4.3. Тепловые потери и способы их уменьшения

Тепловые потери типичных жилых домов и других зданий происходят по трем основным причинам:

- из-за теплопроводности через стены, крыши и полы, а также в ре­зультате (но в гораздо меньшей степени) излучения и конвекции;

- вследствие теплопроводности и меньшей степени путем излучения и конвек­ции через окна и другие виды остекления;

- из-за конвекции и перетока воздуха через наружные ограж­дения здания, который обычно бывает через открытые окна, двери и вен­тиляци­онные отверстия (принудительно или естественно) или инфильт­рацией (проникновением воздуха через щели в ограждающих конструкциях здания, например по периметру дверных, оконных рам).

В зависимости от того, имеет ли здание хорошую изоляцию или нет, много в нем окон или мало и каковы величины инфильтрации и поступления наружного воздуха, каждый из этих трех факторов составляет от 20 до 50% об­щих тепловых потерь здания.

Основные источники тепловых потерь здания почти невозможно рас­сматривать независимо друг от друга. Разные типы остекления и конструкции стен существенно различаются по количеству проходящей через них теплоты. Например, двойное остекление пропустит теплоты вдвое меньше, чем одинарное, а стена с хорошей изоляцией - около 1/30 (около 4%) того количества теплоты, ко­торое проходит через одинарное остекление. Одинаковое количество теплоты бу­дет потеряно через хорошо изолированную стену 9·2,5 метра и через окно с оди­нарным остеклением 1,2·0,6 метра.

Применение изолирующих ставней для закрытия окон ночью значительно снижает теплопотери. Изолирующие ставни могут также эффективно снизить радиационные потери теплоты и часто почти полностью исключить фильтрацию воздуха. В зависимости от теплового сопротивления изолирующих ставней по­тери теплоты вследствие теплопроводности через окно со ставнями можно уменьшить до 10 раз по сравнению с окном без ставней.

В качестве простого примера экономии в результате применения ставней сравним потери через окно вследствие теплопроводности и для случаев отсут­ствия ставней. Если ставни открыты только в течение дневных часов, т.е. от 40 до 65 % времени отопительного сезона, то благодаря ставням теплопотери бу­дут существенно снижены в течение остальной части отопительного сезона. Если ставни закрыты 1/3 времени, то будет сэкономлено примерно 30 % энер­гии. Если ставни закрыты половину времени, то будет сэкономлено примерно 60 % энергии. Кроме того, существуют несколько факторов, способствующих повы­шению экономии. Например, ночью, когда ставни закрыты, наружная тем­пера­тура воздуха обычно ниже, чем днем. Радиационные потери теплоты также наибо­лее значительны ночью. В дневное время, когда ставни открыты, по­тери теплоты существенно компенсируются поступлением через окна теплоты от солнеч­ного света. По­этому значение ставней для экономии энергии, особенно в сель­ской местности, велико, и их при­мене­нию следует уделять большое внимание.

Тепловые потери за счет конвекции и перетока воздуха через проемы в наружных ограждающих конструкциях зданий могут составлять значительную часть общих потерь теплоты. Эта составляющая потерь бывает особенно ве­лика для таких зданий, как школы, больницы, зрительные залы, в которых тре­буются повышенные скорости вентиляции. Поэтому надо применять теплорегенери­рующие устройства, передающим теплоту от отработанного воздуха к по­ступаю­щему в помещения. Летом приточ­ный воздух охлаждается отработан­ным.

Небольшие вентиляторы, подобные применяемым в ванных комнатах и кухнях, являются причиной утечки меньшего, но все же существенного количе­ства теплоты. Следует отдавать предпочтение вентиляторным системам, которые фильтруют и циркулируют воздух, а не выбрасывают его наружу.

Рис. 10. Теплоизоляция фундамента и пола: 1, 2, 3, 4 - поступления и потери теплоты через остекление; 5 - бетонный или кирпичный пол; 6 - песчаная,

щебе­ночная или бетонная подготовка; 7 - жесткая конструкционная

теплоизоляция; 8 - гидроизоляционный слой; 9 - земля.

