Тепло и свет в доме: поиск компромисса

Франивский А. Тепло и свет в доме: поиск компромисса // Строительство и реконструкция . 2001 . 8 июня 2001 (№ 6) . С. 8-9

В бывшем СССР в течение многих десятилетий электроэнергия была очень дешевой, цена 1 кВт.ч составляла всего несколько копеек. Такое положение привело к существенным перекосам в технической политике при проектировании и строительстве жилья, последствия которых будут ощущаться еще долго. Сейчас же ситуация полностью противоположна и требует, прежде всего, со стороны государства принятия комплексных и даже жестких мер. К этим мерам, прежде всего, относятся:

? совершенствование нормативной базы для строительства и реконструкции зданий с учетом интеграции ее в мировую нормативную базу; совершенствование и ужесточение контроля ее соблюдения (на уровне требований к соблюдению правил пожаробе-зопасности в зданиях);

? повышение профессионального уровня архитекторов, проектировщиков и строителей, изменение стереотипов, идеологии и стандартов их мышления, особенно это касается архитектурно-планировочных решений и применяемых материалов для внешних ограждающих конструкций;

? выделение масштабных капиталовложений в энергосбережение в жилищно-коммунальном хозяйстве страны.

Интересен опыт Швеции по решению проблемы энергосбережения в зданиях после нефтяного кризиса 1973 года. В период 1973-1979 г. были в 3 раза повышены нормативы по теплоизоляции зданий, и сопротивление теплопередаче для внешних ограждающих конструкций доведено до 3,5-5 мгК/Вт. В строительстве жилья, как правило, применяют 4-5-слойные стены из различных конструкционных и утеплительных материалов и 3-4-стекольные окна. По некоторым данным, доля многослойных ограждающих конструкций в стенах зданий в Швеции составляет до 80%, Финляндии ? 90%, Норвегии ? около 100%. В результате, теплопотери через ограждающие конструкции зданий в Норвегии составляют 47%, Канаде 44%, Великобритании 38%, в то время, как в Украине 80% от всех теплопотерь в зданиях. В результате энергозатраты на отопление зданий в скандинавских странах составляют 120-150 кВт/ч на 1 м2 отапливаемой площади в год, а в странах Восточной Европы, в том числе и в Украине, этот показатель равен 250-400 кВт/ч.

Расчеты показывают, что для постройки нового дома, потребляющего в 2 раза меньше энергии на отопление, дополнительно требуется около 6% капитальных вложений. За такую экономию не то, что следует побороться, ей практически нет альтернативы. Особенно это касается решения давно уже перезревшей проблемы утепления существующего жилого фонда, которая является достаточно сложной и масштабной, так как связана с рядом технических, организационных, социальных, правовых и финансовых вопросов.



Утепление здания ? это утепление светопрозрачных конструкций

Сохранение тепла в помещениях, как известно, зависит от двух факторов:

- теплового сопротивления ограждающих конструкций (внешних стен, окон, перекрытий над чердаками и подвалами);

- устроенной в здании системы воздухообмена (естественной или искусственной системы вентиляции и кондиционирования).

В зонах с холодным климатом наибольшие потери тепла (примерно 70-80% общих теплопотерь) происходят через ограждающие конструкции зданий, основную поверхность которых составляют фасады. Это особенно характерно для "узких" панельных зданий, которые составляют подавляющее большинство в жилом фонде. В этом случае проблема утепления зданий ? это проблема утепления фасадов. В то же время фасады представляют собой неоднородную конструкцию, состоящую из непрозрачной (сплошной части стены) и светопрозрачных конструкций (окон, балконных дверей, эркеров и т.д.). Насыщенность фасадов светопрозрачными конструкциями для зданий первых массовых серий варьируется в широких пределах (от 30-60%), а для более современных зданий с ограждающими конструкциями из стекла и бетона достигает 60-100%. Даже при достижении новых нормативных показателей по сопротивлению теплопередаче, составляющих 1,7-2,2 м2 К/Вт для сплошной части стены и 0,39-0,5 м2К/Вт для светопрозрачных конструкций, из-за значительной разницы термического сопротивления непрозрачных и прозрачных конструкций (в 4-6 раз) приведенное к общей площади термическое сопротивление существенно снижается, учитывая соизмеримость поверхностей непрозрачной и прозрачной части стены.

