Журнал научных публикаций
«Наука через призму времени»

Июнь, 2017 / Международный научный журнал
«Наука через призму времени» №3 2017

Уразайкин Сергей Валерьевич, Студент
Рубрика: Технические науки
Название статьи: Энергоэффективные конструкции в строительстве

УДК 69.01

ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЕ КОНСТРУКЦИИ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Дворцов Павел Артурович

Студент,

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого,

Россия, ганкт-Петербург,

Комаров Илья Николаевич

Студент,

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого,

Россия, ганкт-Петербург,

Вафина Диана Рафиковна

Студент,

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого,

Россия, ганкт-Петербург,

Уразайкин Сергей Валерьевич

Студент,

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого,

Россия, ганкт-Петербург,

 

Аннотация. На сегодняшний день степень потребления энергоресурсов, связанная с естественным приростом жителей планеты, а кроме того с развитием экономики, повышением расходов на получение энергоресурсов, постепенным сокращением резервов энергетических ресурсов, незамедлительно увеличивается. В данной статье приводится обзор и анализ более энергоэффективных строительный конструкций, способствующих уменьшению объемов потребляемых ресурсов.

Ключевые слова: Строительство, энергоэффективность, ограждающие конструкции.

Введение

Проблема энергоэффективности в настоящее время приняла актуальный характер во многих странах. Решение данной проблемы необходимо на любой стадий жизненного цикла сооружения — при проведении технических исследований, конструировании, строительстве, эксплуатации, реконструкции, сносе.

Обзор литературы

Исследование литературы согласно данной проблеме продемонстрировало интерес всемирного сообщества в вопросе уменьшения энергопотребления и развития энергонезависимых сооружений [1-2]. Все нижеуказанные источники описывают исследования данной задачи, так или иначе связаны с ней. В данных статьях рассматриваются разнообразные способы контролирования и снижения энергопотребления. В [3-5] рассматривается вклад в понижение энергопотребления огораживающих конструкций, особенности использования теплоизоляционных материалов. Роль в энергосбережении, увеличение энергоэффективности систем вентиляции, отопления и водоснабжения сооружений описаны в статьях [6-8]. В статьях [9-11] представлены процессы внедрения систем учета и регулирования тепловой энергии, нормирования энергопотребления жилых зданий. Принципы проектирования, характерные черты развития, польза и окупаемость энергоэффективных сооружений представлены в работах [12-14]. Основные характерные черты строительства зданий, отвечающих стандарту «пассивного дома» приведены в статье [15]. Таким образом, проанализировав литературу согласно данной теме, можно сделать вывод, что проблема энергоэффективности чрезмерно актуальна в наши дни.

Цель исследования

На сегодняшний день степень потребления энергоресурсов, связанная с естественным приростом жителей планеты, а кроме того с развитием экономики, повышением расходов на получение энергоресурсов, постепенным сокращением резервов энергетических ресурсов, незамедлительно увеличивается. В данной статье приводится обзор и анализ более энергоэффективных строительный конструкций, способствующих уменьшению объемов потребляемых ресурсов.

Энергоэффективные конструкции в строительстве

На каждом шаге строительства сооружений и зданий нужно помнить и принимать меры по энергосбережению. Чтобы обеспечить энергоэффективность и энергосбережение необходимо использовать качественные и дорогие теплоизоляционные материалы. В результате чего можно добиться колоссальной экономии, тепла и энергии.

Ограждающие конструкции оказывают важное влияние на энергоэффективность зданий и сооружений. При проектировании основной целью является максимальное увеличение объема получаемой энергии и минимизация ее потерь.

Стены являются одним из главных элементов, оказывающий влияние на энергосбережение зданий и сооружений. Они забирают до четверти всех расходов по строительству дома. И если беспечно отнестись к этому выбору, то можно понести серьезные траты в будущем.