Рис. 11. Деталь конструкции, обеспечивающая дополнительные изоляционные свойства деревянной фахверковой стены: 1 - наружный отделочный слой; 2 - наружная обшивка; 3 - слой нанесенного набрызгом полиуретана (25 мм); 4 - стекловолокно со слоем фольги (50 мм); 5 - воздушный промежуток (12 мм); 6 - пароизоляция из полиэтилена (0,1 мм); 7 - внутренний отделочный слой.

Рис. 12. Теплоизоляция вокруг электрораспределительных коробок,

выключа­телей и труб: 1 - войлочная теплоизоляция;

2 - электрораспределительная ко­робка; 3 - пароизоляция.

Рис. 13. Устройство теплоизоляции камина, примыкающего к наружной стене: 1 - подкаменная плита; 2 - огнеупорный кирпич; 3 - наружная стена;

4 - засып­ная теплоизоляция (толщина 75 мм).

Рис. 14. Уменьшение потерь теплоты через раздвижную стеклянную дверь при помощи стационарной рамы со стеклопакетом и двери с теплоизоляцией: 1 - изолирующее стекло; 2 - дверь с теплоизоляцией.

Рис. 15. Добавление второй рамы к окну, уже имеющему стеклопакет

(сниже­ние тепловых потерь на 30-50%).

Другой причиной увеличения теплопотерь при обмене между внутренним и наружным воздухом является открывание и закрывание окон и дверей. Чтобы уменьшить расход энергии на отопление и охлаждение, каждый дверной проем должен иметь две двери, которые при необходимости могут располагаться вплотную друг к другу. Например, вторая дверь может быть навешена допол­нительно рядом с основной стандартной дверью. Однако лучше отделять двери друг от друга тамбуром для того, чтобы при открывании наружной двери внутрен­няя дверь оставалась закрытой. Вращающиеся двери приемлемы в местах с ин­тенсивным перемещением людей, а в сочетании с тамбурами такие двери - хорошее средство для экономии энергии.

Ветер является важным фактором в ежеминутном изменении количества воздуха, проникающего в здание. Зарубежными исследованиями показано, что при скорости ветра 8 м/с тепловые потери на нагрев поступающего наружного воздуха возрастают в 2 раза по сравнению с нагрузкой, рассчитанной при ско­рости ветра 2 м/с. Экономия топлива может достигать 30% при хорошей защите здания с трех сторон. В северном полушарии обычно северная и западная стены здания открыты ветру. Поэтому здания надо ориентировать так, чтобы не попадать под господствующие ветры, или иметь защитные экраны (природные растительные или искусственные), чтобы избежать повышенной фильтрации воздуха по периметру дверей, окон и других проемов. Входы в здание не должны располагаться с северной и западной сторон. А если они так расположены, то защита от ветра особенно важна.

Рис. 16. Расположение естественных преград ветру для экономии тепловой энергии (для случая показанных направлений ветра): 1 - здание; 2 - господствующие летние ветры; 3 - зеленые (летние) насаждения; 4 - господствующие зимние ветры; 5 - вечнозеленые насаждения; 6 - зимние штормовые ветры.

Весьма важным при рассмотрении влияния перетоков воздуха в здании на расход энергии является учет проникновения воздуха через трещины и щели в стенах, крышах и окнах. Создание замкнутых воздушных промежутков в стенах зданий и плотная подгонка окон и дверей могут существенно уменьшить влия­ние инфильтрации воздуха. Инфильтрация воздуха через щели в ограждающих поверхностях здания является наиболее важным фактом, который следует учи­тывать при разработке мероприятий по защите от воздействия ветра. Опреде­ленное количество наружного воздуха необходимо людям для вентиляции и ощущения свежести, поэтому естественное проникновение воздуха через щели иногда учитывается при расчете принудительной вентиляции. Тем не менее, надо при­нимать меры для уменьшения такой неконтролируемой инфильтрации наружного воздуха. По мере снижения доли других факторов, вызывающих потери теплоты, проникновение наружного воздуха занимает все больший процент в общей сумме факторов. Сведя к минимуму неконтролируемую инфильтрацию воздуха можно экономить значительное количество энергии.

Может быть полезным и использование в окнах энергосберегающих стекол, принцип действия которых показан на рис. 17.

Рис. 17. Принцип действия энергосберегающих оконных стекол.