МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ

УКРАЇНИ

ДОНБАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

І. М. Симонова,

В. М. Долголаптєв,

О. К. Ніколаєва,

С. І. Симонов

Теплогазопостачання і вентиляція житлових будинків

Навчальний посібник

Рекомендовано вченою радою ДонДТУ

Алчевськ

2011

УДК 697.34

ББК З38+Н762

Т34

Симонова Ірина Миколаївна – канд. техн. наук, доцент кафедри архітектурного проектування та архітектурних конструкцій Донбаського державного технічного університету;

Долголаптєв Віктор Михайлович – канд. техн. наук, доцент кафедри міського будівництва та господарства Донбаського державного технічного університету;

Ніколаєва Олена Климівна – канд. техн. наук, доцент кафедри архітектурного проектування та архітектурних конструкцій Донбаського державного технічного університету;

Симонов Сергій Ігорович – асистент кафедри архітектурного проектування та архітектурних конструкцій Донбаського державного технічного університету.

Рецензенти:

В. В. Рогулін – к.т.н., доц., зав. кафедри автомобільних доріг та аеродромів Луганського національного аграрного університету;

В. М. Соколенко – к.т.н., доц., зав. кафедри МБГ Донбаського державного технічного університету.

Рекомендовано вченою радою ДонДту (Протокол № 7 від 29.10.2010)

Симонова І. М. та ін.

Т34 Теплогазопостачання і вентиляція житлових будинків: Навч. посіб. / І. М. Симонова, В. М. Долголаптєв, О. К. Ніколаєва, С. І. Симонов. – Алчевськ: ДонДТУ, 2011. – 369 с.

ISBN

У навчальному посібнику викладено стислий розвиток енергозбереження в Україні, основні принципи теплотехнічних розрахунків, описи, принципи розрахунку, випробування та експлуатація опалювальних пристроїв, призначених для підтримки заданої температури в житлових і цивільних будівлях.

Матеріали довідкового характеру наведені в обсязі, необхідному для виконання семестрового завдання та курсової роботи №1 з опалення і вентиляції.

Для студентів напряму підготовки 6.060101 "Будівництво" та 6.060102 "Архітектура" 3 та 4 курсів всіх форм навчання.

