Критерии энергоэффективности ограждающих конструкций зданий

 Казалось бы, данный вопрос решается довольно несложным образом. Чем меньше здание теряет тепла, тем меньшее количество энергии требуется подвести для восполнения тепловых потерь. В этой связи, на первый взгляд, наиболее простым и рациональным способом экономии энергии на отопление выглядит способ увеличения теплозащитных свойств ограждающих конструкций. Начиная с 70-х годов прошлого столетия в Европе, а с 2000 года и в России требования к теплозащитным свойствам ограждающих конструкций были существенно увеличены (в России применительно к стенам и покрытиям – в 2-3 раза). Однако, несмотря на кажущуюся простоту решения проблемы данный способ снижения энергозатрат и, как следствие, повышения энергоэффективности в принятой терминологии, имеет свои ограничения и, кроме того, не всегда оказывается эффективным с экономической точки зрения.

 Во-первых, изменение теплового потока (q) от сопротивления теплопередаче (R): q =Δt/R, представляет собой гиперболическую зависимость и по мере увеличения сопротивления теплопередаче R тепловой поток и связанные с ним потери тепла уменьшаются во все большей пропорции. При увеличении R с 0,2 м2·°С/Вт до 1,0 м2·°С/Вт при любой расчетной разности температур (например, при Δt =46°С) по этой зависимости численное значение теплового потока по глади стены, без учета других теплопотерь, снизится в 5 раз, при увеличении R с 1,0 м2·°С/Вт до 2,0 м2·°С/Вт при той же разности температур тепловой поток через стеновую конструкцию снизится в 2 раза, с 2,0 м2·°С/Вт до 3,0 м2·°С/Вт – в 1,5 раза, с 3,0 м2·°С/Вт до 4,0 м2·°С/Вт – всего в 1,33 раза и т.д. В тоже время увеличение R с 3,0 м2·°С/Вт до 4,0 м2·°С/Вт существенным образом увеличит себестоимость возведения квадратного метра стеновой конструкции, которая по сравнению с полученной экономией энергии на отопление, может значительно превысить достигаемую при этом экономию материальных средств. Это означает, что дальнейшее увеличение сопротивления теплопередаче снизит расходы на отопление, но с учетом высоких затрат на возведение стены не даст экономического эффекта.

 Во-вторых, при оценке экономической эффективности энергосберегающих мероприятий или внедрения энергосберегающих технологий необходимо учитывать срок их службы или эффективной эксплуатации. Основными строительными материалами, обеспечивающими снижение затрат энергии на отопление через стены, считаются так называемые эффективные утеплители (минеральная вата, пенополистирол, пено- и газобетон, а также ряд других, менее распространенных на современном строительном рынке материалов). Однако не все представители данного типа строительной продукции являются одновременно долговечными.

 При использовании материалов с низким сроком службы могут сложиться экономические условия, при которых все сэкономленные в результате энергосбережения средства будут потрачены на их замену после выхода из работоспособного состояния. Не стоит забывать и о том, что затраты на проведение ремонтов (текущих, капитальных) представляют собой теже затраты энергии: на производство новых материалов, добычу полезных ископаемых для их изготовления, расход топлива при их перевозке, работу машин и механизмов и т.д.

 В-третьих, нельзя забывать о таком важном параметре, как требуемый воздухообмен помещений (иначе говоря, их вентиляция), необходимый для поддержания требуемого уровня микроклимата в помещениях. При вентиляции происходит удаление пыли, бактерий, лишней влаги, поддерживается уровень кислорода в необходимой для нормальной жизнедеятельности и работоспособности концентрации. В зимний, и в общем случае в любой период, в течение которого производится отопление помещений, энергия затрачивается, в том числе, на подогрев входящего холодного воздуха, причем в достаточно значительных количествах. При этом требуемый уровень воздухообмена необходим как в «холодных» домах, так и в «теплых». Отсюда следует, что как бы мы не утепляли здание, а расходы тепла на вентиляцию без использования специальных инженерных методов уменьшатся от этого не будут, и чем теплее у здания будет «шуба», тем большими в относительном выражении будут затраты на вентиляцию. По оценкам различных авторов в современных домах затраты энергии на вентиляцию и инфильтрацию составляют до 40ч50 % всех расходов энергии на отопление зданий, а в отдельные, наиболее холодные периоды времени года, могут достигать до 60 %.

 Подтверждением данного утверждения является следующий пример. В 2005 году сотрудниками ОАО «СПбЗНИиПИ» и ООО «НТЦ «Технологии XXI века» при участи автора публикации проводилось комплексное обследование здания в историческом центре города, в котором после реконструкции сопротивление теплопередаче было увеличено до 5 м2·°С/Вт. При этом никаких инженерных решений по оптимизации затрат энергии на отопление, например, регулирование параметров теплоносителя по температуре воздуха, не производилось. В результате в здании зимой регулярно происходил перетоп. Для уменьшения последствий перетопа, сотрудники, работающие в здании, также регулярно в течение всего отопительного периода по приходу на работу открывали окна, и в прямом смысле слова отапливали улицу вокруг здания.

