Строительство и Архитектура/3. Современные технологии строительства,

реконструкции и  реставрации.

К.т.н., ассоциированный профессор Мухамедшакирова Ш.А.

архитектор Имангалиева А.Ж.

Казахская головная архитектурно- строительная академия, Казахстан

Пути решения энергосбережения в промышленных зданиях

 

В статье рассмотрены основные методы энергосбережения в строитель­стве промышленных зданий,  подробно описаны конструктивные решения, позволяющие снизить теплопотери, а также затронута тема использова­ния инженерных устройств и альтернативных источников энергии в промышленных зданиях.

В настоящем энергосбережение при проектировании зданий и сооружений приобре­тает все большую актуальность повсеместно, отказаться от использования электричества невозможно, более того, развитие экономики требует увеличения мощностей и к 2025 году прогнозируется удвоение спроса на электроэнергию. Только использование современных технологий, обеспечивающих эффективное расходование энергетических ресурсов, позволит избежать их дефицита[3].

Энергосбережение в строительстве играет важнейшую роль, поскольку плавное уменьшение потребления электриче­ской и тепловой энергии предоставляет возможность существенно сократить расходы ресурсов. Энергосбережение в строительстве должно осуществляться с помощью комплекса мероприятий: градострои­тельных (8-10%экономии), архитектурно-планировочных (15%), конструк­тивных систем (25%), инженерных систем (30%), технологий возведения  (20%). Энергосберегающие градостроительные решения включают в себя экономию земельных территорий при строительстве и реконструкции зданий, организацию замкнутых дворовых и внутриквартальных территорий, исполь­зование естественной теплоты Земли и развитие подземной урбанизации с целью экономии энергоресурсов и  использования  защитных свойств рельефа и т.д. К объемно-планировочным решениям относятся: оптимальная ориентация зданий по сторонам света; функциональное зонирование помещений, в том числе по температурно-влажностным параметрам микроклимата; много­функциональность зданий; сокращение площади ограждающих конструк­ций; удельное уменьшение объемов и площадей зданий на основе новых унифицированных решений; упрощение конфигурации зданий; оптимизация соотношений площадей светопрозрачных и глухих ограждений, с учетом ориентации таких ограждений по сторонам света. Что касается конструктив­ных решений, то это, прежде всего, снижение теплопотерь через ограждаю­щие конструкции [2]. Теплоснабжение производственных помещений требует очень больших затрат энергии, поскольку они  занимают огромные площади  и имеют высоту до 14—18 м. К тому же, количество рабочего времени из 5000 часов отопительного сезона составляет не более 2300 часов,  остальные 2700 часов предприятия вынуждены отапливать здания, в которых никто не работает. Известно, что при действующей практике проектирования и строи­тельства более 60% тепла уходит через ограждающие конструкции: внешние стены, потолок, крышу, окна, двери и фундамент, поэтому основной резерв тепла кроется в надежной теплоизоляции всего корпуса здания. При пре­имущественном конвективном теплообмене для теплоизоляции используют ограждения, содержащие слои материала, непроницаемого для воздуха; при лучистом теплообмене - конструкции из материалов, отражающих тепловое излучение (например, из фольги, металлизированной лавсановой плёнки); при теплопроводности (основной механизм переноса тепла) - материалы с развитой пористой структурой. Основные потери тепловой энергии зданий приходятся на стены, так как они имеют наибольшую площадь соприкосно­вения с внешней средой. В основном на теплопотери влияют следующие два фактора: разница температур в помещении и на улице (чем она выше, тем больше теплопотери) и теплоизоляционные свойства стены.

Композиционная ограждающая конструкция может быть представлена в виде нескольких отличных друг от друга систем и конструкций: жесткий каркас с заполне­нием межкаркасного пространства эффективным утеплителем; жесткая ограждающая конструкция (например, кирпичная или бетонная стена), утеп­ленная со стороны внутреннего помещения, или так называемое внутреннее утепление; две жесткие пластины и эффективный утеплитель между ними, например, «колодезная» кирпичная кладка, железобетонная панель «сэн­двич» и т.д. ; тонкая ограждающая конструкция (стена) с утеплителем с внешней стороны, так называемое внешнее утепление. Особое внимание следует уделить теплоизоляции кровли. Кровля по теплофизическим показа­телям является самым уязвимым элементом здания. По законам конвекции нагретый воздух поднимается вверх, поэтому потери тепла через кровлю могут достигать 40% от общего количества. Кроме того, при контакте нагре­того воздуха из помещения с холодной поверхностью кровли неизбежно выпадение конденсата. Вода будет постепенно разрушать конструкцию кровли. По степени теплоизоляции покрытия разделяются на теплые, полу­тёплые и холодные. Покрытия делают холодными, когда здания не отапли­ваются или имеют значительные тепловыделения (в этих покрытиях нет пароизоляции и теплоизоляции). При повышенной влажности воздуха во избежание образования конденсата на внутренних поверхностях делают теплые покрытия, состоящие из основания, пароизоляции, утеплителя, вы­равнивающего слоя (стяжки) и кровли промышленных зданий. Полутёплые покрытия делают для отапливаемых цехов с нормальной или пониженной влажностью. Они состоят из тех же слоёв, что и тёплые, но слои теплоизоля­ции в них меньше, чтобы снег таял от проникающего через них тепла. Мате­риалами для утепления служат пенобетонные и волокнистые плиты, минера­ловатные плиты, которые сверху покрывают выравнивающим слоем цемент­ного раствора или асфальто-подклейку рулонной кровли из рубероида и пергамина. Наиболее прогрессивными конструкциями, применяемыми в настоящее время при устройстве покрытий промышленных зданий, являются комплексные кровельные панели, совмещающие одновременно несущие и теплоизоляционные функции, на них в заводских условиях устраивают гид­роизоляцию из одного слоя рулонного материала.