УДК 697.34

ББК З38+Н762

© І. М. Симонова,

В. М. Долголаптєв,

О. К. Ніколаєва,

С. І. Симонов 2011

© ДонДТУ, 2011

© дизайн обкладинки

ISBN О. М. Дика, 2011

ЗМІСТ

ПЕРЕДМОВА 8

ВСТУП 10

РОЗДІЛ 1. ОСНОВНІ НАПРЯМКИ ТА ЗАВДАННЯ

ЕНЕРГОЗБЕРЕЖЕННЯ 13

Контрольні питання 19

РОЗДІЛ 2. СУЧАСНІ СИСТЕМИ УТЕПЛЕННЯ ФАСАДІВ

БУДІВЕЛЬ 20

2.1 Системи скріпленої теплоізоляції 28

2.2 Вентильований фасад з повітряним зазором 37

2.3 Системи, сконструйовані за принципом "сандвіч",

утеплення цегляних будинків за методом колодязного

мурування та енергозберігаюче захисне покриття 42

Контрольні питання 48

РОЗДІЛ 3. СУЧАСНИЙ СТАН І ПЕРСПЕКТИВИ РОЗВИТКУ

МАТЕРІАЛЬНО-ТЕХНІЧНОЇ БАЗИ ВИРОБНИЦТВА

ТЕПЛОІЗОЛЯЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ 49

Контрольні питання 78

РОЗДІЛ 4. ОСНОВИ БУДІВЕЛЬНОЇ ТЕПЛОТЕХНІКИ 80

4.1 Теплопередача через огородження та способи

передачі тепла 80

4.2 Температурні поля 91

Контрольні питання 96

РОЗДІЛ 5. ТЕПЛОВИЙ РЕЖИМ БУДІВЕЛЬ 97

5.1 Теплова обстановка в приміщеннях 97

5.2 Необхідний опір теплопередачі зовнішнього огородження 107

5.3 Тепловтрати через огороджуючі конструкції 119

5.4 Питома теплова характеристика будівлі 131

Контрольні питання 134

РОЗДІЛ 6. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ОПАЛЕННЯ 135

6.1 Вимоги до опалювальних установок 135

6.2 Класифікація систем опалення 136

6.3 Характеристика теплоносіїв для систем опалення 139

6.4 Техніко-економічне порівняння систем опалення 141

Контрольні питання 144

РОЗДІЛ 7. НАГРІВАЛЬНІ ПРИЛАДИ СИСТЕМ

ЦЕНТРАЛЬНОГО ОПАЛЕННЯ 145

7.1 Вимоги до нагрівальних приладів 145

7.2 Основні види нагрівальних приладів 148

7.3 Вибір, розміщення й установка нагрівальних приладів 159

7.3.1 Приєднування нагрівальних приладів до

трубопроводів систем опалення 162

7.4 Визначення необхідної поверхні нагрівальних приладів 163

7.5 Трубопроводи систем центрального опалення,

їх розміщення і монтаж 180

7.6 Регулювання тепловіддачі нагрівальних приладів 182

Контрольні питання 184

РОЗДІЛ 8. ВОДЯНІ СИСТЕМИ ОПАЛЕННЯ 185

8.1 Класифікація систем водяного опалення 185

8.2 Будова і принцип дії систем водяного опалення 186

8.3 Деталі будови систем водяного опалення 198

8.3.1 Розширювальна посудина 198

8.3.2 Пристрої для наповнення і спорожнювання систем 201

8.3.3 Пристрої для видалення повітря з систем опалення 202

8.3.4 Підбір і установка циркуляційних насосів 204

8.3.5 Теплова ізоляція трубопроводів 207

Контрольні питання 208

РОЗДІЛ 9. ГІДРАВЛІЧНИЙ РОЗРАХУНОК ТРУБОПРОВОДІВ

СИСТЕМ ВОДЯНОГО ОПАЛЕННЯ 210

9.1 Природний тиск, що виникає в системах водяного опалення 210

9.2 Розрахунок трубопроводів двотрубної системи

водяного опалення 215

9.3 Сфера застосування систем водяного опалення

з природною циркуляцією 228

9.4 Розрахунок трубопроводів систем водяного опалення

зі штучною циркуляцією 229

9.5 Особливості розрахунку однотрубних систем

водяного опалення 231

9.6 Сфера застосування систем водяного опалення

зі штучною циркуляцією 233

Контрольні питання 234

РОЗДІЛ 10. СИСТЕМИ ПАРОВОГО ОПАЛЕННЯ 235

10.1 Властивості пари як теплоносія в системі

парового опалення 235

10.2 Класифікація систем парового опалення 236

10.3 Будова систем парового опалення низького тиску 237

10.4 Гідравлічний розрахунок систем парового опалення

низького тиску 241

10.5 Визначення обсягу конденсаційного бака і підбір насоса

для перекачування конденсату 243

10.6 Системи парового опалення високого тиску 245

10.7 Розрахунок трубопроводів систем парового опалення

високого тиску 248

Контрольні питання 250

РОЗДІЛ 11. СИСТЕМИ ПОВІТРЯНОГО ОПАЛЕННЯ 251

11.1 Класифікація систем повітряного опалення:

позитивні характеристики і недоліки 251

11.2 Розрахунок систем повітряного опалення 254

Контрольні питання 257

РОЗДІЛ 12. СИСТЕМИ ПАНЕЛЬНО-ПРОМЕНЕВОГО

ОПАЛЕННЯ 258

12.1 Загальні відомості 258

12.2 Системи панельно-променевого опалення 263

12.3 Техніко-економічні характеристики систем

панельно-променевого опалення 269

Контрольні питання 270

РОЗДІЛ 13. КОТЛИ І КОМПОНУВАННЯ КОТЕЛЬНИХ

УСТАНОВОК 271

13.1 Загальні відомості про котельні установки 271

13.2 Визначення поверхні нагрівання котлів 274

13.3 Димові труби і лежаки 275

13.4 Визначення річної витрати палива 276

13.5 Компонування котельні 278

Контрольні питання 279

РОЗДІЛ 14. ЦЕНТРАЛІЗОВАНЕ ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ 280

14.1 Загальні відомості про теплопостачання 280

14.2 Класифікація систем теплопостачання 281

14.3 Районні котельні та теплоелектроцентралі (ТЕЦ) 283

14.4 Способи прокладки теплопроводів 286

14.5 Приєднування споживачів до теплових мереж 289

14.6 Будова, розрахунок, підбір і установка гідроелеватора 292

Контрольні питання 296

РОЗДІЛ 15. ОСНОВИ ЕКСПЛУАТАЦІЇ СИСТЕМ ОПАЛЕННЯ

І ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ 298

15.1 Основні завдання експлуатації систем опалення 298

15.2 Пуск систем опалення в дію 303

15.3 Експлуатація теплових мереж 306

Контрольні питання 309

РОЗДІЛ 16. ГАЗОПОСТАЧАННЯ 311

16.1 Газові магістральні й розподільні мережі 311

16.2 Будова внутрішніх газопроводів 315

16.3 Газові прилади 316

16.4 Основні положення з експлуатації систем

газопостачання 318

16.4.1 Технічні заходи щодо експлуатації систем

газопостачання будівель 320

Контрольні питання 322

ВИСНОВКИ 323

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ 324

ДОДАТКИ 335

ПЕРЕДМОВА

Навчальний посібник призначений для студентів, які навчаються за напрямом підготовки 6.060101 "Будівництво" та 6.060102 "Архітектура" у Донбаському державному технічному університету, як денної, так і заочної форм навчання.