Одним из традиционных материалов для стен является кирпич. Кирпичный дом способен простоять 100 - 150 лет. Он прекрасно переживет все погодные невзгоды. Сам кирпич прочен и обладает высокой экологичностью. Такой материал не боится стужи и не пропускает воду. Он бывает полнотелым (не более 13 % пустот) и пустотелым (до 49 % пустот). С увеличением количества пустот теплоизоляционные свойства кирпича улучшаются, а для прочности кирпича неважно, полнотелый он или с полостями внутри.

Для дома из кирпича можно придумать любой дизайн, но придётся столкнуться с тем, что расходы на оплату хорошему мастеру будут высоки, да и сам процесс строительства будет нелёгким, так как кирпич имеет большой вес, из-за этого придётся сооружать прочный фундамент дома, тем самым расходы на строительства снова растут.

Еще одним часто используемым материалом является керамоблок. В Европе, решая, из какого материала строить дом, часто выбирают керамоблок. Он экологичен (состоит из обожженной смеси глины с деревянными опилками), а строить из него можно дешево и быстро. Керамоблок – очень прочный материал, морозостойкий. По бокам поверхность керамоблока рифленая, а внутри – поры, поэтому этот материал можно назвать теплоудерживающим. Популярность керамоблока только растёт, поэтому найти хорошего мастера для возведения стен непросто, к тому же цена керамоблоков высока, а сам он достаточно хрупкий, что усложняет транспортировку и складирование.

Так же широко распространен газобетонный блок – материал для теплых стен, обладающий небольшим весом, что снижает стоимость их транспортировки, а применять данный материал можно на различных этапах строительства. В виду того, что материал очень легко подвергается обработке, имеет небольшой вес и большие размеры, каменщик делает меньше трудозатрат. Газобетон не горючий материал, который имеет хороший показатель прочности на сжатие. Изготавливается он исключительно из натуральных компонентов и является абсолютно экологичным. Данный материал достаточно морозостоек, а уровень паропроницаемости дома из газобетона можно сравнивать только с домом построенным из дерева, также газобетон отлично держит тепло. С особым вниманием нужно отнестись к хранению газобетона, так как со временем он может потрескаться и его нужно хорошо укрывать от непогоды.

Самым традиционным материалом является дерево. Это один из самых экологичных материалов, а по теплопроводности дерево значительно обходит кирпич, даже при условии того, что строить деревянный дом не так дорого, как кирпичный, так как фундамент нужен легкий и недорогой. Простоять деревянный дом может очень долго, но за это время на него могут обрушиться такие напасти, как: грибки, гниение и пожар. Построив деревянный дом, не следует сразу же заселяться в него – усадка дома может идти от 3 до 5 лет.

Окна так же вносят большой вклад в энергосбережение. Главной характеристикой и показателем качества окна является коэффициент теплопередачи, среднее значение которого на сегодняшний день равно от 1,5 до 1,6 Вт/(м²K). Но прогресс не стоит на месте и прорывом в энергоэффективном строительстве стало создание теплоизолированного тройного остекления с коэффициентом теплопередачи равным от 0,5 до 0,8 Вт/м2°C. Для достижения таких значения используются 3 стекла, образующие 2 камеры, которые в свою очередь заполнены благородным газом аргоном, повышающим уровень теплоизоляции вдвое. Стекла покрыты low-e слоями, представляющими собой серебряное напыление, которое наносится на внутреннюю сторону стеклопакета и обладает способностью отражать вредное инфракрасное излучение. Все это, а также хорошо изолированные оконные профили, и достаточно низкая цена, отличающаяся всего на 20-30% от окон с более высоким коэффициентом теплопередачи, обеспечивает лидирующую позицию данных окон на рынке энергосберегающих конструкций.

Еще одним основным элементом, который обеспечивает энергоэффективность, является крыша. Одной из самых энергоэффективных и красивых кровель на сегодняшний день является «Зеленая кровля». Из многочисленных плюсов можно отметить относительно невысокую стоимость воплощения, экологичность, так как применяются исключительно природные материалы, а также это дополнительная теплоизоляция кровли. Однако обслуживание ее обходится совсем недешево из-за проведения сложных ремонтных работ в случае возникновения протечек. К тому же «Зеленая кровля» имеет дополнительный большой вес, в связи с чем конструкция дома должна быть очень прочна.

