Основы энергосбережения и нетрадиционные источники энергии

6) применение бытовых электроприборов с низким энергопотреблением (рис. 4.63);

4) применение регулируемых систем отопления.

Рис. 4.62. Энергосбережение в жилом секторе

Рис. 4.63. Средние показатели потребления электроэнергии бытовыми электроприборами (кВт ч/год)

311

4.6.2. Тепловые потери в зданиях и сооружениях. Тепловая изоляция. Изоляционные характеристики остекления, стеклопакеты

Как видно из рис. 4.64 наибольшие тепловые потери в зданиях связаны с работой традиционных систем вентиляции, а также через стены.

Рис. 4.64. Структура тепловых потерь зданий

Ограждающие конструкции препятствуют проникновению тепловой энергии наружу, потому что обладают определенными теплоизоляционными свойствами, которые измеряют величиной, называемой сопротивлением теплопередаче. Эта величина показывает, каков будет перепад температур при прохождении определенного количества тепла через 1 м² ограждающей конструкции или сколько тепла уйдет через 1 м² при определенном перепаде температур.

В основном на тепловые потери влияют следующие факторы

(рис. 4.65):

–разница температур в помещении и на улице, т. е. чем она выше, тем больше тепловые потери;

–теплоизоляционные свойства ограждающих конструкций (стены, перекрытия, окна);

312

– конвективный теплообмен наружных поверхностей ограждающих конструкций (зависит от скорости ветра).

Рис. 4.65. Температурный профиль стены с внешним утеплением

Сопротивление теплопередаче можно рассчитать с помощью следующего выражения:

R = T / q,

где q – количество тепла, которое теряет 1 м² ограждающей конструкции, измеряемое в ваттах на квадратный метр (Вт/м²);

T – разница температур снаружи и внутри помещения в градусах Цельсия (°С);

R – сопротивление теплопередаче (м² °С·/Вт).

При расчете сопротивления теплопередачи для многослойных конструкций суммируются сопротивления каждого слоя. Например, если имеется деревянная стена, обложенная кирпичом снаружи, то ее сопротивление теплопередаче будет равняться сумме сопротивлений кирпичной и деревянной стен плюс воздушной прослойки между ними.

В настоящее время разработано и применяется большое количество новых строительных материалов, которые имеют значительно бόльшие значения сопротивления теплопередачи в сравнении с традиционными (бетон, кирпич и т. п.) (табл. 4.4, рис. 4.66).

313

Таблица 4.4

Сопротивление теплопередаче материалов

при Тснаружи = –30 °С, Твнутри = 20 °С

Рис. 4.66. Теплоизоляционная эффективность различных строительных материалов

Причиной относительно высокого энергопотребления в зданиях и сооружениях нашей страны по сравнению с зарубежными странами является то, что все существующие здания были построены в соответствии с существующими на момент строительства нормами

314

и стандартами, которыми было предусмотрено в 1954–1964 гг. тер-

мическое сопротивление 0,75 м2 С/Вт; 1965–1993 гг. она достигла

1,25 м2 С/Вт (с 1994 г. – 2,25 м2 С/Вт); 3,2 м2 °С/Вт – как уже упо-

миналось выше, в настоящее время.

Тепловая изоляция (теплоизоляция) – это элементы конструкции, уменьшающие процесс теплопередачи, т. е. обеспечивают основное сопротивление теплопередачи в конструкции (рис. 4.67).

Рис. 4.67. Применения теплоизоляционных материалов в ограждающих конструкциях зданий

Согласно ГОСТ 16381-77 «Материалы и изделия строительные теплоизоляционные» они классифицируются по следующим основным признакам:

–по виду основного исходного сырья – неорганические, органические;

–по структуре – волокнистые, ячеистые, зернистые (сыпучие);

–по форме – рыхлые (вата, перлит и др.), плоские (плиты, маты, войлок и др.), фасонные (цилиндры, полуцилиндры, сегменты и др.), шнуровые.

315

– по возгораемости (горючести) – несгораемые, трудносгораемые, сгораемые.

Органические теплоизоляционные материалы – получают с использованием органических веществ. Это, прежде всего, разнообразные полимеры (например, пенополистирол, вспененный полиэтилен (НПЭ, ППЭ) и изделия на его основе (в том числе отражающая теплоизоляция) (рис. 4.68).

Рис. 4.68. Общий вид органических теплоизоляционных материалов

Главный их недостаток – низкая огнестойкость, поэтому их применяют обычно при температурах не выше 90 °C, а также при дополнительной конструктивной защите негорючими материалами (штукатурные фасады, трехслойные панели, стены с облицовкой и т. п.).