Автори поставили перед собою завдання описати розвиток енергозбереження в Україні, основні принципи теплотехнічних розрахунків згідно діючого ДБН В.2.6-31:2006 "Конструкції будинків і споруд. Теплова ізоляція будівель", принципові схеми систем опалення і вентиляції, принципи їхнього розрахунку та рекомендації щодо вибору устаткування, а також приклади проектних рішень для міських будівель і споруд. Розрахунок тепловтрат огороджувальними конструкціями будівлі є найважливішим етапом проведення енергоаудиту, а також найважливішою частиною розрахунку при проектуванні систем опалення будинку.

У посібнику викладені норми керівних указівок щодо інженерного устаткування будівель і споруд, наведені техніко-економічні оцінки різноманітних систем центрального опалення, що можуть бути використані у курсовому й дипломному проектуванні.

Майже 30% усього палива, що спалюється в нашій країні, витрачається з метою опалення і вентиляції будівель. Тому з економічної точки зору, у зв’язку з високою вартістю енергоресурсів і з великою напруженістю енергетичного балансу країни надається велике значення раціональному використанню палива в системах опалення і вентиляції. Раціональне інженерне рішення теплопостачання і вентиляції будівель може дати великий економічний ефект.

У даному навчальному посібнику викладено основні положення і методи проектування систем опалення і вентиляції.

Наприкінці кожної глави подано перелік питань для самоконтролю. Мета упорядкування питань – зосередити увагу на найголовніших положеннях.

Знання іншої частини необхідно перевіряти за питаннями, поставленими самостійно. Більша частина проробленого таким чином матеріалу збережеться в пам’яті надовго і складе обсяг знань, яким повинен володіти менеджер, що добре знає свою справу.

Автори висловлюють подяку за велику і кропітку роботу з рецензування рукопису і за ряд цінних зауважень і рекомендацій, що були враховані при остаточній його доробці.

Усі пропозиції та критичні зауваження, які сприяють поліпшенню навчального посібника, просимо направляти за адресою: 349104, м. Алчевськ Луганської області, проспект Леніна, 16, Донбаський державний технічний університет, кафедра архітектурного проектування та архітектурних конструкцій або по e-mail: IrinaSimByr@mail.ru.

ВСТУП

На виконання Розпорядження Кабінету Міністрів України від 17.12.2008 № 1567-р "Про програми підвищення енергоефективності та зменшення споживання енергоресурсів" розроблена галузева програма підвищення енергоефективності у будівельній галузі на 2010 – 2014 роки.

У Програмі представлено дані аналізу існуючого стану з забезпечення енергоефективності в будівельній галузі, на підставі яких визначено пріоритетні напрямки реалізації державної політики енергозбереження, шляхи максимального використання резервів економії паливно-енергетичних ресурсів у галузі, сформовано комплекс організаційних, технічних та економічних заходів взаємопов’язаних за ресурсами, виконавцями та строкам реалізації, які направлено на підвищення енергоефективності будівельної галузі.

За призначенням інженерні системи, що мають суттєве енергоспоживання у будівлях, поділяють на такі: опалення, вентиляція, кондиціювання, гаряче водопостачання, освітлення.

Очікуване Україною входження до європейського простору передбачає прийняття загальноєвропейських правил та шляхів їх реалізації. Програма передбачає встановлення цілеспрямованих дій, що орієнтовані на покращення енергетичного стану України та забезпечення загальнолюдських цінностей – збереження планети для наступних поколінь за рахунок захисту оточуючого середовища. Галузевою програмою також враховується комплексність європейських підходів щодо економії природних ресурсів, їх раціонального використання та реалізації заходів із забезпечення Кіотського протоколу.

За час незалежності України постійно здійснювалось реформування нормативної бази зазначених систем з метою наближення до європейських вимог. Так, чинними з 1996 р. зміною № 1, з 2000 р. зміною № 2, з 2001 р. зміною № 2 (міждержавні) до СНіП 2.04.05-91 «Отопление, вентиляция и кондиционирование», чинною з квітня 2009 р. зміною № 1 до ДБН В.2.2-15-2005 "Будинки і споруди. Житлові будинки. Основні положення", а також уперше введеними в 2009 р. ДБН В.2.2-24-2009 "Проектування висотних житлових і громадських будинків" та ДБН В.2.5-39-2008 "Інженерне обладнання будинків і споруд. Теплові мережі" нормативні вимоги до систем водяного опалення житлових будівель (при новому будівництві та реконструкції) повністю відповідають мінімальним вимогам до цих систем за європейськими нормами. До того ж здійснено перехід від нормування мікроклімату приміщень від допустимих до оптимальних параметрів температури повітря, який забезпечив покращення рівня теплового комфорту приміщень. Обов’язковим стало терморегулювання приміщень (встановлення терморегуляторів на опалювальних приладах), яке забезпечує зменшення енергоспоживання будівель приблизно на 20%. Обов’язковим також є регулювання систем опалення за погодними умовами (встановлення регуляторів теплового потоку в індивідуальному тепловому пункті будівлі), що дозволяє економити близько 10% теплової енергії. На зміну енергонеефективним елеваторам у теплових пунктах запроваджено обов’язкове застосування насосів, у тому числі з частотним регулюванням, яке заощаджує близько 60% електроенергії на прокачування теплоносія.

