Тема 12. Энергосбережение в зданиях и сооружениях

Цель: дать характеристику систем отопления зданий, рассмотреть источники потерь тепла в конструкций сооружений, осветить аспекты рационального использования энергии а бытовых целях.

Ключевые определения: теплоизоляция, система отопления, система водоснабжения, коэффициент теплопотери, дом низкого энергопотребления.

План занятия:

1.Тепловые потери в зданиях и сооружениях.

2.Теплоизоляция зданий и сооружений.

3.Рациональные системы отопления и использование энергии в бытовых целях.

1.Тепловые потери в зданиях и сооружениях.

Тепловые сети.

Различают три способа распространения тепла: теплопроводность, конвекцию и тепловое излучение.

Теплопроводность количество тепла, передаваемое через единицу поверхности в единицу времени. Лучшими проводниками тепла являются металлы и худшими газы (окна с воздушной прослойкой– чем толще прослойка тем лучше теплоизоляционные свойства окон, топки изготавливают из металла).

Конвекция– это теплообмен между твердым телом и жидкостью (газом), происходящий при их соприкосновении.

Тепловое излучение –Все тела способны излучать энергию, которая поглощается другими телами и снова превращается в тепло.

Тепловая энергия в виде горячей воды или пара транспортируется от ТЭЦ или котельных к потребителям по специальным трубопроводам, которые называются тепловой сетью.

Используются стальные трубы покрытые теплоизоляцией. Чем длиннее трубы (больше радиус действия тепловых сетей), тем больше тепловые потери. Поэтому радиус ограничен 10 км.

По ходу теплоносителя устраиваются специальные камеры, колодцы (задвижки, вентили), увеличивающие теплопотери. Особенно велики теплопотери при открытой прокладке труб (так называемые "воздушные" тепловые сети), требуется большие расходы на теплоизоляцию. Плохая эксплуатация (открытые люки, поврежденная изоляция, влажность, сквозняки и т.д.) увеличивает теплопотери.

Вода нагревается в водогрейном котле ТЭЦ или котельной и насосом подается в тепловую сеть города. Температура горячей воды из централизованного теплоисточника колеблется от 90 до 200^оС. От теплоносителя вода возвращается с расчетной температурой 70^оС. При меньшей обратной температуре: а) из-за больших размеров нагревательных приборов у потребителей; б) кородируют трубы котлов.

Место подсоединения теплопотребителя к тепловой сети (ввод), называется тепловым пунктом.

Тепловая энергия контролируется по таким параметрам, как температура теплоносителя (обычно воды или пара), давление (особенно пара), расход теплоты и общее количество теплоты.

Основное количество теплоты транспортируется в холодное время года, Если путь теплоносителя к потребителю несколько километров, доля потерь теплоты может составлять 20…60%. Так, 90% аварийных отказов приходится на подающие трубопроводы и 10% - на обратные, из них большинство аварий происходит из-за наружной коррозии и из-за дефектов монтажа (преимущественно разрывов сварных швов).

Электрическая и тепловая энергия реализуется потребителям по тарифам, представляющим собой разновидность цен. Многие страны ввели отдельные тарифы на электроэнергию при пиковых нагрузках и в остальное время.

Существует два вида тарифов на энергию одноставочные и двухставочные.

При одноставочном тарифе плата за электроэнергию производится по цене за 1 кВт ч пропорционально количеству потребленной энергии. По одноставочным тарифам обычно производится расчет с бытовыми потребителями, с организациями, в ведении которых находится электри­фицированный транспорт, государственными учреждениями и маломощ­ными промышленными предприятиями.

Двухставочные тарифы состоят из основной ставки за 1 кВт мощности, участвующей в максимальной нагрузке энергосистемы, и дополнительной ставки за 1 кВт • ч потребленной энергии. Двухставочный тариф стимулирует потребителей к снижению нагрузки, в часы пик, и смещению ее на другие часы суток. В Беларуси ведется эксперимент по тарификации электроэнергии в зависимости от времени суток и дня недели, в 50 жилых домах в настоящее время уже устанавливаются специальные счетчики, позволяющие фиксировать расход электроэнергии в разное время суток, максимальный тариф будет установлен на период с 10 до 11 часов и с 20 до 21 часа, минимальный — ночью, в остальное время суток будет действовать нынешний тариф на электроэнергию

Тепловая энергия подается по одноставочному тарифу. Тариф дифференцируется по энергосистемам и параметрам отпускаемой тепловой энергии.

