы. 2013. № 6. С. 22-23.
5. Royfe. V.S. Physical meaning of correlation between the thermo- and electro-physical characteristics of nonmetallic materials. // Measurement Techniques. 2012. Vol. 55. №2. pp. 193-198.
6. Ройфе B.C. Экспресс-методика комплексного неразрушающего контроля теплотехнического состояния ограждающих конструкций зданий // Жилищное строительство. 2011. № 1. С. 24—26.
7. Патент РФ 2497106. Способ перазрушающего контроля теплотехнических качеств ограждающих конструкций зданий / В.С. Ройфе; Заявл. 22.05.2012. Оиубл. 27.10.2013. Бюл. № 30.

Тепловизионное обследование, тепловой контроль

Комплексный тепловизионное обследование, тепловой контроль зданий и строительных сооружений

Задачи обеспечения требований энергоэффективности зданий и строительных сооружений решаются благодаря:

  • созданию энергоэффективных проектов строительства новых зданий и строительных сооружений и реконструкции эксплуатируемого фонда в соответствии с принятыми нормативными требованиями к их энергопотреблению;
  • высокой культуре производства при использовании современных материалов и технологий;
  • своевременной и обязательной диагностике(тепловой контроль) реального состояния вновь возводимых, эксплуатирующихся и реконструируемых объектов.

Если два первых условия выполняются проектными и строительными фирмами, то последнее должно осуществляться независимыми экспертными организациями, обладающими соответствующими полномочиями, квалифицированными специалистами и аппаратурой.

В целях определения энергосберегающих характеристик и тепловых потерь объекты в различных отраслях промышленности (энергетике, металлургии, машиностроении) и жилищном хозяйстве могут с высокой эффективностью диагностироваться на основе анализа их температурных полей(тепловой контроль). Регистрация и анализ изменения температуры во времени и по поверхности позволяют выявлять наличие дефектов или повреждений в контролируемом объекте, признаки нештатных ситуаций при эксплуатации, а также определять реальные теплотехнические характеристики ограждающих конструкций.

Определяющими теплотехническими характеристиками качества строительства являются величина приведенного сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции здания, положение точки росы, глубина промерзания, промежуток времени, в течение которого возможно функционирование здания при аварийном отключении теплоснабжения и др.

В настоящее время эти характеристики рассчитываются на стадии проектирования объекта и, согласно [1 — 9], должны определяться и в реальных условиях эксплуатации.

Следует учитывать, что каждый из конструктивных элементов наружных ограждающих конструкций зданий вносит свой вклад в его тепловой баланс, который необходимо учитывать при разработке проектов повышения энергоэффективности наружных ограждающих конструкций. В качестве примера в табл. 1 представлены данные Госстроя России и Московского правительства по средним потерям тепла в домах массовых серий.

Расчетные результаты имеют слишком большую погрешность и не отражают фактические эксплуатационные характеристики строительной конструкции, так как не учитывают наиболее важный этап между ее проектированием и эксплуатацией — этап строительства. На этом этапе проектные характеристики могут быть существенно искажены как в лучшую, так и в худшую сторону, что подтверждается данными, приведенными в табл. 1. Многолетний опыт практической работы по тепловизионному обследованию зданий и строительных конструкций показывает, что сдаваемые в эксплуатацию строительные сооружения часто не соответствуют существующим нормам, например, по энергосбережению. Причина этого — отступления в процессе строительства от проектной документации, изменения в технологии, замена стройматериалов и др„ что можно определить только на стадии натурных обследований. В дальнейшей эксплуатации по этой причине может произойти ухудшение характеристик объекта.

Табл. 1

Конструктивные элементы зданий,
через которые происходят потери тепла
в том числе сверхнормативные
Доля потерь, %
Стены32,0 - 36,0
Окна24,0 - 29,0
Кровля24,0 (в т.ч. через потолок
верхнего этажа - 1,0)
Воздухообмен9,0 - 37,0
Фундамент6,0 (в т.ч. через пол
первого этажа - 2,0)
Изменение доли Δ объектов, не соответствующих нормам энергосбережения, после введения обследований тепловизионным методом с прогнозированием результатов:
Рис. 1. Изменение доли Δ объектов, не соответствующих нормам энергосбережения, после введения обследований тепловизионным методом с прогнозированием результатов:
1 — административные здания;
2 — жилые здания

Опыт работы авторов в рамках соответствующих постановлений и нормативных документов [6, 7], предусматривающих, в частности, обязательное составление энергетического паспорта здания по результатами теплового контроля, показывает, что можно добиться эффективного сокращения теплопотребления на отопление зданий и улучшения качества строительства (рис. 1).

Особо следует отметить необходимость предварительной диагностики перед разработкой проекта ремонта, реконструкции, восстановления требуемых характеристик объекта для определения реального состояния его параметров. Например, перед разработкой проекта утепления фасадов эксплуатирующихся и восстанавливаемых зданий старого фонда, так называемой «санации», надо провести обязательное комплексное тепловизионное обследование наружных ограждающих конструкций с целью определения их реального сопротивления теплопередаче и определения плоскости промерзания как в целом по зданию, так и отдельных его частей.

Рис. 2 иллюстрирует взаимосвязь качества конструкции (теплопотери через стены) и величины приведенного сопротивления теплопередаче согласно МГСН 2.01-99. Например, увеличение сопротивления теплопередаче стен до требуемых норм 2-го этапа энергосбережения — 3,16 м2 град/Вт по сравнению с распространенными в настоящее время характеристиками теплозащиты — 1м2 град/Вт позволит снизить тепло-потери через стены на 70%.

