С эффективным использованием энергии

Показателем уровня теплозащиты ограждающих конструкций зданий является величина их термического сопротивления, определяемая для однослойных конструкций по формуле где б — толщина конструкции, м; А, — теплопроводность материала конструкции, м-°С/Вт.

Например, для климатических условий Московской области наружные стены зданий имеют по санитарно-гигиеническим требованиям термическое сопротивление порядка 0,9 м²-°С/Вт, а окна — 0,2 м²-°С/Вт. Если наружные стены выполнены из кирпичной кладки, то их толщина 6 = ^ = 0,56-0,9 = 0,504 м, а если из керамзитобетона, то 6 = 0,36-0,9 = = 0,324 м.

Уменьшение теплопотерь через наружные ограждающие конструкции связано с повышением их термического сопротивления. По современным экономическим требованиям величину термического сопротивления следует повысить до 3...5 м²-°С/Вт. В этом случае наружные стены из кирпичной кладки имели бы толщину 1,68...2,8 м, а из керамзитобетона 1,08...1,8 м, что представляется технически нереальным. Целесообразным решением следует считать использование трехслойных конструкций с внутренним слоем из эффективного теплоизоляционного материала типа минераловатных плит, стекловаты, пенополистирола, пенопласта, пенополиуретана и с наружными облицовочными слоями из тяжелого или легкого конструктивного железобетона, металла, дерева. Учитывая, что коэффициент теплопроводности эффективных теплоизоляционных материалов в среднем составляет 0,06 Вт/(м-°С), получим, что для климатических условий Мос­ковской области толщина слоя утеплителя в трехслойной конструкции должна быть: по санитарно-гигиеническим требованиям порядка 0,054 м; экономическим требованиям — 0,18...0,3 м.

Таким образом, трехслойные конструкции позволяют обеспечить требуемое сопротивление теплопередаче при небольшой толщине слоя утепляющего материала, но при этом такие конструкции слабо сопротивляются колебаниям температуры, обусловленными в зимнее время инерционностью и неравномерностью отдачи теплоты отопительными приборами, а в летнее время — воздействием солнечной радиации.

Использование облегченных малоинерционных ограждающих конструкций, а также увеличение доли остекления является характерным признаком современного строительства. В результате существенно уменьшилась теплоаккумуляционная способность здания и его тепловое поведение стало неустойчивым.

Для однослойных конструкций теплоаккумуляционная способность (кДж/м²)

где р — плотность материала, кг/м³; с — теплоемкость материала, кДж/(кг-°С); б — конструктивная толщина материала, м; А — разность температур между начальной и конечной температурой материала, °С. В табл. 6.3 приведены теплотехнические и теплоаккумуляционные показатели различных строительных материалов. В гр. 2, 3, 4, 5 приведены соответственно значения коэффициента теплопроводности, плотности, теплоемкости в сухом состоянии, в гр. 6 — толщина слоя материала, имеющего термическое сопротивление /?=1 м²-°С/Вт; в гр. 7 — количество теплоты, которая требуется слою материала, имеющего Л? = 1 м²-°С/Вт, для повышения его температуры от О до 20 °С, в гр. 8 — повышение температуры поверхности слоя материала, имеющего К = 1 м² • °С/Вт, за 1 мин при действии на поверхности источника теплоты в 1 кВт.

Учитывая, что от различной тепло-аккумуляционной способности ограждающих конструкций зависит скорость реакции здания на теплопоступления, цифры в таблице показывают, что имеет место существенная розница во времени и в количестве теплоты, которое требуется для достижения комфортных условий в помещениях, ограждающие конструкции которых выполнены из различных материалов.

Для большинства современных зданий, наряду с изменением конструктивных решений, изменились и условия их эксплуатации. Так, например, для школ, театров, кинотеатров, административных и большинства производственных зданий допускается в течение части суток понижение температуры внутреннего воздуха по сравнению с нормативным значением.

В результате сокращается общий расход теплоты за сутки, но при этом требуется более высокая подача теплоты в период натопа. Для массивных зданий потребуется более высокая подача теплоты в период натопа, чем для зданий с легкими ограждающими конструкциями. Следовательно, в первом случае будет достигнута меньшая экономия топлива. В южных районах вопросы выбора ограждающих конструкций необходимо решать в двух аспектах. С одной стороны, наружные ограждения не должны быть источниками значительных теплопоступлении в помещения, с другой стороны, увеличение теплоустойчивости наружных ограждений ведет к неоправданному расходованию строительных материалов, увеличению веса здания и удорожанию строительства. Устройство системы кондиционирования дает возможность облегчить ограждающие конструкции и применять для них эффективные строительные материалы, так как при использовании системы кондицио­нирования имеет значение в первую очередь теплозащитная способность, а не теплоустойчивость наружного ограждения.

Из всех ограждающих конструкций наибольшее влияние на тепловые потери здания оказывают окна. В современных зданиях теплопотери через Окна составляют более 50% теплопотерь через наружные ограждения, а теплопотери через 1 м² окна в 2,5...3 раза больше, чем через 1 м² стены.

Эффективным способом экономии энергии, затрачиваемой на обогрев помещения в холодное время года и на охлаждение помещения в теплое время, является использование так называемых вентилируемых окон. Вентилируемые окна в отличие от традиционных конструкций, имеющих замкнутую воздушную прослойку между стеклами, имеют вверху и внизу окна щели, через которые движется (вентилируется) внутренний воздух (рис. 6.2). В холодное время года теплый внутренний воздух, проходя между стеклами, обогревает их, а в теплое время года охлажденный внутренний воздух, проходя между стеклами, охлаждает их. На рис. 6.2 показана схема теплового баланса вентилируемого окна с учетом теплоты солнечной радиации с трехслойным стеклопакетом в наружном переплете и одинарным стеклом, во внутреннем переплете. Потери тепла в холодное время года через конструкцию вентилируемого окна примерно в три -шесть раз меньше, чем через конструкцию аналогичного традиционного окна. Область применения вентилируе­мых окон ограничена зданиями с системами воздушного отопления, совмещенного с вентиляцией. Кроме того, вентилируемый воздух не должен иметь высокое влагосодержание (или высокую относительную влажность), так как это будет приводить к выпадению конденсата в холодное время года на поверхностях стекол, омываемых воздухом. На рис. 6.3 показана схема организации воздухо­обмена в помещении с вентилируемыми окнами и вентиляционными каналами, расположенными в плитах перекрытия.