Как видно из таблиц, главное в утеплении фасада ? решение проблемы утепления его световой части, через которую расходуется до 70% тепла от общих теплопотерь всей поверхности фасада. Без ее решения утепление зданий малоэффективно.

При существующей площади световых проемов, особенно в домах с малометражными квартирами из-за несовершенства устаревших конструкций окон, их неудовлетворительного технического состояния через стекло, раму и уплотнения Украина сегодня тратит на обогрев атмосферы около 6 млрд. грн. В то же время отечественные производители уже создали современные технологии и производят в достаточном количестве окна и двери с высокими энергосберегающими качествами, соответствующими уровню мировых стандартов. Наиболее важные из этих качеств ? это высокие теплозащитные свойства светопрозрачных конструкций, художественно-эстетический уровень дизайна, многофункциональность назначения и относительно низкие цены по сравнению с импортной продукцией. Именно в производстве этого вида строительных изделий произошел настоящий прорыв в отечественной строительной индустрии, о чем свидетельствует, например, представленный в последние годы на строительных выставках широкий ассортимент высококачественных оконных изделий. Дело сейчас зависит от потребителей, архитекторов, проектировщиков, строителей, их осведомленности и профессионального уровня и требует системного подхода к решению проблемы.

К наиболее эффективным техническим решениям, способам и мероприятиям по повышению теплозащитных качеств окон, применяемых в сегодняшней практике, можно отнести:

? увеличение числа слоев остекления (применение 3-стекольных окон);

? применение стеклопакетов и энергосберегающих стекол;

? уменьшение площади остекления до нормативных требований по освещенности;

? повышение теплозащитных качеств оконных переплетов (применение малотеплопроводных материалов, разрыв мостиков холода и т.д.);

? остекление ограждающих конструкций (балконов и лоджий) и утепление их закрытой части.

Потери тепла через установленные в стене окна можно разделить на два вида: вентиляционные и трансмиссионные (излучательные).

Вентиляционные потери тепла через окна связаны, в основном, с неудовлетворительным уплотнением стекол в рамах и рам в стеновой конструкции, а также с длительным проветриванием помещений. Величины вентиляционных потерь могут быть значительны и соизмеримы с трансмиссионными потерями. Такое положение характерно для всего существующего жилого фонда, особенно для крупнопанельного домостроения с его финской "столяркой", несовершенной по конструкции, изготовленной с низким качеством, устаревшей и рассохшейся в связи с длительностью эксплуатации.

Уменьшение вентиляционных потерь через окна в существующем жилом фонде?один из основных резервов снижения теплопотерь в зданиях, оно должно стать первоочередным мероприятием в комплексной программе энергосбережения, осуществляемой на региональных уровнях. Здесь не требуется значительных капиталовложений, все работы сводятся к уплотнению окон, ремонту мест примыкания, замене теплоизоляционных материалов и т.д. Такой подход демонстрирует горгосадминистрация Киева, где с помощью кредитов ЕБРР осуществляется проект "Энергосбережение в административных и общественных зданиях г.Киева", в котором комплексно выполняются указанные выше мероприятия.

Применение в последние годы современных уплотнительных материалов и технических решений при установке как одинарных стекол, так и стеклопакетов, а также использование различных вспененных материалов для герметизации мест примыкания оконных рам к стене практически решают проблему снижения вентиляционных потерь.

В современных конструкциях окон, использующих качественные герметизационные материалы, основные теплопотери происходят путем излучения непосредственно через площадь стекла. Снижение этого вида потерь возможно применением энергосберегающих стекол.