Зависимость относительных теплопотерь хК от приведенного сопротивления теплопередаче Rпр для разных начальных значений сопротивления теплопередаче
Рис. 2. Зависимость относительных теплопотерь хК от приведенного сопротивления теплопередаче Rпр для разных начальных значений сопротивления теплопередаче (К — коэффициент нормировки, равный 0.32; 0,29; 0,24; 0,09 и 0,08 для стен. окон, кровли, воздухообмена и фундамента соответственно)

Для определения фактического состояния строительных объектов разработана и внедрена в практику технология комплексного теплового контроля зданий и строительных сооружений в реальных условиях эксплуатации (в летний и зимний периоды) с определением их характеристик, включающая:

  • комплексные тепловизионные обследования строительных конструкций (с определением приведенного сопротивления теплопередаче по стенам и окнам и выявлением дефектов по этому критерию);
  • определение положения точки росы и координаты плоскости промерзания;
  • определение времени охлаждения воздуха внутри здания при аварийных ситуациях;
  • выявление дефектов строительных конструкций;
  • рекомендуемую технологию санации для ликвидации сверхнормативных теплопотерь в целом по стенам и окнам и в дефектных зонах.

Кроме того, разработаны и внедрены технологии тепловизионного обследования качества электросилового оборудования строительных сооружений.

Порядок определения Rпр на реальных зданиях регламентирован стандартами, строительными нормами и правилами [1, 2, 5]. Однако изложенные в них процедуры основаны на прямых измерениях температур и плотностей тепловых потоков и применимы лишь в ограниченные периоды времени (при стационарной низкой температуре наружного воздуха). На практике такое наблюдается крайне редко, поэтому данные технологии не могут быть использованы для обследований зданий при массовом строительстве.

Движение границы промерзания по толщине d однородной стены из кирпича(1) и пенополистирола(2) с учетом скачкообразного изменения теплоемкости на границе
Рис. 3. Движение границы промерзания по толщине d однородной стены из кирпича(1) и пенополистирола(2) с учетом скачкообразного изменения теплоемкости на границе

Разработаны технология и комплекс программно-аппаратных средств для определения Rпр наружных ограждающих конструкций строительных сооружений в реальных условиях эксплуатации как в осенне-зимний (отопительный), так и в летний периоды [10,11]. Затем эта технология, в основе которой лежит решение обратной задачи теплового контроля в многослойной пространственной области с подобластями, имитирующими дефекты, в условиях нестационарного процесса теплопередачи [12 — 14], была усовершенствована с учетом опыта более 250 натурных обследований зданий.

Полученное реальное значение Rпр с определенными экспериментально на исследуемом объекте начальными и граничными условиями лежит в основе технологии определения точки росы, положения плоскости промерзания и определения теплового состояния строительной конструкции при аварийном отключении теплоснабжения (с определением максимально допустимого интервала времени отключения).

Анализ движения фронта промерзания (или оттаивания) влаги, содержащейся в наружных ограждающих конструкций, и координаты точки росы также имеет большое практическое значение, так как непосредственно связан с вопросами долговечности и надежности наружных ограждающих конструкций, формирования их реального тепловлажностного режима и сопротивления теплопередаче. Последний фактор определяет эффективность энергосбережения здания. При этом в зоне перемещения фронта промерзания вследствие знакопеременных климатических нагрузок создаются крайне неблагоприятные условия эксплуатации — чередование замерзания и оттаивания постепенно приводит к снижению прочности, разрушению теплоизоляции и, в конечном счете, к разрушению конструкции.

Структурная схема комплексного тепловизионного контроля зданий и строительных конструкций (в летний и зимний периоды)
Рис. 4. Структурная схема комплексного тепловизионного контроля зданий и строительных конструкций (в летний и зимний периоды)

Анализ процесса промерзания рассматривается как задача, в которой изменение агрегатного состояния воды происходит при определенной температуре Tк. То есть имеется четкая изотермическая граница, отделяющая область затвердевшего льда и жидкости. В этом случае решается система двух уравнений нестационарной теплопроводности, и помимо граничных условий на поверхности тела дополнительно задаются условия теплового баланса и равенства температур на границе затвердевания (задача Стефана о перемещении границы раздела фаз). В качестве примера, иллюстрирующего разработанный метод, на рис. 3 приведен график движения фронта промерзания для двух видов стен: из кирпича и пенополистирола. Температура на внешней поверхности стены принимается равной — 20° С, а на внутренней поверхности — + 20° С, температура замерзания влаги 0° С. За 24 час глубина промерзания кирпича достигает 180 мм, а пенополистирола — 130 мм.

Одной из крайне важных характеристик жилых зданий является интервал времени, в течение которого жилой дом может находиться без отопления (плановый эксплуатационный интервал времени, Δt), например, при аварийном отключении системы теплоснабжения.

В течение этого времени необходимо успеть провести ремонтные работы или провести дренирование систем теплопотребления.

Тепловой контроль газоходов: 1 - внутренняя трещина; 2 - присос воздуха через трещину в кирпичной кладке (разрушение теплоизоляции внутри газохода)
Риc. 5. Тепловой контроль газоходов: 1 — внутренняя трещина; 2 — присос воздуха через трещину в кирпичной кладке (разрушение теплоизоляции внутри газохода)

Для определения Δt используется математическая модель, описывающая процесс нестационарной теплопередачи в наружных ограждающих и внутренних конструкциях, цокольном этаже и чердачном помещении жилого дома с учетом граничных и начальных условий и внутренних источников энергии. Тепловое состояние дома при возможной аварии в зимний период определяется расчетно-экспериментальным методом, который включает в себя совместное решение системы п дифференциальных уравнений нестационарной теплопроводности в частных производных и связывающей их системы (n-1) обыкновенных дифференциальных уравнений теплового баланса с учетом соответствующих граничных и начальных условий. Например, первая система описывает процесс распределения температуры во времени в наружных стенах дома, а вторая — изменения температуры во времени в цокольной части дома и в других «критических» помещениях. Размерность системы (количество дифференциальных уравнений) определяется сложностью обследуемой строительной конструкции и требуемой точностью получения результатов.