Отопление - это компенсация тепловых потерь в окружающую среду данного помещения. Если температура в помещении больше, чем снаружи, то всегда имеется тепловой поток, называемый теплопотерями. Этот поток никогда не равен нулю (только при равенстве температур).

На отопление и горячее водоснабжение жилого фонда Республика Беларусь в настоящее время тратит около 35-40% потребляемых в стране энергоресурсов

По условиям энергосбережения недопустимо использовать электроэнергию для отопления зданий, т.к. для производства единицы электроэнергии необходимо несколько единиц тепловой.

Частные владельцы в Западной Европе используют почти 30 % всей получаемой энергии. Большая часть используемой энергии идет на отопление зданий.

Здания и сооружения жилищного, культурного, административного и промышленного назначения в РБ являются крупными потребителями тепловой энергии. Существуют потребители, расходующие теплоту круглый год, например, горячее водоснабжение. Некоторые потребители расходуют теплоту лишь в рабочие дни, а в субботу и воскресенье оставляют работающими только системы отопления. В Республике Беларусь основным потребителем электроэнергии является промышленность, а тепловой энергии жилищные организации

Графики электрических и тепловых нагрузок.

При применение теплозащитной технологии появляется возможность удержать годовое потребление энергии в пределах 30-70 кВт∙ч/м² жилой площади. Это примерно соответствует потреблению 3-7 л нефти или 3-7 м³ газа на 1 м² жилой площади в год.

На графике приведена зависимость затрат на поддержание в комнате комфортной температуры в зависимости от температуры наружного воздуха

К сожалению, большинство домов, построенных в 60 –80 гг., были рассчитаны на другую теплоизоляцию:

до 80-х годов – это 120 Вт/ м2 при - 20 оС на улице (график прямая 3)

С 80-х годов – это 90 Вт/ м2 при - 20 оС (график прямая 2)

И наконец, последнее - это 60 Вт/ м2 при - 20оС. (график прямая 1)

Для достижения низкого уровня потребления не обязательно применять специальные или экзотические архитектурные формы. Хотя сегодня предлагаются разновидности экологической архитектуры. Одним из ярчайших примеров в этом плане является комплекс оранжерей «Эдем», построенный британцем. Его шарообразные скелетные формы, обтянутые кожей, напоминают колонию живых организмов.

Одним из самых экологически небоскрёбов является проект, реализованный в Нью-Йорке. Технологически он для максимального поглощения солнечного света, эффективного использования дренажной воды, собираемой в саду на крыше.

Еще одним примером является «плавучий экополис для климатических беженцев». Именно так назвал свой проект «Кувшинка» бельгийский архитектор. Сам он считает, что реализация его проекта начнётся только через полвека. Экологический комплекс, по замыслу «творца», способен принять на борт 50 000 человек во время возможной глобальной экологической катастрофы. По форме напоминающий кувшинку, этот архитектурный проект, использующий энергию ветра, воды и солнца, по сути является замкнутой экосистемой, способной свободно дрейфовать по водам мирового океана. Она вмещает в себя необходимую флору и фауну для поддержания жизни и сохранения земного генофонда. Планируется также работа системы, которая будет очищать океан!

Не менее экзотичные проекты.

Стены с интеллектом

«интеллектуальное» жилище построенно в Цюрихе. Его главная особенность — в возможности управлять практически всеми процессами в доме с помощью единой компьютерной сети. Решение включает домашнюю сеть, имеющую выход в Интернет, связь с системами спутникового вещания и подключенные по беспроводным каналам бытовые устройства.

Интеллектуальная кухня этого дома отслеживает энергопотребление бытовых приборов, позволяя свести расходы электроэнергии к минимуму. Этому способствуют и солнечные батареи, расположенные на крыше и на газонах. Даже в отсутствие хозяев такое жилище позаботится о максимально возможной экономии электроэнергии. В этом случае необходимая температура внутри помещения будет поддерживаться на безопасном уровне. А непосредственно перед приездом хозяев с помощью таймера или по звонку с мобильного телефона температура поднимется до комфортного уровня. Также концепция электронного дома предусматривает регулировку климата помещений в соответствии с уличной температурой и оптимизацию освещения — в зависимости от времени суток индивидуально для каждой комнаты.