Теплопотери через фундамент в среднем составляют 10—15% от общего объема теплопотерь здания. В ходе эксплуатации фундамента возникает вероятность его промер­зания, что приводит к разрушению гидроизоляции основания. Для защи­ты фундамента от разрушения необходимо обес­печить внешнюю теплоизоляцию конструкции. Утепление фундамента также предо­хранит стены от образования конденсата, появления  плесени и грибков.  Для предотвращения потерь тепла через фундамент необходимо использо­вать теплоизоляцию, парозащиту, достаточную вентиляцию подвальных помеще­ний. Утепление плиты фундамента осуществляется слоем  геотекстиля, за­щитной мембраной из битумно-полимерного соединения для гидроизоляции, не­скольких слоёв теплоизоляции, полиэтиленовой плёнкой, армированной стяжкой для дальнейшей заливки бетона.

Важным элементом энергосбереже­ния яв­ляются оконные блоки. Их состояние оказывает существенное влияние на величину теплопотерь помещения. Окна являются главным источни­ком теплопотерь в зданиях. Степень остекления составляет  примерно   25%, а их термическое сопротивление меньше стенового в 3 раза и более; кроме того, через оконные проемы осуществляется инфильтрация наружного воз­духа, вследствие чего окна и двери суммарно пропускают до 50% тепла из помещений. В этой связи, необходимо обеспечить их герметизацию. В целях энергосбережения используются вакуумные стеклопакеты, 2- или 3-камерные стеклопакеты, заполненные низко-тепло­проводным аргоном или криптоном , стеклопакеты с низко­эмиссионным стеклом. Применяется более герметичная конструкция примы­кания окон к стенам, утепляются оконные проёмы. Стёкла покрываются диоксидной солнцеотражающей и энергосберегающей плёнкой. Иногда для дополнительной теплоизоляции на окнах устанавливают ставни, жалюзи или шторки[3].

В целях снижения потерь тепла,  следует обеспечить герметичность наружных ограждений здания: неконтролируемый приток воздуха сквозь  окон, дверей, стен и т.д. Сущест­венно снизить энергозатраты позволяет использование искусственной венти­ляции с рекуперацией тепла и уменьшением неконтролируемого воздухооб­мена.  Рекуператор это устройство, в котором происходит теплообмен вхо­дящих и исходящих воздушных масс. В холодное время года, поступающий через рекуператор с улицы холодный воздух обогревается выходящим из помещения отработанным теплым воздухом. Немаловажную роль в деле энергосбереже­ния играет использование альтернативных источников энер­гии. В промышленно­сти, где требуются большие затраты энергии, использо­вание возобновляемых источников дает ощутимую экономию. Основным преимуществом возобновляемых источников является их экологическая чистота и неограниченность.

Солнечная энергетика по многим прогнозам является одной из самых перспективных отраслей возобновляемой энерге­тики. Солнечный коллектор — устрой­ство для сбора тепловой энергии Солнца (гелиоустановка), переноси­мой видимым светом и ближним инфракрасным излучением. В отличие от солнечных батарей, производящих непосредственно электричество, сол­нечный коллек­тор производит нагрев материала-теплоносителя (воды, воз­духа или антифриза). Обычно применяются для нужд горячего водоснабже­ния и отопления помещений.  Снизить затраты на освещение в дневное время суток позволяет устройство так называемых световых колодцев. Световой колодец представляет собой трубу, передающую солнечный свет с мини­мальными потерями. Задача верхней части — собрать как можно больше солнечного света. Для этого применяются различные коллек­торы, рефлекторы и даже линзы Френеля. В нижней части солнечного ко­лодца устанавливаются устройства, рассеивающие солнечный свет. Могут применяться в больших промышленных зданиях: складах, цехах, подземных помещениях и т. д.

В прибрежных зонах наиболее перспективным является использование энергии ветра[1]. Как правило, в промышленности их объединяют в сеть, в результате получается ветряная электростанция. Эф­фективность работы ветроэлектростанции зависит от силы ветра. У энергии ветра есть несколько существенных недостатков, которые затрудняют ее использование: энергия ветра сильно рассеяна в пространстве, поэтому необ­ходимы ветроэнергоустановки, способные посто­янно работать с высоким КПД; ветроэнерго­станции не безвредны: они мешают полетам птиц и насекомых, шумят, отра­жают радиоволны вращающимися лопастями[4].

Литература:

1.Свидерская О.В. Основы энергосбережения. – Минск: ТетраСистемс, 2008.

2.Матросов Ю.А. - Энергосбережение в зданиях. Проблема и пути ее решения, НИИСФ, 2008

3.Журнал  «Энергосбережение»,  2012

4.Журнал «Vira!»,  Алматы, 2011