Санация старого жилого фонда
Рис. 6. Санация старого жилого фонда: а — до реконструкции, Rпр = 1,0 м2 град/Вт; б — после реконструкции, Rпр = 3,0 м2 град/Вт

Проведение экспериментальных (контактных и бесконтактных, в т. ч. тепло-визионных) обследований с последующим анализом полученных данных по разработанным методикам позволяет определить основные теплотехнические характеристики наружной ограждающей конструкции. На рис. 4 приведена структурная схема комплексного обследования зданий и строительных конструкций. Оно включает три основных этапа:

  • регистрация первичной информации с контролируемого объекта в реальных условиях эксплуатации;
  • определение теплотехнических характеристик обследуемого объекта;
  • подготовка отчетных материалов и заключений с оформлением вкладыша к энергетическому паспорту здания.

На рис. 5, 6 приведены примеры комплексного теплового контроля строительных сооружений. Все методики теплового контроля утверждены соответствующими министерствами и ведомствами и аттестованы Госстандартом РФ. Достоверность и надежность эксплуатации методик подтверждена 4-х летним опытом работы при обследовании более 250 строительных объектов.
Литература
1. ГОСТ 26254-84. Здания и сооружения. Методы определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций.
2. ГОСТ 26629-85. Метод тепловизионного контроля качества теплоизоляции ограждающих конструкций.
3. ГОСТ Р. 51380-99. Энергосбережение. Методы подтверждения соответствия показателей энергетической эффективности энергопотребляющей продукции их нормативным значениям.
4. ГОСТ Р. 51388-99. Энергосбережение. Информирование потребителей об энергоэффективности изделий бытового и коммунального назначения.
5. СНиП 11-3-79 (в редакции 1998 г.).
6. Московские городские строительные нормы. Энергосбережение в зданиях. Нормативы по теплозащите и тепловодоэлетроснабже-нию/МГСН 02.01. 1999 г.
7.0 городской программе по энергосбережению на 2001 — 2003 годы в г. Москва / Постановление правительства Москвы № 912-ПП от 9 октября 2001 г.
8. Правила проведения энергетических обследований организаций, утвержденные Министерством топлива и энергетики РФ 25 марта 1998 г.
9.0 проведении обязательных энергетических обследований на предприятиях и в организациях/Приказ Госэнергонадзора №10 от 16.02.2001.
10. Методика диагностики и энергетических обследований наружных ограждающих конструкций строительных сооружений тепловизионным бесконтактным методом./ Свидетельство об аттестации Госстандарта РФ № 09/442-2001 от 09.07.2001. // ВЕМО 04.00.00.000 ДМ (с изменениями 2004 г.)
11. Методика диагностики и энергетических обследований наружных ограждающих конструкций строительных сооружений тепловизионным бесконтактным методом (летний вариант)./ Свидетельство об аттестации Госстандарта РФ №02/442-2002 от 09.08.2002.//ВЕМО 05.00.00.000 ДМ (с изменениями 2004 г.)
12. Будадин О. Н., Вавилов В. П., Абрамова Е. В. и др. Автоматизированный теплови-зионный комплекс оперативного мониторинга теплотехнических зданий и сооружений. -В мире НК. 2001. № 2(12). С. 40-43.
13. Будадин О. Н., Потапов А. И., Колганов В. И. и др. Тепловой неразрушающий контроль изделий,- М.: Наука, 2002. — 476 с.
14. Будадин О. Н„ Абрамова Е. В., Родин М. А., Лебедев 0. В. Тепловой неразрушающий контроль зданий и строительных сооружений. — Дефектоскопия. 2003. № 5. С. 77-94.

Безопасное здание

Наравне с повышением энергоэффективности и комфорта одним из основных направлений современного строительства является обеспечение безопасности людей, которые будут находиться в здании после сдачи в эксплуатацию. Существует множество факторов, как явных, так и скрытых, угрожающих жизни и здоровью человека. К их числу относятся: негативное влияние вредных веществ, входящих в состав строительных и отделочных материалов, опасность возникновения пожара, частичного обрушения или разрушения здания. Поэтому забота о безопасности должна носить комплексный характер. Рассмотрим наиболее распространенные угрозы и некоторые аспекты строительства безопасного сооружения.

Экологическая безопасность

Согласно данным исследований, концентрация токсичных веществ в закрытых помещениях в 1,5 — 4 раза превышает аналогичные показатели за пределами здания. При этом человек проводит в помещении в среднем 19 часов в сутки. Для населения крупных городов время нахождения на свежем воздухе сокращается до полутора часов в день.

Тяжелые металлы, окись углерода, продукты, выделяющиеся при распаде полимерных материалов, — всего в здании присутствует порядка 100 химических соединений, в той или иной степени представляющих угрозу для здоровья человека. В частности, в их число входят такие вещества, как двуокись азота, окись этилена, бензол, которым, согласно ГОСТ 12.1.007-76 «Классификация и общие требования безопасности», присвоен второй класс опасности (высокоопасные вещества). Поэтому длительное пребывание в закрытом помещении способно привести к негативным последствиям для организма человека.

Можно выделить несколько источников загрязнения. Среди них бытовая химия, пыль, газовые плиты, микроорганизмы, а в числе главных — строительные и отделочные материалы, в том числе различные полимеры, а также обои, лаки, краски и бетонные конструкции.

Список материалов, соответствующих экологическим стандартам, составлен Государственным комитетом по санитарно- эпидемиологическому надзору, но, как показывает практика, застройщики далеко не всегда руководствуются им в своем выборе. По оценкам экспертов, порядка 50% всех отделочных материалов, представленных на рынке, не соответствует санитарно- гигиеническим требованиям.

В эту категорию входят многие полимерные материалы, которые получили широкое распространение во второй половине прошлого века. Сегодня полимеры применяются для отделки стен и полов, в качестве звукоизоляционных материалов и т. д. Наиболее токсичными являются изоцианаты, в том числе некоторые виды монтажной пены, — они выделяют вредные вещества при нагревании. При выборе полимерных материалов следует руководствоваться положениями СанПиН 2.1.2.729-99, которые устанавливают санитарно-гигиенические требования и регламентируют область применения полимеров. Кроме того, необходимо убедиться в наличии санитарно-эпидемиологического заключения, подтверждающего соответствие нормам.