Одночасно необхідно відзначити, що основним резервом енергозбереження є зниження споживання енергоресурсів об’єктами житлово-громадського призначення, доля яких у загальному споживанні будівельною галуззю складає понад 80%. Приведення теплотехнічних властивостей об’єктів до сучасного європейського рівня дозволить крім заощадження енергоресурсів вирішити проблему забезпечення нормативного рівня комфорту житлового середовища, відсутність якого стала суттєвою соціальною проблемою мешканців багатоквартирних житлових будинків і працівників закладів соціального призначення.

Вивчення курсів "Теплогазопостачання і вентиляція" та "Інженерне обладнання будівель" передбачає одержання знань по конструкціям, принципам дії та характерним властивостям різноманітних систем опалення, використовуваних у сучасній опалювальній техніці, освоєння основ проектування, методів розрахунку й експлуатації.

РОЗДІЛ 1. ОСНОВНІ НАПРЯМКИ ТА ЗАВДАННЯ

ЕНЕРГОЗБЕРЕЖЕННЯ

З метою вирішення проблеми енергозбереження в будівельних об’єктах і забезпечення енергоефективності будівель Міністерство будівництва, архітектури та житлово-комунального господарства України ввело ДБН В.2.6-31:2006 "Конструкції будинків і споруд. Теплова ізоляція будівель".

В ДБН В.2.6-31:2006 підвищені норми теплоізоляції будівлі. За десять років (після того, як були внесені останні зміни норм теплоізоляції) наша країна не стала багатшою на енергоресурси і повинна вести стратегічну політику щодо технічного розвитку, тобто максимального енергозбереження. В нових нормах будівля розглядається з точки зору її енергоефективності, що означає не просто енергозбереження, а забезпечення оптимального мікроклімату в приміщенні при оптимальному витрачанні енергоресурсів. При цьому під мікрокліматом розуміється не просто температура повітря, а всі ті параметри, що обумовлюють цю температуру.

Будівля розглядається як єдина теплоізолююча оболонка, елементи якої взаємопов’язані, і рівень теплоізоляції кожного з них можна оптимізувати. Все це призводить до того, що підвищуються вимоги до інженерного забезпечення проектного опрацювання будівлі, вводяться альтернативні методи проектування теплоізоляції будинку за рахунок оптимізації енерговитрат через різні елементи огороджувальної оболонки будинку.

К першочерговим заходам з енергозбереження відносять:

• встановлення приладів обліку споживання теплової енергії;

• автоматичне регулювання теплової потужності. Системи опалення, вентиляції та гарячого водопостачання повинні бути обладнані регулювальними клапанами, які зменшують обіг теплоносія в залежності від потреб;

• зниження теплової потужності в неробочий час. Вночі, у вихідні дні, а також під час канікул у навчальних закладах температура в приміщеннях повинна знижуватися, а системи гарячого водопостачання – відключатися. Такий режим автоматично забезпечує спеціальний регулятор;

• утеплення дахів малоповерхових будинків. Під час ремонту покрівель будинків доцільно посилити їх теплову ізоляцію.

Подальший розвиток і вдосконалення існуючих нормативних та методичних документів, спрямованих на енергоефективність, потребує реалізації комплексного підходу щодо мінімізації енергоспоживання об’єктів, включаючи, крім запровадження сучасних огороджувально-утеплювальних систем і конструкцій, комплексний облік і автоматичне регулювання споживання всіх видів енергоресурсів, забезпечення сучасного рівня комфорту в приміщеннях, оптимізацію використання джерел енергопостачання з розширенням їх за рахунок використання альтернативних та відновлювальних джерел енергії (сонця, вітру, геотермальної біоенергії, природної та техногенної теплоти), оптимізацію об’ємно-планувальних рішень будинків, їх форми та орієнтації у конкретних кліматичних умовах.

Підвищення енергоефективності будівель в основному досягається:

• збільшенням опору теплопередачі огороджувальних конструкцій (використовуються ефективні утеплювачі);

• застосуванням систем вентиляції з поверненням теплової енергії видаленого повітря (при цьому 1 кВт електроенергії забезпечує до 7 кВт теплової енергії);

• використанням індивідуальних чи колективних установок поновлюваної енергії та енергоефективних опалювальних систем (сонячні колектори й батареї, теплові насоси, біоенергетичні установки, вітрові електростанції, інфрачервоні нагрівачі, карбонові нагрівачі, енергозберігаючі освітлювальні та нагрівальні прилади тощо);

• застосуванням систем автоматичного керування режимами роботи інженерного обладнання та побутових електроприладів (оптимізуються режими економії витрат енергії та автоматично підтримується комфортний мікроклімат усередині приміщень);

• енергоефективними архітектурно-планувальними рішеннями (вибір енергоефективної форми будинку, енергетично раціональна орієнтація будинку по частинах світу і троянді вітрів, енергетично раціональне розташування буферних зон, зимових садів, атріумів віконних і дверних прорізів тощо).