Существует два метода утеплить плоскую кровлю. Наружный – наиболее распространенный и простой способ. Он быстр в исполнении, но здесь нужно учитывать множество технических деталей. К тому же, немаловажный фактор играет несущая часть здания. Она должна выдерживать серьезную нагрузку. Если нагрузки критичны и можно использовать материал огнеупорности Г1, то чаще всего используют экструдированный пенополистирол. В противном случае применяют базальтовую вату повышенной прочности.

Для скатных кровель используется иной способ утепления. Скатная крыша наиболее склонна к влиянию ветра и атмосферных осадков. И снаружи и внутри этой кровли накапливается конденсат – это приводит к потере тепла и слишком быстрому старению. Однако этого можно избежать, при условии, что монтаж скатной кровли будет выполнен в соответствии с технологией. В случае если чердак дома является нежилым помещением, крышу можно не утеплять. Тогда утепление необходимо исключительно для перекрытия чердака. Оно выполняется с внутренней части. Обеспечение целостности слоя утепления – главное условие

В отличие от плоских кровель, где используется пенополистирол, для скатной крыши лучшим утеплителем является минеральная или стеклянная вата. Самый выгодный вариант – утеплитель на минеральной основе средней жесткости. Цена его немного дороже стекловолоконного материала, однако эта разница  легко компенсируется большим снижением теплопотерь и повышенными экологическими свойствами.

Немаловажным фактором в энергосбережении и создании благоприятного микроклимата в доме является правильная работа таких инженерных систем, как отопление и вентиляция. Микроклимат является основным фактором комфорта и гигиены в помещении, его характеризуют такие показатели как температура и чистота  воздуха , относительная влажность, скорость движения воздуха и.т.д..

Вентиляционная система в основном имеет лишь одну функцию, она должна обеспечивать хорошую циркуляцию воздуха. Большинство уже построенных жилых домов оснащены системами естественной вентиляции. Популярность этой системы объясняется дешевизной и несложностью монтажа. Эта система сейчас оказывается недостаточно эффективной ввиду того, что в ней приток свежего воздуха предполагается за счет щелей в окнах. Так как современные стеклопакеты герметичны, это снижает приток  воздуха, в результате получается плохое качество воздуха , грибки и плесень на стенах , а более частое проветривание создает большие теплопотери (50- 60 процентов от общих теплопотерь). Лучшим решением для вентиляции является- система централизованной принудительной приточно-вытяжной вентиляции с рекуперацией тепла. Основные составляющие этой системы: вентиляторы , теплообменник, фильтры и устройства управления. Рекуператор тепла (теплобменник) позволяет экономить до 25 % тепла. Забор воздуха происходит через теплообменник, там зимой он подогревается, а летом охлаждается, через него же воздух выходит наружу. Минусами этой системы является зависимость ее от электричества и высокая стоимость. Однако расходы окупаются, за счет минимальных теплопотерь.

Системы отопления вносят огромный вклад в процесс энергосбережения. Правильный выбор данных систем во многом определяет уровень энергосбережения зданий.

Существует множество систем отопления в зависимости от энергоносителя:

1.                  Газовые. Газ недорогой источник энергии, но трудность монтажных работ является минусом данной системы.

2.                  Электрические . Они просты в установке, но требуют затрат на электроэнергию.

3.                  Твердотопливные. Просты в эксплуатации. Минусом является транспортировка и цена топлива.

4.                  Жидкотопливные. Высокое КПД системы, но большая цена устройства и топлива делает данную систему не рентабельной.

5.                  Комбинированные. Эти системы более автономны т.к. могут работать на нескольких видах топлива. Их минусом является стоимость оборудования

Существуют так же альтернативные системы использующие энергию земли и солнца. Эти системы энергоэффективны и экологичны.  К их минусам относят высокую стоимость и сложность монтажа.