В целом существует несколько ключевых требований, которым должны отвечать безопасные, с точки зрения экологии, материалы, применяемые при строительстве и отделке зданий. От них не должен исходить специфический запах после ввода здания в эксплуатацию, они не должны стимулировать развитие микроорганизмов и накапливать на своей поверхности статическое электричество, а также негативно влиять на микроклимат помещений.

Определенную опасность могут представлять собой строительные материалы, обладающие повышенной радиоактивностью. Как правило, сырьем для их производства служат природные материалы, которые содержат в микропримесях изотопы урана, радия, тория и калия. Повышенной радиоактивностью отличаются многие минералы, например, гранит и кварцевый диорит, а также осадочные глины. По этой причине все материалы, в состав которых входят природные минералы, должны иметь заключение по радиоактивности. Следует помнить, что концентрация радиоактивных элементов в строительных материалах, полученных с использованием такого сырья, невелика, и измерения обычным дозиметром редко показывают уровень излучения, превышающий природный фон.

Основная угроза для организма связана с радоном — газом, который появляется при распаде радионуклидов. Его дочерние продукты обладают способностью конденсироваться и осаждаться на мельчайших аэрозольных частицах, делая их радиоактивными. Оседая на поверхности верхних дыхательных путей, частицы создают источники альфа-облучения клеток, способствующих развитию онкологических заболеваний.

Таким образом, для строительства и отделки зданий необходимо выбирать материалы с низким содержанием природных радионуклидов, излучение которых соответствует стандартам Норм радиационной безопасности (НРБ-99) и требованиям ГОСТ 30108-94 «Материалы и изделия строительные. Определение удельной эффективной активности естественных радионуклидов».

Пожарная безопасность

Одной из наиболее существенных угроз для находящихся в здании людей является возможность возникновения пожара, поэтому при строительстве зданий необходимо соблюдать требования пожаробезопасности, которые устанавливаются Техническим регламентом о требованиях пожарной безопасности и Сводом правил, регулирующих отдельные аспекты противопожарной защиты.

Эффективная система пожарной безопасности состоит из элементов активной и пассивной защиты. К последней относятся объемно-планировочные решения, способствующие локализации горения и снижающие его интенсивность и продолжительность. Прежде всего речь идет о делении здания на пожарные отсеки с использованием огнестойких преград. Площадь пожарного отсека не должна превышать 2 тыс. кв. м — для жилых зданий и 2 500 кв. м — для зданий другого типа. Помимо горизонтального деления (при помощи противопожарных стен) в высотных зданиях осуществляется вертикальное зонирование, при этом высота по

жарного отсека не должна превышать 50 м (16 этажей). Необходимым элементом пассивной защиты является устройство огнеупорных преград между помещениями различной пожарной опасности, а также отделение жилых помещений от остального пространства здания.

Еще более жесткие требования предъявляются к объемнопланировочным решениям при проектировании высотных зданий: например, ограничение высоты расположения помещений, тушение пожара в которых затруднено, ограничение количества шахт лифтов, пересекающих границы пожарных отсеков, а также отделение лифтовых холлов от прилегающих комнат противопожарными преградами.

Важную роль играет проектирование путей эвакуации людей. Эвакуационные выходы должны открывать путь на незадымленные лестничные клетки, ведущие наружу. Лестничные клетки и пожаробезопасные зоны, в особенности в высотных зданиях, дополнительно защищаются от пожара и задымления, а эвакуационные выходы оборудуются противопожарными дверями.

Помимо наличия компонентов пассивной защиты, гарантией безопасности людей в здании является система активной защиты,

в функции которой входят: оповещение о возникновении пожара, удаление дыма, локализация очага возгорания и тушение пожара. Первым элементом активной защиты является пожарная сигнализация. Система обнаруживает очаг возгорания при помощи датчиков, реагирующих на повышение температуры и задымление. После этого сигнал поступает на пульт. Наиболее эффективной является сигнализация, сообщающая координаты очага возгорания — от какого именно датчика был получен сигнал.

Как правило, пожарная сигнализация интегрирована с системой пожаротушения, которая включается автоматически после того, как сигнал поступает на пульт, Современным решением являются сплинкерные системы, распыляющие микрокапли толщиной менее 200 микрон. При этом образуется водяной туман, который существенно увеличивает скорость поглощения тепла из горючих газов и пламени, а также вытесняет кислород из зоны горения. Происходят практически мгновенно локализация очага возгорания и затухание пламени. По сравнению с традиционными средствами системы пожаротушения тонкораспыленной водой позволяют обойтись меньшим количеством жидкости и быстрее справиться с пожаром. Кроме того, их применение значительно снижает ущерб, причиняемый водой.

Безопасное зданиеНемалую опасность представляет дым, который не только ограничивает видимость, но и содержит токсичные продукты горения, вызывающие отравление. Например, при горении материалов на основе пенополистирола выделяется едкий удушливый дым, который включает токсичные вещества: оксид и диоксид углерода, цианистый водород, бензол, оксид азота и другие; поэтому следует избирательно подходить к вопросам их выбора и применения. При строительстве безопасных жилых и общественных зданий необходимо создание эффективной системы автоматического дымоудаления, которая начинает работать, как только срабатывает пожарная сигнализация: она открывает шахту для удаления дыма и включает подпор свежего воздуха на путях эвакуации — в результате концентрация угарного газа поблизости от очага пожара снижается, а время, необходимое для эвакуации людей из здания, увеличивается.

В современных «интеллектуальных» зданиях компоненты активной защиты от пожара часто интегрированы с охранной системой. Последняя может включать в себя видеонаблюдение и контроль доступа. Вся информация от внешних устройств — камер, датчиков, электронных замков — поступает на единый пульт, что позволяет оперативно устранить любую угрозу — от пожара до несанкционированного проникновения в здание.