 Таким образом, становится понятным, что рациональным и экономически целесообразным способом повышения энергоэффективности является только сочетание мероприятий по увеличению теплозащитных свойств ограждающих конструкций (при условии, что срок эффективной эксплуатации внедряемых материалов, технологий и конструкций превышает период их окупаемости) 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 отличаются друг от друга. В расчетах закладываются одни значения теплотехнических параметров (например, того же сопротивления теплопередаче), а на практике с учетом качества строительно-монтажных работ, получаются совершенно другими. Кроме того, не всегда совпадают расчетные и фактические параметры теплоносителя. В результате собственники жилых помещений вынуждены использовать для обогрева дополнительные источники энергии (электронагреватели, масляные радиаторы, тепловентиляторы и т.д.), дополнительно потребляя при этом энергию на отопление.

 Для повышения степени соответствия расчетных и фактических затрат энергии на отопление зданий необходим контроль за энергопотреблением, достигаемый за счет совокупного выполнения следующих условий:

- обязательная установка во всех зданиях приборов учета всех видов энергии;

- наличие комплексной методики учета и контроля за потребляемой зданием энергии;

- разработка нормативов потребления энергии.

 Что касается последнего условия из представленного перечня условий, то наиболее рациональным способом их установления, является потребительский подход к оценке уровня теплозащиты. К сожалению, в практике проектирования, чаще применяется предписывающий подход, а именно установление заданных численных значений сопротивления теплопередаче. Однако этот метод не всегда оказывается эффективным, а часто и достаточно спекулятивным. Рассчитываемое сопротивление теплопередаче зависит от толщины стеновой конструкции и коэффициентов теплопроводности входящих в ее состав материалов. При этом, чем меньше коэффициент теплопроводности (λ), тем выше термическое сопротивление (Rт) конструкции стены. В этих условиях производители строительных материалов соревнуются по принципу: у кого λ (лямбда) меньше. По сравнению с данными 20ч30 летней давности практически для всех теплоизоляционных материалов, численные значения коэффициентов теплопроводности при неизменной плотности уменьшились, что само по себе достаточно непонятно с физической точки зрения.

 Для оценки коэффициента теплопроводности теплоизоляционных материалов из них вырезаются фрагменты размером 250*250 мм, высушиваются и лишь затем, испытываются. Наличие эксплуатационной влаги в порах материала учитывается расчетным путем. Но не учитывается наличие инфильтрации воздуха через конструкцию, смятие или разрыхление утеплителя в процессе эксплуатации, наличие теплопроводных включений и т.д. Более того в рекламных материалах отдельных производителей до сих пор встречаются расчетные значения коэффициента теплопроводности меньше коэффициента теплопроводности воздуха. Почему-то при расчете термического сопротивления в новых СНиПах исчез коэффициент качества теплоизоляции, учитывающий снижение термического сопротивления при использовании материалов с плотностями, меньшими 400 кг/м3.

 Преимуществом потребительского подхода является более гибкий выбор материалов для ограждающих конструкций и инженерных методов для реализации требуемых параметров энергопотребления (удельных затрат энергии с квадратного метра площади или с кубического метра строительного объема здания). Кроме того, данный подход при наличии комплексной методики контроля и учета затрат энергии на отопление позволяет сравнивать расчетные и фактические параметры энергопотребления зданий, а после апробации и отработки системы контроля и учета, регулировать нормы потребления в сторону их постепенного снижения, например, один раз в пять лет.

 Таким образом, до сих пор, несмотря на увеличение требований по тепловой защите, энергоэффективность в нашей стране остается «бумажной».

 Для реального уменьшения затрат энергии на отопление зданий необходимо:

1. разработать и установить нормативы энергопотребления в рамках потребительского подхода к уровню теплозащиты зданий;

2. установить требования к долговечности материалов и конструкций, применяемых в ограждающих конструкциях;

3. для утепления зданий применять долговечные, проверенные климатическими условиями района строительства, материалы;

4. более интенсивно и эффективно использовать инженерные методы и способы повышения энергоэффективности;

5. применять проверенные на практике архитектурные методы повышения энергоэффективности (например, уменьшение коэффициентов компактности зданий, регулирование планов при застройке кварталов и т.д.);

6. разработать эффективную методику комплексного учета и контроля энергии, расходуемой на отопление здания;

7. разработать методику ответственности застройщика при выявлении несоответствия между расчетными и фактическими параметрами энергопотребления зданий;

8. по мере внедрения и апробации системы контроля и учета потребляемой зданиями энергии, при условии соответствия расчетных и фактических параметров энергопотребления, постепенно, с заданной регулярностью, снижать нормативы энергопотребления.__