Таким чином, енергоефективний будинок – це:

• будинок, в якому оптимізовані всі енергетичні процеси;

• будинок, у якого суттєво знижене споживання енергії, що робить його практично енергонезалежним та екологічно безпечним;

• будинок, в якому автоматично підтримуються комфортні параметри мікроклімату всередині приміщень.

На підставі вищенаведеного можна дати наступне визначення енергоефективності будівлі: це сукупність архітектурно-планувальних, конструктивних та інженерних рішень в будівлі, що забезпечують комфортність проживання і мінімум витрат теплової енергії, що припадає на підтримку мікроклімату в приміщенні.

З огляду на досвід Європейських країн і США з ефективного використання теплової енергії, необхідне рішення наступних завдань:

• проведення енергоаудиту будівель з визначенням фактичних опорів теплопередачі огороджувальних конструкцій та їх тепловтрат;

• визначення тепловтрат зовнішніми огородженнями та витрати теплової енергії;

• забезпечення ефективної теплоізоляції новозведених будинків, а також пропозиції щодо збільшення опору теплопередачі огороджувальних конструкцій існуючих будівель з урахуванням вимог сучасних нормативних документів (ДБН В.2.6.-31:2006 "Конструкції будівель і споруд. Теплова ізоляція будівель");

• розробки енергетичних паспортів будівель;

• розробки регіональних норм;

• підготовки рекомендацій по теплоізоляції будинків з обов’язковим урахуванням кліматичної зони району будівництва.

Одним із головних завдань, яке необхідно вирішувати в процесі реформування житлово-комунального господарства України, є підвищення ефективності енергозбереження до рівня, коли воно стане інноваційно привабливим і здатним забезпечити не менше 20 – 30% реальної економії паливно-енергетичних ресурсів у цілому по ЖКГ.

Для контролю енергозбереження, аналізу та підвищення енергоефективності житлових будинків необхідно проводити їх енергоаудит.

Енергоаудит – це комплексне обстеження житлового фонду на предмет витрати теплової енергії, виявлення нераціональних втрат тепла, розрахунку тепловтрат зовнішніми огородженнями, розробка енергозберігаючих заходів, а також видача рекомендацій та визначення ефекту від їх впровадження.

Енергоаудит проводиться у кілька етапів:

1) Обстеження будівлі. Одним з універсальних методів, що застосовуються при обстеженні будівель, є тепловізійна зйомка. За допомогою тепловізора – телекамери, що знімає об’єкт в інфрачервоному випромінюванні, – у реальному часі можна отримати картину розподілу температури на поверхні об’єкта – з точністю до 0,1°C. Після комп’ютерної обробки даних оцінюється загальний температурний режим і також визначаються місця інтенсивних тепловтрат – на екрані приладу вони виглядають як ділянки, що світяться. Під час обстеження енергоаудитор намагається отримати найповнішу інформацію про огороджувальні конструкції будівлі, їх теплоізоляцію, роботу вентиляції, місцезнаходження будівлі, якість теплоізоляції, температуру внутрішніх приміщень, ефективність роботи тепловузла тощо. На основі результатів натурних досліджень проводиться оцінка відповідності фактичних значень теплоенергетичних показників проектним і визначається фактичний опір теплопередачі огородження. Термографія будівлі проводиться під час опалювального періоду за розробленою методикою, результати якої додаються до звіту енергоаудиту разом з фотозображеннями, щоб була можливість визначити точне місцезнаходження дефектів теплоізоляції або огороджувальних конструкцій.

2) Збір даних. Енергоаудит починається зі збору вихідних даних про стан теплоенергетичного господарства житлового будинку. Необхідні вихідні дані повинні містити теплотехнічні характеристики зовнішніх огороджень, вікон, дверей та ін. Тому виконується обмір зовнішніх поверхонь опалювальної частини будівлі, виділяються площі віконних прорізів, встановлюється склад кожного зовнішнього огородження (товщина кожного шару при багатошаровій конструкції, коефіцієнт теплопровідності матеріалу) і розраховується його приведений опір теплопередачі.

Інформація, яку не вдалося отримати під час обстеження, збирається шляхом вивчення технічної документації та у співпраці з обслуговуючим персоналом будівлі. Для більш точних розрахунків необхідний інвентаризаційний план будинку, а також, по можливості, більш точні дані про споживання теплоенергії під час опалювального сезону для будівлі в цілому, та інформація про середню зовнішню температуру. Навіть у разі, коли такі дані недоступні, проведення енергоаудиту можливе, але в цьому випадку в розрахунках буде використовуватися теоретична модель будівлі.

3) Складання теплового балансу. Провадиться розрахунок тепловтрат за методиками, запропонованими стандартами в конкретних кліматичних умовах для даного кліматичного району. Розрахункова температура внутрішнього повітря приміщень та методика розрахунку теплотехнічних показників та тепловтрат приймається згідно з ДБН В.2.6-31:2006 "Теплова ізоляція будівель", а кількість днів з температурою зовнішнього повітря t_з<8°С та середня температура зовнішнього повітря за цей період згідно зі СНіП 2.01.01-82 «Строительная климатология и геофизика».