Защита от обрушения

Другой угрозой при возникновении пожара является возможность обрушения здания или отдельных его частей под воздействием критических температур. Поэтому к материалам, используемым при возведении несущих и ограждающих конструкций, а также перекрытий и кровель здания, предъявляются особые требования. Например, уже при температуре 150 °С в железобетоне возникают микротрещины, а нагрев до 380 °С приводит к полной потере прочности. Эффективным способом защиты бетонных конструкций от пожара является монтаж системы огнезащиты на основе негорючей каменной ваты, которая обеспечивает необходимый предел огнестойкости.

Важный аспект защиты здания от пожара и обрушения — негорючесть теплоизоляционных материалов, используемых при создании многослойной конструкции стен и фасадных систем. Например, теплоизоляционные материалы на основе пенополистирола, в зависимости от марки, относятся к классу Г1 — Г4 (горючие и трудногорючие материалы) и воспламеняются при температуре от 220 °С до 380 °С. Это накладывает серьезные ограничения на их использование в зданиях. Другой теплоизоляционный материал — стекловата — может относиться к классу негорючих в том случае, если ее плотность не превышает 40 кг/куб. м. Этого недостаточно, когда теплоизоляция подвергается значительным нагрузкам. Теплоизоляция на основе каменной ваты способна, не плавясь, выдержать воздействие температуры около 1тыс. °С и обеспечивает предел огнестойкости до 4 час.

В связи с развитием строительства высотных зданий актуальной проблемой является их защита от прогрессирующего разрушения, которое возникает при повреждении отдельных несущих конструкций в результате пожара, взрыва, дефекта строительных материалов и т. д.

В число основных мер по обеспечению безопасности входят: разработка конструктивно-планировочных решений здания с учетом возможности возникновения чрезвычайной ситуации, обеспечение неразрезности конструкций, а также применение материалов и решений, обеспечивающих развитие в элементах конструкций и соединениях пластических деформаций. В целом защита от обрушения любого здания основана на грамотных проектных решениях, применении качественных материалов и неукоснительном соблюдении технологии монтажных работ. Ошибка на любом этапе снижает эффективность всех принятых мер.

В заключение необходимо еще раз отметить, что забота о безопасности людей, которые будут находиться в здании, должна стоять на первом месте при выполнении любых работ (проектирование, устройство систем безопасности), которые должны носить комплексный характер. Большое количество угроз диктует необходимость внедрять защитные меры на всех этапах строительства — от проектирования, выбора строительных материалов и технологий до оценки качества выполненных работ. Только используя данный подход, можно построить действительно безопасное здание.

По материалам пресс-службы ROCKWOOL

Влияние качества проектных решений на энергоэффективность здания

В настоящее время вопросы, касающиеся повышения энергетической эффективности экономики, привлекают всеобщее внимание. Проблема энергосбережения рассматривается и в нашей стране, что нашло отражение в Федеральном законе № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и внесении изменений в отдельные законодательные акты РФ». А проекты энергосберегающих и энергоактивных домов завоевывают все большую популярность.

Особенную важность в этой связи приобретают качество и высокая технологичность всех компонентов строительства, от которых, собственно, и зависит достижение высокой энергоэффективности.
Здания с максимальным использованием выделяемой внутриних тепловой энергией и максимальной защитой от потерь тепла через наружные поверхности и вентиляцию называют энергосберегающими или энергоэкономичными.
В этих зданиях стремятся использовать технологии отопления,вентиляции, освещения, водоснабжения, канализации с минимальными затратами энергии на их функционирование. Для этого применяют возобновляемые источники энергии(солнечную, ветровую и т. п.). Наряду с этим обращают внимание на сокращение потерь тепла, снижение утечки воздуха и инфильтрации его через щели и стыки, повышение сопротивления теплопередачи наружу в зимнее время года. В летнее время обеспечивают естественную вентиляцию проветриванием, а также охлаждение, радиаторное или путем испарения, например, при орошении кровли. Кроме того, снижают поступление солнечной энергии экранированием. Вышеперечисленные меры в комплексе с учетом местных климатических условий позволяют обеспечить хорошее регулирование теплообмена в здании и снизить энергозатраты.
Здания, конструктивно совмещенные с установками для утилизации возобновляемой энергии, называют энергоактивными. В них максимально совмещены несущие и технологические функции конструкций здания и установок. Это позволяет не только сократить расход отторгаемой земли, строительных материалов, но и снизить длину коммуникаций. В России создан экспериментальный «активный» дом, проектное производство энергии которого отражено на рис. 1.

Проектное производство избыточной энергии первым «активным» домом в России
Рис. 1. Проектное производство избыточной энергии первым «активным» домом в России

Основные принципы проектирования энергетически эффективного дома — это максимальное использование выделяемой внутри него тепловой энергии и максимальная защита от потерь тепла через наружные поверхности и вентиляцию, применение альтернативных источников энергии.
Следует заметить, что для обогрева дома, который считается дешевым в эксплуатации, может понадобиться либо 70, либо всего лишь 15 кВт / (м2 х год). Дома, отвечающие первому, более высокому уровню расхода энергии, называются энергосберегающими или энергоэффективными. Их разновидностью являются «пассивные» дома, уровень энергии которых не превышает 15 кВт / (м2 х год).
Для экономии энергии применяют следующие меры:

  • объемно-планировочные решения, облегчающие экономию энергии;
  • использование энергоэффективной дополнительной теплоизоляции наружных стен в целях снижения передачи теплоты наружу здания;
  • применение энергосберегающих окон, форточек, жалюзи;
  • устройство снаружи здания светопрозрачной теплицы, зимнего сада;
  • обваловка части здания грунтом: «кровля — газон», «кровля — зимний сад»;
  • герметичная заделка всех стыков и щелей, исключение утечек теплоты;
  • улучшение ввода дневного света в здание с помощью зеркальных жалюзи (полок) в целях сокращения затрат на искусственное освещение;
  • ввод свежего воздуха в здание с помощью новых дефлекторов типа «капюшон» и ветрокомс, не требующих подвода электроэнергии;
  • утилизация тепла и удаляемого из здания теплого воздуха для подогрева наружного холодного воздуха с помощью специальных теплообменников, устанавливаемых в окна или рядом с ними;
  • утилизация тепла от внутренних источников (бытовые приборы, люди, теплая вода после употребления и т. п.) с помощью тепловых насосов;
  • пассивные системы утилизации солнечной энергии, не требующие затрат электроэнергии;
  • энергетически рациональная ориентация здания по частям света с точки зрения расположения оконных проемов и буферных зон;
    Сравнительное соотношение S / V
    Рис. 2. Сравнительное соотношение S / V
  • устройство окон только с одной или двух смежных сторон здания для исключения сквозного проветривания;
  • оптимальная площадь остекления;
  • оконные стекла с энергетически эффективными покрытиями (с пассивными или управляемыми смарт- покрытиями, позволяющими на 30-50 % снизить теплопотери зимой и уменьшить поток тепла в здание летом);
  • динамическая теплоизоляция наружных стен с воздушными каналами, сквозь которые проходит воздух, нагреваясь и отапливая помещения.
Тестовый дом прямоугольной формы
Рис. 3. Тестовый дом прямоугольной формы

В условиях климата с низкими отрицательными температурами, который присущ большей части нашей страны, следует уделять внимание тому, насколько здание подвержено отдаче тепла.

С помощью объемно-планировочных решений удается значительно снизить теплопотери. Одним из самых простых решений является наличие тамбуров на входах. Возможно придать дому энергетически эффективную форму, обеспечивающую минимальную площадь наружных стен. Так, американский архитектор Ральф Ноулз (Ralph Knowles) обнаружил, что отношение площади ограждающих конструкций к объему строения (так называемый коэффициент подверженности S / V) влияет на энергетическую эффективность здания. Чем меньше отношение площади ограждающих конструкций к объему, тем менее подвержено здание влияниям климата (рис. 2).

Если сравнивать два дома, форма одного из которых — полусфера, а другого — параллелепипед с размерами, указанными на рис. 3 и рис. 4 соответственно, то получим следующее.

Объем сферы составляет

Форм 1

 

 

значит, объем купольного дома (полусфера) составит 134 м3. Таким образом, при почти одинаковом объеме (130 м3 против 134 м3) площадь поверхности прямоугольного дома составляет 128,0 м2, а площадь поверхности купольного дома — 100,5 м2. Следовательно, купольный дом потребует меньше затрат на обогрев (из-за снижения потерь на рассеяние тепла) как минимум на 20%.

Аналогичные сравнительные соотношения можно вывести для периметра здания и его площади при одинаковой высоте (рис. 5). Эти соотношения между периметром здания Р и его площадью F говорят в пользу ширококорпусного дома, где поверхность ограждения меньше на 20%.

Тестовый дом в форме полусферы (геодезический купол)
Рис. 4. Тестовый дом в форме полусферы (геодезический купол)

Ширококорпусные дома (ШКД) представляют собой одну из последних отечественных разработок. Принципиальное их отличие от домов типовых серий, строившихся до сих пор, состоит в увеличении ширины корпуса дома до 18-20 м (теоретически — до 23,6 м) с соблюдением всех норм естественной освещенности, инсоляции, воздухообмена. Поскольку ШКД почти в полтора раза шире обычных домов, отношение полезной жилой площади к площади наружных стен увеличивается. За счет этого тепловые потери снижаются на 20-40%.

Значительная потеря тепла в зимний период происходит через оконное остекление. Проследив изменение количества теплопотерь в зависимости от вариантов остекления (рис. 6) и сравнив их характеристики (табл. 1), делаем вывод, что снижения энергозатрат можно добиться путем грамотного выбора остекления.

Еще одним способом снижения энергопотребления, как уже было сказано, является выбор ориентации здания, что актуально для нашего климата, особенно в зимний период. Ориентируя основной фасад здания на южную сторону, получим дополнительную возможность обогрева помещений за счет солнечной энергии в холодные месяцы года, что понизит стоимость обогрева. Южное направление также увеличит использование светового дня, следовательно, снизится потребность в электрическом освещении. Данная ориентация здания также может использоваться для получения солнечной энергии или нагревания воды для обогрева самого здания. На рис. 7 показан пример здания, в котором за счет правильной ориентации и двойного фасада улучшается баланс тепловой энергии.

Несомненно, все вышеперечисленные способы экономии энергии применяются и в «пассивных» домах. Однако, чтобы обеспечить столь жестко заданную требуемую величину удельного расхода тепловой энергии на отопление, равную 15 Вт/(м2 х год) для «пассивных» домов в климате Средней Европы (за что им и отдают большее предпочтение), со временем был установлен ряд обязательных требований:

  • коэффициенты теплопередачи U для наружных стен, кровли и полов первого этажа должны составлять менее 0,15 Вт/(м2 х К) (или (R≥ 6,7 м2х °С)/Вт, где R0 = 1/U);
    Сравнительные соотношения периметра здания к его площади
    Рис. 5. Сравнительные соотношения периметра здания к его площади
  • для остекления Uост≤0,7 Вт /(м2х К) или R0≥1,4 (м2 х °С) / Вт;
  • для оконного профиля Uпроф≤ 0,8 Вт / (м2 х К) или R0≥ 1,25 (м2 х оС) / Вт;
  • приведенный коэффициент теплопередачи окна с учетом монтажа в стену Uокн≤0,85 Вт/(м2х К) или R0 ≥ 1,2(м2х°С)/Вт;
  • максимально возможное снижение негативного эффекта от «тепловых мостиков». Это влияние можно не учитывать, если линейный коэффициент теплопередачи Ψ≤ 0,01 Вт/(м х К);
  • чтобы обеспечивался эффективный возврат тепла, КПД рекуператора должен составлять не менее 75% (рекомендованные значение 80% и более);
  • должна обеспечиваться герметичность наружной оболочки здания. Кратность воздухообмена при разности давления 50 Па наружного и внутреннего воздуха должна составлять n50≤ 0,6 ч-1;
  • использование бытовых приборов с низким потреблением электроэнергии;
  • подогрев питьевой воды с помощью солнечных коллекторов или теплового насоса;
  • пассивный подогрев воздуха с помощью грунтового теплообменника.
Характеристики распространенных типов остекления
Таблица 1. Характеристики распространенных типов остекления
Зависимость тепловых потерь ограждающих конструкций от инфильтрации
Таблица 2. Зависимость тепловых потерь ограждающих конструкций от инфильтрации
Варианты остекления
Рис. 6. Варианты остекления