В настоящее время строительная промышленность Украины выпускает, в основном, двухстекольные окна в раздельно-спаренном исполнении или с однокамерными стеклопакетами с сопротивлением теплопередаче R= 0,32-0,38 мгК/Вт, что не достигает нижнего предела новых нормативных значений. Для достижения необходимых значений сопротивления теплопередаче (особенно для первой температурной зоны) необходимо осуществить ряд таких новых мероприятий, как дополнительное остекление или использование энергоэффективных стекол (с напылением).

В последние годы в ряде стран (например, Швеции) в жилых домах применяют трех- и даже 4-стекольные окна. Трехстекольные окна в раздельно-спаренных переплетах имеют высокие теплозащитные свойства (0,46-0,6 м2К/Вт), но при этом на 15-25% снижается светопропускание. Поэтому для обеспечения требуемой освещенности необходимо увеличивать площадь окон, что в свою очередь снижает теплоизо-лирующий эффект тройного остекления. Получается замкнутый круг. Кроме того, при изготовлении рам в 3-стекольных окнах расходуется на 40% больше древесины, а их установка и эксплуатация (мытье, покраска) являются более трудоемкими.

Более эффективное техническое решение окна с тем же тепловым эффектом (0,5-0,6 маК/Вт) ? использование 2-стекольной конструкции в виде стекло-пакета с одним энергосберегающим стеклом. При тех же значениях сопротивления теплопередаче стоимость окна снижается на 18-25%.

При использовании стеклопакетов с энергосберегающим стеклом решается проблема снижения излучательных потерь тепла через остекление за счет применения таких эффективных технических новшеств, как напыление на стекло практически невидимого для глаза слоя благородного металла, резко увеличивающего теплосберегающий эффект.

Физика этого явления объясняется следующим образом. Как известно, передача тепла происходит тремя способами:

? посредством электромагнитного излучения (до 70% теплопотерь);

? путем конвекционного теплообмена при движении газа;

? посредством использования свойства теплопроводности, когда передача тепла происходит от более нагретой стороны стекла к менее нагретой, контактирующей с холодным воздухом.

Обычное оконное стекло обладает способностью пропускать в помещение до 90% тепловой энергии дневного света и большей части инфракрасного теплового излучения из помещения. При нанесении на одну из сторон стекла тонкого слоя металла увеличивается коэффициент отражения стекла в инфракрасной области, т.е. теплового излучения из помещения. Стекло с покрытием приобретает новые свойства: пропускает видимый дневной свет в помещение и отражает тепловой поток в виде инфракрасного излучения из помещения, действуя как "тепловое зеркало".

Учитывая, что в однокамерном стеклопакете с обычными стеклами до 70% тепла уходит из помещения через инфракрасное излучение и около 30% ? путем конвекции и теплообмена, то, снизив путем напыления интенсивность инфракрасного излучения из помещения, можно существенно, в 1,5-2 раза увеличить тепловое сопротивление окна в целом. Заполнением межстекольного пространства газами с более низкой теплопроводностью (аргоном или криптоном) тепловое сопротивление можно повысить еще на 20-25%.

Расчеты показывают, что использование в оконных конструкциях стеклопакетов с энергосберегающими стеклами повышает долю капиталовложений при новом строительстве по сравнению с обычными стеклами с 18 до 18,6 % (всего на 0,6%), в то время как эксплуатационные теплопотери в здании снизятся в 1,5-1,8 раза.

В некоторых оконных конструкциях применяют стекло и стеклопакет с одним энергосберегающим стеклом в раздельно-спаренном переплетах. Стеклопакет обычно устанавливают с внутренней стороны окна. Эксплуатация таких окон мало отличается от окон с двойным остеклением. Наиболее эффективной в теплотехническом отношении является конструкция с двухкамерным стеклопакетом с двумя энергосберегающими стеклами.

Тепловое сопротивление окна зависит также от материала рамы и от соотношения площади рамы к общей площади окна. Обычно площадь рамы не превышает 10-15% от общей площади окна, и изменение общего теплового сопротивления окна за счет теплового сопротивления рамы и переплетов не превышает 10%.

Из приведенных в таблицах данных видно, что наиболее "теплый" материал для око&