4) Розробка заходів з підвищення енергоефективності. Пропонуються декілька заходів щодо зменшення втрат теплової енергії. Очікувану економію можливо отримати за умови якісно проведених будівельних робіт з дотриманням всіх зазначених рекомендацій в звіті енергоаудиту.

5) Підготовка звіту енергоаудиту. Ґрунтуючись на даних, отриманих під час обстеження, і на інформації від обслуговуючого персоналу, заповнюється звіт енергоаудиту. У звіт входять термограми з коментарями (для аудитів, проведених під час опалювального сезону), список заходів з підвищення енергоефективності та розрахунок економії енергії.

Контрольні питання:

1. Назвіть першочергові заходи з енергозбереження.

2. Якими заходами досягається підвищення енергоефективності будівель?

3. Який будинок називається енергоефективний?

4. Назвіть основні завдання енергозбереження.

5. Що називається енергоаудитом? Основні етапи енергоаудиту.

РОЗДІЛ 2. Сучасні системи утеплення

фасадів будівель

Для зниження енергоспоживання житлових будинків необхідно здійснити цілий комплекс інженерно-технічних заходів, що включають розробку раціонального об’ємно-планувального рішення будинку, використання енергоефективного інженерного обладнання будівлі, обов’язкове регулювання надходження тепла в будинок, використання нетрадиційних систем енергозабезпечення житлових будинків, а також підвищення теплового захисту будівель. Введення цілого комплексу енергозберігаючих заходів дозволить за експертними оцінками скоротити енерговитрати в житловому секторі в 2...2,5 рази.

У комплексі енергозберігаючих заходів, особлива увага приділяється підвищенню теплового захисту будівель. Застосування ефективних зовнішніх огороджувальних конструкцій і скорочення тепловтрат у вузлах сполучень з іншими конструкціями дозволить знизити енергоспоживання будівель на 20...30%. Зниження до мінімуму тепловтрат через стіни будинків дає змогу на 30% і більше зменшити витрати на опалення й, отже, знизити викиди в атмосферу продуктів горіння, що дуже важливо в сучасній непростій екологічній ситуації.

Основна тенденція розвитку конструкцій теплоізоляції будинків – широке використання фасадної теплоізоляції. В Україні введений системний комплекс нормативних документів з встановлення вимог до проектування, улаштування та експлуатації конструкцій фасадної теплоізоляції – ДБН В.2.6-33:2008, ДСТУ Б В.2.6-34:2008, ДСТУ Б В.2.6-35:2008, ДСТУ Б В.2.6-36:2008. За цим напрямком нормування та стандартизації Україна випередила інші країни.

В той же час, необхідно на якісно новому рівні забезпечити збільшення будівництва будинків на основі панельних стін заводського виготовлення. Сучасні технології та технічні рішення дозволяють досягати необхідних теплоізоляційних та експлуатаційних показників панельних стінових конструкцій з одночасною індустріалізацією їх виготовлення та монтажу.

Для малоповерхового будівництва потрібний подальший розвиток технології виготовлення будинків повної заводської готовності. Також потребує удосконалення нормативна база з вимог до металевих панелей стінових та дахових з ефективними теплоізоляційними матеріалами.

Забезпечення показників енергоефективності потребує змін в конструктивних рішеннях теплоізоляційної оболонки житлових та громадських будинків. Забезпечення теплотехнічних показників огороджувальних конструкцій можливо тільки при використанні ефективних теплоізоляційних матеріалів. Конструкції зовнішніх стін, теплотехнічні показники яких є визначальними в тепловому балансі житлових багатоповерхових будинків складаються з кількох шарів, які виконують теплоізоляційні та захисні функції.

Як видно з таблиці 2.1, на стіни припадає велика кількість тепловтрат, що у залежності від року забудови будинку коливається від 20 до 39% від загальних тепловтрат будівлі.

Аналогічні дослідження проводилися і зарубіжними фахівцями. Так, за розрахунками фахівців австрійської компанії Baumit, тепловтрати будівлі виглядають так: стіни – 30 – 40%, вікна – 30 – 45%, дах – 15 – 20%, підвал – 2 – 15%. Кількість рідкого палива, необхідного для обігріву будинку за рік, становить: не утепленого – 13 л/м²; частково утепленого – 5 л/м²; утепленого відповідно до вимог нормативних документів – 2 л/м².

Таблиця 2.1 – Структура тепловитрат житлових та громадських будинків з різним рівнем опору теплопередачі огороджувальних конструкцій

Характеристика будинку	Тепловтрати через елементи будинків у % до загальних тепловтрат
	непрозорі стіни	прозорі конструкції	дах	цокольне перекриття	повітрообмін
Забудова до 1995 р.	39	21	4	1	35
Забудова 1996 – 2006 р.р. зі стінами з: RΣ=1,6 м2 ·°К/Вт RΣ=2,0 м2 ·°К/Вт RΣ=2,5 м2 ·°К/Вт	27	24	4	1	44
	23	26	4	1	46
	19	27	4	1	49
Забудова після 2007 р.	20	24	2	1	53

Серед пропонованих будівельно-технологічних рішень важливо вибрати найбільш оптимальну систему утеплення будівлі певної конструкції для конкретних кліматичних умов. При виборі системи утеплення необхідно оцінити її основні показники: сумарний приведений опір теплопередачі, який визначається з умов енергозбереження, економічну ефективність застосування (наведені витрати), протипожежну безпеку, архітектурну виразність, стійкість до погодних умов та інші.