Все перечисленные выше факторы позволяют обеспечить хорошие условия регулирования теплообмена в здании, снизить энергозатраты и улучшить микроклимат помещений. Однако использования инноваций в области энергосбережения недостаточно при создании энергоэффективного дома. Всегда присутствует человеческий фактор, способный негативно влиять на конечный результат. Как следствие, тепловая энергия может расходоваться нерационально. Одной из причин является низкое качество и неплотность сопряжений окон, дверей, ограждающих конструкций.

При оценке теплопроводности теплоизоляционных материалов не учитывается инфильтрация, в то время как в зимний период холодный воздух проникает в помещения при инфильтрации через стены, стыки и неплотности окон. Проходя через толщу стены, он вызывает снижение температуры ограждения и на его поверхности, а проникая в комнату, охлаждает внутри воздух и вызывает дополнительные потери теплоты. Фильтрация воздуха приводит к увеличению тепловых потерь через ограждения почти в два раза, что видно из табл. 2.

Другим слабым местом является сопряжение окон с наружными стенами. Здесь при косом дожде вода часто попадает в тело панелей или других ограждающих элементов здания, ухудшая их теплозащитные свойства и разрушая строительную конструкцию. Возможно попадание влаги в утеплитель и из-за некачественного выполнения стыков, соединения гидроизоляционных мембран. Нередко вода в этих местах проникает и в жилые помещения. В результате термическое сопротивление стен в таких зданиях в четыре-пять раз ниже нормативного.

Ухудшение теплозащитных свойств в холодную пору года ведет к образованию на внутренней поверхности конденсата и даже черной плесени, промерзанию панелей. Затраты на отопление таких зданий значительно увеличиваются.

С такими проблемами, в частности с появлением конденсата на внутренних поверхностях стен в местах стыков панелей, приходится сталкиваться как в зданиях постройки прошлых лет, так и в современных. Это говорит о том, что стыковые соединения не удовлетворяют современным требованиям энергоэффективности ни с конструктивной точки зрения, ни, в первую очередь, с точки зрения качества выполнения работ.

Можно назвать еще целый ряд факторов, увеличивающих потребление энергии кроме ранее перечисленных. К ним относят:

  • недостатки архитектурно-планировочных и инженерных решений отапливаемых лестничных клеток и лестнично-лифтовых блоков;
    Пример проектирования здания для пассивного солнечного отопления через двойной фасад
    Рис. 7. Пример проектирования здания для пассивного солнечного отопления через двойной фасад
  • недостаточное теплоизоляционное качество наружных стен, покрытий, потолков подвалов и прозрачных для света ограждений;
  • протяженную сеть наружных теплотрасс с недостаточной или нарушенной теплоизоляцией;
  • устаревшие и непроизводительные типы котельного оборудования;
  • недостаточное использование нетрадиционных и вторичных источников энергии.

Тепловизионный (с использованием инфракрасной съемки) контроль качества строительно-монтажных работ позволит снизить потери тепла вследствие некачественного исполнения, повысит ответственность строителей за выполнение «скрытых работ», даст информацию разработчикам и производителям строительных конструкций по совершенствованию конструкции и инженерного оборудования.

На данный момент в соответствии с классификацией, приведенной в СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий», здания, которым присвоен класс «С», не требуют проведения мероприятий по улучшению энергоэффективности. Таким образом, если на отопление малоэтажного жилого дома площадью 140 м2 расходуется порядка 350 кВт ч/м3 в год, этот дом будет энергоэффективным. Чтобы такой дом считался энергоэффективным, например, в Германии, он должен потреблять не более 70 кВт ч/м3 в год. Это говорит о том, что осуществляется большой перерасход энергии.

Удельный расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию за отопительный период для малоэтажного жилого дома общей площадью S=140 м2 в России и Германии
Рис. 8. Удельный расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию за отопительный период для малоэтажного жилого дома общей площадью S=140 м2 в России и Германии

Несомненно, все вышеперечисленные способы экономии энергии помогут существенно снизить затраты на отопление. На графике, изображенном на рис. 8, видно, что возможно уменьшение расхода энергии за счет снижения потерь тепла на подогрев вентилируемого воздуха и инфильтрацию. Затраты на вентиляцию современных зданий при составлении энергетических паспортов оцениваются в 20-40% всех затрат на отопление. Полное исключение инфильтрации и использование механической приточной вентиляции позволит снизить теплопотери примерно на 1/3 от общих потерь здания. Однако этого будет недостаточно. Следовательно, необходимо также снижение трансмиссионных потерь здания, которые осуществляются посредством теплопередачи через теплотеряющие ограждения. Если же производить только качественное утепление здания, следует помнить, что в течение периода, когда производится отопление помещений, энергия затрачивается и на вентилируемый воздух. Причем расход тепла на вентиляцию, без использования специальных инженерных методов, будет увеличиваться.

Таким образом, становится понятным, что рациональным и экономически целесообразным способом повышения энергоэффективности является только сочетание различных конструктивных и инженерных мероприятий. Например, увеличение теплозащитных свойств ограждающих конструкций при одновременном использовании современных инженерных энергосберегающих методов и технологий.