В качестве альтернативы применяется комфортная и экономичная система отопления-тёплый пол. Эта система экономичнее радиаторов на 25-30 %. Температура покрытия составляет 30-50 %. Применять эту систему возможно в любых типах зданий.

Заключение

Из всего вышесказанного можно убедиться в полезности и актуальности данного вопроса, и самое важное – заинтересованности специалистов в проектировании энергоэффективных зданий, повышении стандартов энергосбережения. В статье продемонстрировано, что рынок энергоэффективных строительных материалов и конструкций достаточно широк, но их отбор должен основываться на теплотехнических расчетах и исходя из проектных конструктивных и объемно-планировочных решений энергосбережения в зданиях. Очевидно, что в ближайшем будущем главным фактором в сферах создания, модернизации и эксплуатации строительной продукции станет обеспечение минимальных теплопотерь в зданиях, и в приоритете будут энергосберегающие строительные материалы и изделия.

Список литературы:

1.             Якубсон В.М. Энергоэффективность ограждающих конструкций зданий // Инженерно-строительный журнал. №8. 2014. С. 5-8.

2.             Енюшин В.Н., Нурмухаметова А.Д., Хаеретдинова А.Д. Энергоэффективность современных ограждающих конструкций // Известия казанского государственного архитектурно-строительного университета. №4. 2016. С. 217-221.

3.             Ватин Н.И., Немова Д.В., Рымкевич П.П., Горшков А.С. Влияние уровня тепловой защиты ограждающих конструкций на величину потерь тепловой энергии в здании // Инженерно-строительный журнал. №8. 2012. С. 4-14.

4.             Горелик П.И., Золотова Ю.С. Современные теплоизоляционные материалы и особенности их применения // Строительство уникальных зданий и сооружений. №3 (18). 2014. С. 93-103.

5.             Knezevic M., Cvetkovska M., Trombeva Gavriloska A., Trpevski S., Andreev A. Impact of thermal insulation and type of windows on energy demand of buildings with Passive House Standard // Applied mechanics and materials. №725-726. 2015. P. 1519-1529.

6.             Грановский В.Л. Энергоэффективные здания - комплексное решение для систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения // АВОК. №4. 2014. С. 20-28.

7.             Немова Д.В. Системы вентиляции в жилых зданиях как средство повышения энергоэффективности // Строительство уникальных зданий и сооружений. №3. 2012. С. 83-86.

8.             Авсюкевич А.Д. Энергоэффективность и энергосбережение в системах теплоснабжения // Строительство уникальных зданий и сооружений. №2 (7). 2012. С. 40-54.

9.             Заодвинская Т.О., Горшков А.С. Методика повышения энергоэффективности типового многоквартирного дома путем внедрения систем учета, автоматизации и регулирования тепловой энергии // Строительство уникальных зданий и сооружений. №8 (23). 2014. С. 79-92.

10.         Горшков А.С. Энергоэффективность в строительстве: вопросы нормирования и меры по снижению энергопотребления зданий // Инженерно-строительный журнал. №1. 2010. С. 9-13.

11.          Iwaro J., Mwasha A. Implifications of building energy standard for sustainable energy efficient design in buildings // International Journal of energy and environment. №5. 2010. P. 745-456.

12.         Mohd Zaki W.R., Nawawi A.H., Sh Ahmad S. Energy savings benefit from passive architecture // Journal of sustainable development. №3. 2008. P. 51-63.

13.         Галлямова Г.Р., Кобельков Г.В. Энергосберегающие технологии при строительстве зданий: пассивный дом // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования. №71. 2013. С. 228-232.

14.         Горшков А. С., Дерунов Д. В., Завгородний В. В. Технология и организация строительства здания с нулевым потреблением энергии // Строительство уникальных зданий и сооружений. №3 (8). 2013. С. 12-23.

15.         Galvin R. Are passive houses economically viable? A reality-based, subjectivist approach to cost-benefit analyses // Energy and buildings. № 80. 2014. P. 149-157.