В Центральной Европе на энергоснабжение зданий используется около 1/4 всей потребленной энергии. Почти 70% этого количества уходит на обогрев зданий в зимний период, поэтому даже при незначительном снижении теплопотерь зимой можно добиться значительной экономии. В здании, которое действительно можно назвать энергосберегающим, потребление топлива может быть на 20-30% ниже, чем в традиционном доме, а экономия может составить до 50%, правда, на начальном этапе это потребует значительных дополнительных затрат.
Однако за все приходится платить. При нынешних ценах на энергоносители — учитывая и вероятную инфляцию — средние затраты на здания с малым потреблением энергии покрываются за 5-10 лет, а затраты на здания особой конструкции — за 15-20 лет. Под периодом, за который покрываются затраты, подразумевается соотношение между затратами на строительство и эксплуатацию и ежегодной экономией топлива. Добиться экономии энергии в зданиях можно тремя способами:
— снижением теплопотерь с помощью улучшения теплоизоляции,
-установкой оптимального воздухообмена,
— активным использованием солнечной энергии.
В зимний период потери тепла в ограждающих конструкциях можно снизить с помощью теплоизоляции. Через ограждающие конструкции здания и необогреваемый чердак часть более теплого воздуха из внутренних пространств перетекает в более холодное внешнее пространство, а через пол оно уходит в почву.
В здании всегда происходит некая фильтрация (обмен воздуха через щели): при отсутствии ветра воздух, проникающий через щели в дверных и оконных проемах, перемещается за счет разницы в плотности, при этом холодный воздух перемещается внутрь снизу, а теплый — наружу сверху. Поток воздуха может возникать и в результате того, что печь втягивает воздух, который затем в виде дымового газа выходит через печную трубу. В отапливаемом помещении постоянно происходит обмен воздуха, теплый воздух обогревает стены и пол.
Правильная циркуляция воздуха — чрезвычайно важный фактор, поскольку она обеспечивает необходимые условия жизни и предупреждает разрушение здания. Для нормальной работы организма человеку требуется 20-30 м3 чистого воздуха. Если в помещении воздух слишком загрязнен, это количество необходимо увеличить.
Зная господствующее направление ветра, можно определить соответствующие места для стенных проемов и таким образом регулировать степень фильтрации и направление потока воздуха. Со стороны стены, которая обдувается ветром, возникает давление ветра, а на остальных стенах — тяга ветра.
С точки зрения энергосбережения идеальной формой является шар, т. е. дом почти шарообразной геометрической формы. Такой дом имеет наиболее оптимальное соотношение между объемом (V), внешней и внутренней поверхностью стен (F).
Степень проникновения воздуха в основном зависит от уплотнителей в щелях между открывающимися створками, поэтому, естественно, его уровень будет максимальным на внутренних дверях. Потеря тепла возникает на всякой перегородке, если ее противоположные стороны имеют разную температуру. Существуют две основные возможности простой экономии энергии:
1. Основную площадь, от которой зависит потребительская стоимость здания, следует оградить предельно малыми внешними поверхностями.
2. На потери тепла влияет не только абсолютная величина охлаждающейся поверхности, но и теплоизолирующая способность стен. Из соображений энергосбережения нормативные документы определяют максимальную величину обратного показателя теплоизоляции, коэффициент передачи тепла.
«К», т. е. коэффициент теплопередачи, — это поток тепла, который под действием разницы температур в один градус проходит через один квадратный метр конструкции, подвергнутой анализу.
Максимальные коэффициенты теплопередачи, допустимые для жилого здания:
— для гомогенной плоской стены: к = 0,7 вт/(м2*К);
— для кровли крыши: к = 0,4 вт/(м2*К);
— для застекленных проемов: к = 3,0 вт/(м2*К).
Приведенные цифровые показатели с 1992 года считаются лишь минимальными ориентирами, поскольку показатель «к» для стен может составлять даже 0,3-0,4 вт/(м2*К), в то же время желательно, чтобы для окон он составлял 1,4-2,00 вт/(м2*К). Советуем запомнить эти цифры как ориентировочные показатели, особенно это необходимо специалистам.
Но реальное здание, конечно, состоит из неидеальных элементов, ведь:
— конструкции часто имеют не ровную, а состоящую из отдельных элементов поверхность, внешняя и внутренняя поверхности у них имеют разные размеры;
— конструкции перегородок неоднородны, так, например, в местах креплений, необходимых по статическим требованиям, теплоизоляция будет хуже;
— на перегородках имеются проемы, в которых поток тепла обычно бывает более интенсивным.
Любые конструктивные элементы, не имеющие соответствующей теплолизоляции, принято называть «тепловым мостом». Плохо обработанный тепловой мост представляет опасность с нескольких точек зрения: поскольку температура поверхности, имеющей плохую теплоизоляцию, будет более низкой, это сопровождается нарушением тепловое-приятия, в некоторых случаях это приводит к конденсации влаги, появлению плесени.
Характерный эффект теплового моста можно уменьшить с помощью теплоизоляции, установку которой необходимо предусмотреть уже при составлении проекта, поскольку дополнительно выполнять эти работы довольно сложно. Толщина встроенного теплоизолирующего материала — в зависимости от изолирующего материала и от способа заделки — должна составлять 6-12 см.
Все вышеизложенное касается минимальных показателей, предусмотренных нормативами. К энергосберегающим домам с этой точки зрения предъявляются более высокие требования: коэффициенты теплопроводности стен в среднем должны составлять к = 0,3-0.4 вт/(м2*К). В таких строениях пол также имеет теплоизоляцию, что дает особые преимущества с точки зрения тепловосприятия. Ощущение комфортности зависит от температуры поверхности стен и пола.
На величину застекленных поверхностей влияют противоположные по своему характеру факторы:
— необходимо обеспечить соответствующее естественное освещение помещения (искусственное освещение — это уже расточительство энергии);
— стеклянные конструкции — это источник больших теплопотерь; излишние поверхности приводят к дополнительному потреблению топлива;
— температура поверхности окон часто падает ниже точки росы, поэтому на них конденсируется влага.
Стеклянная поверхность, которая обеспечивает необходимое естественное освещение, согласно нормативам должна составлять не менее 1/6-1/8 площади помещения. Разумеется, это распространяется не на все случаи. При неблагоприятных условиях застройки этого часто бывает недостаточно.
Для того чтобы избежать излишних теплопотерь, нормативы косвенно ограничивают пропорции застекленной поверхности: средний коэффициент теплопроводности поверхности стены на которой имеются окна, не должен превышать 2,0 вт/(м2*К), т. е. стекло должно занимать примерно 60%. Такие большие стеклянные поверхности зимой требуют значительных дополнительных нагрузок на отопление, а летом на них приходится устанавливать дорогостоящие затенители.
Прямоугольное в плане энергосберегающее здание можно получить, если с северной стороны соорудить стену, которая «в разрезе» имеет усеченную поверхность, при этом достигается оптимальное соотношение объема/поверхности, а южная, освещенная солнцем сторона, на которой устанавливаются летние затенители, обеспечивает хороший энергетический баланс в течение всего года.