Однако, как показывает практика, и этих мер может оказаться недостаточно. Связано это в первую очередь с тем, что во многих случаях фактические и расчетные параметры энергоэффективности могут существенно отличаться друг от друга. В расчетах закладываются одни значения теплотехнических параметров (например, того же приведенного сопротивления теплопередаче), а на практике, с учетом качества строительно-монтажных работ, получаются совершенно другие.

Список литературы:

  1. Бадьин Г. M. Строительство и реконструкция малоэтажного энергоэффективного дома. — СПб.: БХВ-Петербург, 2011.- 432 с.
  2. Здания малоэтажные жилые. Общие требования обеспечения энергоэффективности. Стандарт научно-технического общества бумажной и деревообрабатывающей промышленности. — М., 1994.
  3. Малявина Е. Г. Теплопотери здания. Справочное пособие. — М. : АВОК-ПРЕСС, 2007. — 265 с.
  4. Самойлов В. С. Теплый дом. — М. : Аделант, 2006.-352 с.
  5. СП 50.13330.2012. Тепловая защита зданий / Госстрой России. — М. : ФГУП ЦПП, 2004.
  6. СП 23-101 -2004. Проектирование тепловой защиты зданий / Госстрой России. — М.: ФГУП ЦПП, 2004.
  7. Тетиор А. Н. Архитектурно-строительная экология. — М. : Академия, 2008. — 368 с.
  8. Федеральный закон N9 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и внесении изменений в отдельные законодательные акты РФ» от 23 ноября 2009 г.

Г. М. Бадьин, д. т. н., проф.;

С. А. Сычев., к. т. н.; Н. А. Павлова (СПбГАСУ )

Тепловизионное обследование позволяет выявить скрытые дефекты

Тепловизионное обследование

Тепловизионное обследование
Рис 1
Тепловизионное обследование
Рис 2

Тепловизионный метод наряду с решением разнообразных задач позволя­ет своевременно обнаружить дефекты, приводящие к различным аварийным ситуациям, в том числе связанным с непоправимыми последствиями. Настоящая публикация демонстрирует некоторые из них.

Прежде всего, следует обратить вни­мание на дефекты, приводящие к по­явлению пожароопасных ситуаций при эксплуатации коммунальных электро­сетей. Такие ситуации связаны, прежде всего, с перегрузками сетей, приводящи­ми к их перегреванию и, в дальнейшем, к пожарам. В быту такие пожары объяс­няются как возникшие «из-за неисправ­ности электропроводки». Эти дефекты могут быть выявлены, в том числе и для скрытой электропроводки, на очень ранней стадии.

Высокочувствительный прибор — тепловизор позволяет реги­стрировать температурные контрасты на уровне десятых долей градуса. На рис. 1 показан обнаруженный дефект в распределительном шкафу коммунально­го освещения магазина, который возник из-за установки самодельного предохранителя — «жучка», который в случае его невыявления мог привести к пожару из-за перегрева проводки электрообо­рудования.

Тепловизионное обследование
Рис 3

Очень важной является инспекция высоковольтного оборудования, позволяющая диагностировать его без отключения, что возможно только тепловизионным методом. Это позволяет обследовать оборудование в рабочем режиме. На рис. 2 приведены примеры дефектов, обнаруженных на функциони­рующем высоковольтном оборудовании. Развитие дефекта в опорном изоляторе разъединителя 35 кВ может привести к разрушению изолятора и аварийному отключению линии. Дефект верхнего элемента вентильного разрядника 110 кВ (рис. 26) опасен не только ава­рийным отключением, но и «взрывом» элемента со всеми вытекающими из этого последствиями. На рис. 2в пока­зан дефект болтового контактного соединения шлейфа со шпилькой ввода 10 кВ на силовом трансформаторе. В лучшем случае этот дефект приведет к отключению линии, а в худшем — к возгоранию трансформатора.

Тепловизионное обследование
Рис 6

Весьма эффективен метод тепловизионного обследования для обнаружения скрытых дефектов тепло и гидро- изоля­ции ограждающих конструкций зданий и сооружений различного назначения. На рис. 3 показан участок потолка под­

Тепловизионное обследование
Рис 4

земного гаража, через который из-за дефектной гидроизоляции проникают грунтовые воды. Тепловизионное обсле­дование позволяет обнаружить местопо­ложение этого дефекта и предотвратить разрушение помещения из-за протечек. На рис. 4 показаны дефекты ограждаю­щих конструкций жилого здания, которые в зимнее время приведут к его про­моканию и промерзанию. Это, в свою очередь, грозит появлением «черной плесени», а в дальнейшем — разрушени­ем конструкции.

Особенно значительными являются результаты обследования различных объектов промышленного назначения, связанных с технологическими процессами при высоких температурах, когда развивающийся внутренний дефект может привести к остановке процесса и значительным финансовым потерям, а также к авариям. К такого рода объектам относятся домны, стекловаренные печи, контейнеры для разлива металла и т. д. На рис. 5 виден дефект фрагмента домен­ ной печи в режиме функционирования — обвал части футеровки, который может привести к остановке технологического процесса, что чревато как потерей продукции, так и выходом из строя самого агрегата.

Тепловизионное обследование
Рис 5

Тепловизионное обследование дымо­вых труб (рис. 6) позволяет без вывода из эксплуатации кроме определения их теплотехнического состояния обнару­жить скрытые дефекты, которые могут повлиять на несущую способность ство­ла трубы.

Из перечисленных примеров должно быть ясно, каким эф­фективным методом является тепловизионный контроль в сфере аварийной профилакти­ки. Он позволяет обследовать функционирующее оборудование в рабочем режиме и гарантирует стопроцентное об­наружение тех аварий, которые связаны с изменением температурного поля поверхности обследуемого объекта.

Петров Д.С., Василевская Э.С.

Также читайте:

Оконная фурнитура | Двери межкомнатные | Деревянные окна | Фурнитура для межкомнатных дверей