Зараз на будівельному ринку України активно впроваджують різні багатошарові теплоізоляційні системи. Особливо популярні системи зовнішньої теплоізоляції. Найбільш якісні з них здатні заощадити до 60% теплової енергії.

Варто зауважити, що за останній час в Україні видано велику кількість нормативних документів з проектування фасадної теплоізоляції, однак тривалої практики експлуатації таких систем поки немає в порівнянні з іншими країнами світу, де накопичено величезний досвід встановлення таких фасадів.

Через різноманіття архітектурних форм застосовують різні за конструктивними та теплофізичними властивостями системи огороджувальних конструкцій (фасадні системи).

Ефективними є такі рішення, за допомогою яких на фасаді будинку можна створити суцільну та рівномірну теплоізоляційну оболонку, забезпечити оптимальні умови експлуатації теплоізоляційного шару (унеможливити доступ вологи, забезпечивши клейові та механічні кріплення тощо). Від цих параметрів залежить довговічність та експлуатаційна надійність систем.

Основне призначення теплоізоляційної оболонки будинку: запобігти втратам тепла через зовнішні огороджувальні конструкції та зберегти необхідний температурно-вологісний режим будівлі, зокрема – забезпечити нормальну вологість повітря в приміщеннях.

Вологість в приміщеннях не повинна перевищувати верхню межу в 50 – 60%, що властиво нормальному вологісному режиму приміщення. Однак ця умова дуже часто порушується. Протягом години людина виділяє від 70 до 100 г вологи. Якщо при цьому вона знаходиться в житловому приміщенні, то до цієї кількості необхідно додати вологу, що з’являється при приготуванні їжі, пранні тощо, тобто побутову вологу, в результаті чого рівень вологості збільшується багаторазово. Тому для створення комфортного та здорового мікроклімату зовнішні стіни повинні "дихати", що означає – мати достатню повітро- й паропроникність.

З точки зору паропроникності, різниця в послідовності розташування шарів у огороджувальної конструкції вельми істотна. Для того, щоб побутова волога безперешкодно видалялася з приміщення через стіни, опір паропроникненню шарів має зменшуватися в напрямку до атмосфери. Якщо ж шар, наступний за теплоізоляційним матеріалом, має меншу паропроникність, ніж утеплювач, то в теплоізоляторі буде відбуватися накопичення вологи. Вологісний режим будівельних конструкцій тісно пов’язаний з тепловим.

Загальновідомо, що вологий будівельний матеріал, особливо теплоізоляційний, неприйнятний як з гігієнічної точки зору, так і з теплотехнічної. При збільшенні вологості різко збільшується коефіцієнт теплопровідності і, відповідно, знижується загальний опір теплопередачі конструкції. Вологі конструкції – причина утворення грибка, цвілі. Крім теплотехнічного та санітарно-гігієнічного значення нормальний вологісний режим огорожі має також і велике технічне значення, оскільки обумовлює довговічність огорожі. Наприклад, звичайна керамічна цегла, яка є досить довговічним матеріалом, руйнується за короткий час в мокрих стінах.

Тому в сучасних нормативних документах прийняті наступні умови проектування огороджень: при проектуванні теплоізоляційної оболонки будинку на основі багатошарових конструкцій, треба розташовувати з внутрішньої сторони конструкцій шари з матеріалів, що мають більш високу теплопровідність, теплоємність та опір паропроникненню.

При проектуванні нових будинків та реконструкції існуючих, шари з теплоізоляційних матеріалів слід розташовувати з зовнішньої сторони огороджувальної конструкції, використовуючи при цьому системи фасадні теплоізоляційно-опоряджувальні. Не рекомендується застосовувати конструктивні рішення з шарами із теплоізоляційних матеріалів з внутрішньої сторони конструкції через можливе надмірне накопичення вологи в теплоізоляційному шарі, що призводить до незадовільного тепловологісного стану конструкції й приміщення в цілому, а також до зниження теплової надійності оболонки будинку.