По оценкам специалистов, в настоящее время оснащение интеллектуальной автоматикой загородного дома или большой квартиры обойдется в сумму от 8 до 150 тысяч долларов. Со временем, разумеется, такие инновации станут гораздо доступнее.

В Беларуси в настоящее время строится огромное количество коттеджей, и мало кто из хозяев обращает внимание на такие "мелочи", как теплоизоляция, хотя затраты на отопление 1м² в Беларуси относятся как 1:2,5 к соответствующим показателям западных стран. Теплопотери через ограждающие конструкции зданий у нас составляют до 80 % общих потерь тепла

Потери энергии через ограждающие конструкции распределяются следующим образом:

1. через стены - 30 %. Первый и последний этажи теряют тепло больше, чем другие. В квартирах первого этажа тепло уходит в подвал, а последнего на крышу;

2. через окна – 30 %; Тест дома с помощью тепловизора. Тепло, в данном случае уходит через закрытые окна и двери (красные квадраты). Как бы нас ни убеждала реклама производителей стеклопакетов в том, что их изделия держат тепло, как термос. В последние годы монтаж готовых оконных и дверных блоков производится исключительно при помощи монтажной пены. Но монтажники часто оставляют «дырки». Монтажная пена разрушается под воздействием солнечного света. Если строители долго тянули с заделкой наружных откосов и монтажом наличников, она будет крошиться, как хлеб.

3. % крыша и дымоход – 20 и 10 Плохо утепленное подкровельное пространство. Как показывает опыт, порой неопытные будущие домовладельцы придают огромное значение качеству наружных стен, но в то же время забывают про утепление кровли: здесь на каждый квадратный метр должно уйти в 1,5–2 раза больше утепляющих материалов, нежели на стены. Достаточно в легкий снегопад посмотреть на крышу хорошо протопленного дома: проталины на кровле укажут места утечки не хуже тепловизора.

4.через входные двери – 5 – 15 %. Входная металлическая дверь отечественного или китайского производства (такие изделия можно встретить едва ли не в каждом доме образца 2006–2008 годов) — это «мостик холода», который быстро выстудит любое помещение. Утеплять дверь бесполезно — тепло все равно будет уходить через щели и металлическую коробку двери. Единственное спасение — дополнительная деревянная дверь и тамбур при входе в дом.

5. подвальные помещения и балконы – 10 %. Во всех домах имеются балконы. Из-за них увеличиваются утечки тепла. Поэтому строить нужно как можно более компактно и избегать слишком разбросанных архитектурных форм. Балконы должны быть изолированы от строения. В многоэтажных зданиях потери тепла через подвальные перекрытия будут минимальными.

Большинство домовладельцев частных домов и садовых домиков имеют ограниченные денежные средства, и ошибочной экономят на теплоизоляции дома, так как ее почти невозможно улучшить в будущем. Дома из древесины. Многие такие дома действительно «дышат», причем весьма интенсивно. «Живой» материал дает сильную усадку, «гуляет» в зависимости от температуры и влажности. Если бревна не слишком хорошо высушены, утепление стен займут годы — только законопатили щели с одной стороны, обнаружились сквозняки с другой. Отделка жилых помещений внутри либо всего дома снаружи- теряется весь смысл использования бревна как строительного материала. Дома из клееного бруса. Практически одинаковый тепловой фон по всей плоскости стен. В таких домах между венцами практически нет углублений, да и осадка в них всего 3%. Проклеенная древесина не дает трещин. Но цена такого дома отличается от каркасного в разы.

Если в вашем частном доме велики тепловые потери и вы постоянно отапливаете улицу, то не прибегайте к такой «тяжелой артиллерии», как тотальная дополнительная обшивка кирпичом и т.п. Чаще всего достаточно выявить и отремонтировать самые «тонкие» места или так называемые «мостик холода». Это соединение различних конструкций и разносоставных элементов. А они во всех типах домов одни и те же.

Считается, что 50% тепла в здании теряется за счет неграмотного планировочного решения. При проектировании ориентация зданий должна учитываться роза ветров и так называемая «солнечная архитектура». При ориентации фасада на юг стены прогреваются. Все проемы (это касается окон) желательно ориентировать на юг, как это принято во всем мире и стена, расположенные напротив окна, должны быть выполнены из материала, поглощающего солнечные лучи и накапливающего тепло. В Беларуси есть тому примеры- проект коттеджей для экологического туризма. Но пока эти проекты применяют при строительстве частных коттеджей: такой заказчик более склонен к экспериментам.