В качестве органических изолирующих материалов используют также переработанную неделовую древесину и отходы деревообработки (древесно-волокнистые плиты (ДВП) и древесно-стружечные плиты (ДСП), целлюлозу в виде макулатурной бумаги (утеплитель эковата) (рис. 4.69), сельскохозяйственные отходы (соломит, камышит и др.), торф (торфоплиты), тростниковые плиты (рис. 4.70) и т. п.

Рис. 4.69. Применение целлюлозы и отходов древесины в качестве теплоизоляционных материалов

316

Рис. 4.70. Применение тростниковых плит в качестве теплоизоляционного материала

Эти теплоизоляционные материалы, как правило, отличаются низкой водо-, биостойкостью, а также подвержены разложению и используются в строительстве реже.

Неорганические теплоизоляционные материалы – минеральная вата и изделия из нее (например, минераловатные плиты), монолитный пенобетон и ячеистый бетон (газобетон и газосиликат), пеностекло, стеклянное волокно, изделия из вспученного перлита, вермикулита, сотопласты и др. (рис. 4.71).

Рис. 4.71. Общий вид неорганических теплоизоляционных материалов

Изделия из минеральной ваты получают переработкой расплавов горных пород или металлургических шлаков в стекловидное волокно. Характерная особенность – низкие прочностные характеристики и низкое водопоглощение.

317

Теплоизоляция неутепленной стены или с недостаточным утеплением выполняется в основном тремя способами:

–навесной вентилируемый фасад с применением теплоизоляции

(рис. 4.72, а);

–тонкослойная штукатурка фасадов по теплоизоляционному материалу (рис. 4.72, б);

–трехслойная конструкция стен (трехслойная, слоистая кладка, сэндвич-панели клееные или сборные, трехслойные ж/б стеновые панели) (рис. 4.72, в).

Сточки зрения теплофизики наиболее эффективно применять теплоизоляцию снаружи, так как в этом случае несущая конструк-

ция стены находится всегда в зоне положительных температур и оптимальной влажности.

Рис. 4.72. Способы теплоизоляции стен

Для устранения теплопотерь в ранее построенных зданиях разработаны и осуществляются различные проекты теплотехнической реконструкции и утепления их. Одним из таких проектов является устройство термошубы, представляющей собой многослойную конструкцию (рис. 4.73):

а) плит утеплителя, прикрепленных к подготовленной поверхности стен клеящим составом и дюбелями для укрепления утеплителя; б) защитного покрытия из клеящего состава, армированного одним или двумя слоями сетки в сочетании с защитными алюминие-

выми профилями с перфорированными стенками; в) отделочного покрытия.

318

Изолируемая стена

Клей «Термошуба-1»

Минеральная вата

Армирующий состав «Термошуба-2» Сетка из стекловолокна «Термошуба»

Крепежный элемент

Грунтовочный состав «Термошуба-3»

Штукатурный раствор «Термошуба-4» Краска фасадная

Рис. 4.73. Устройство термошубы

Оконные заполнения в зданиях, обладая необходимыми теплозащитными качествами, должны обеспечивать требуемый световой комфорт в помещении и иметь достаточную воздухопроницаемость для естественной вентиляции.

Действующие нормативы в Республике Беларусь (ТКП 45-2.04-43- 2006) устанавливают следующие требования к окнам жилых зданий:

–сопротивлениетеплопередачедолжнобытьнеменее1,0 (м2 °С)/Вт;

–сопротивление воздухопроницанию – не менее 10,0 кг/(м2 ч);

–механические показатели и другие требования – в зависимости от конструкции и материалов, из которых изготовлен оконный блок.

Применяемые в настоящее время окна (стеклопакеты) можно условно разделить на три группы:

–деревянные окна (рис. 4.74, а);

профиля и типовая технология изготовления степлопакетов показа-

ны на рис. 4.75, 4.76.

319

Рис. 4.74. Конструктивное исполнение современных стеклопакетов на основе профилей:

а – деревянный; б – поливинилхлорид; в – алюминиевый сплав

Рис. 4.75. Варианты исполнения окон с пластиковыми окнами

Стекла с селективной светопроницаемостью. Разработаны энергосберегающие стеклопакеты, так называемые «селективные окна» со специальным напылением на стекло (рис. 4.77). Они позволяют сохранять тепло по максимуму за счет отражения длинноволнового излучения нагревательных приборов. При этом коротковолновое солнечное излучение свободно проникает в помещение.

320