Варіант пристрою додаткової теплоізоляції зовні будівлі має наступні переваги:

• забезпечується захист основного матеріалу стіни (цегляна кладка, бетон) від змінного заморожування і відтавання та інших атмосферних впливів;

• вирівнюються температурні коливання основного масиву стіни, завдяки чому виключається поява в ньому тріщин внаслідок нерівномірних температурних деформацій, що особливо актуально для зовнішніх стін з великих панелей. Ці фактори сприяють збільшенню довговічності несучої частини зовнішньої стіни;

• зсувається точка роси в зовнішній теплоізоляційний шар, завдяки чому виключається відсирівання внутрішньої частини стіни;

• створюється сприятливий режим роботи стіни за умовами її паропроникності, що виключає необхідність влаштування спеціальної пароізоляції;

• створюються умови формування більш сприятливого мікроклімату приміщення внаслідок зростання теплоакумулюючої здібності масивної частини будинку. Цегляні стіни з зовнішньою теплоізоляцією при відключенні джерела тепла остигають в 6 разів повільніше стін з внутрішньої теплоізоляцією при одній і тій самій товщині шару утеплювача. Тому, коливання тепловіддачі систем опалення, короткочасні притоки холодного повітря при відкриванні вікон і дверей, температурні коливання зовнішнього повітря не настільки відчутно позначаються на внутрішньому мікрокліматі приміщень. Ця особливість зовнішньої теплоізоляції може бути використана для економії енергії в системах з регульованою подачею тепла, а також при пасивному використання сонячної енергії у разі значних розмірів світлопрозорих огороджень, що може забезпечити до 18...25% економії теплових ресурсів при орієнтації приміщень на південь для центральних і південних регіонів;

• поліпшується в ряді випадків архітектурно-художній вигляд фасадів будівель;

• зберігається площа приміщень;

• забезпечується можливість утеплення будівель без створення дискомфортних умов проживання або виселення мешканців.

При проектуванні теплоізоляційної оболонки будинку з використанням термічно неоднорідних огороджувальних конструкцій для зменшення термічної неоднорідності в площині фасаду будинку необхідно забезпечувати щільне прилягання теплоізоляційних матеріалів до теплопровідних включень – колон, балок, перемичок, внутрішніх перегородок, вентиляційних каналів тощо, і передбачати заходи відповідного контролю. Ненаскрізні теплопровідні включення слід розташовувати ближче до теплої сторони огородження. Наскрізні, головним чином, металеві включення (профілі, стрижні, болти) мають бути ізольовані матеріалами з теплопровідністю не більше 0,35 Вт/(м ·°К).

Під час проектування будинків треба передбачати захист внутрішніх поверхонь стін від впливу вологи, зовнішніх – від атмосферних опадів з використанням опоряджувально-захисних шарів покриття (облицювання, штукатурки, фарбування), які вибираються залежно від матеріалу стін, їх конструктивного рішення та умов експлуатації. Огороджувальні конструкції, що контактують з ґрунтом, необхідно захищати від ґрунтової вологи шляхом розміщення в стінах (зовнішніх і внутрішніх) вище вимощення будинку, а також нижче рівня підлоги цокольного чи підвального поверхів горизонтальної гідроізоляції, а в підземній частині стін – вертикальної гідроізоляції.

Нині в будівельному виробництві застосовують багато систем теплоізоляції. Для теплоізоляції каркасно-монолітних будинків використовують метод "сандвіч", за яким створюють самонесучі стіни. Несучу функцію виконує цегляна стіна товщиною в одну або півтори цегли (250 мм, 380 мм), а як утеплювач для досягнення необхідного значення опору теплопередачі стін використовують різні сучасні високоефективні теплоізоляційні матеріали. Утеплюючий шар може розташовуватися:

• з внутрішньої сторони огороджувальної конструкції;

• всередині стіни (так звана колодязна кладка);

• з зовнішнього боку огороджувальної конструкції – навісні вентильовані системи, штукатурні системи утеплення так званого мокрого типу.

Може прийматися інша схема – це блоки з пористого бетону, повітряний простір і шар облицювальної цегли.

Утеплення за методом колодязного мурування аналогічне тришаровим панелям на жорстких зв’язках у великопанельному домобудівництві.

Поширеним методом утеплення громадських, адміністративних будівель є метод "вентильованих фасадів".

Різноманітність сучасних теплоізоляційних і захисно-оздоблювальних матеріалів дозволяє застосовувати для встановлення додаткової теплоізоляції зовнішніх стін різні конструктивно-технологічні рішення.

Системи зовнішнього утеплення фасадів знаходять широке застосування при будівництві, як нових будівель, так і при реконструкції існуючого житлового фонду. Вибір того чи іншого способу утеплення зовнішніх стін повинен бути пов’язаний з обов’язковим урахуванням не тільки вартості утеплення, але й теплотехнічних характеристик матеріалів, кліматичних параметрів району будівництва, вимог з тепло-, гідро- та звукоізоляції до окремих конструктивних елементів, умов виконання робіт та інших факторів.

Дослідження зарубіжного досвіду показали, що 65% від загального обсягу робіт з утеплення зовнішніх стін виконується способом з оштукатурюванням фасадів, 10% – із застосуванням облицювань з дрібноштучних матеріалів, 25% – встановленням вентильованого фасаду.

Останнім часом на ринку утеплення фасадів з’явилося енергозберігаюче захисне покриття у вигляді шару фасадної фарби. Покриття складається з полімерної основи, наповненої вакуумованими керамічними сферами.

Найпоширенішою на ринку України є система теплоізоляції, яку умовно називають скріпленою.