Перспективы применения технологий и систем активного энергосбережения, энергоэффективных вентилируемых ограждающих конструкций при строительстве, реконструкции и капитальном ремонте жилых и общественных зданий в РФ

В результате многочисленных исследований, проведенных в НИИ строительной физики в 2011 – 2014 годах, авторами были предложены новые принципы проектирования наружной оболочки зданий и сооружений различного назначения с использованием активной рекуперации выходящего тепла и влаги, а также разработаны энергоэффективные вентилируемые ограждающие (ЭВОК) и светопрозрачные (ЭВСОК) конструкции [1 – 5]. 

Нами были теоретически обоснованы новые принципы проектирования [1, 2], экспериментально подтверждена их эффективность [5]. Кроме того, совместно с рядом фирм – партнеров были разработаны предложения по использованию технологий активной рекуперации в реальных ограждающих и светопрозрачных конструкциях [3, 4].

В ходе исследований нами были:

• получены очень высокие показатели по рекуперации (возврату) уходящего из помещения теплового потока;
• определены оптимальные расстояния между теплозащитными экранами различного вида в наружной камере межстекольного пространства светопрозрачных конструкций;
• обеспечены условия образования плоской турбулентной струи в наружной камере межстекольного пространства;
• установлены минимальные расстояния между теплоотражающими экранами и ограждающими конструкциями, при которых функционирует разработанный авторами принцип повышения энергетической эффективности;
• определены оптимальные режимы подачи наружного воздуха в специально образованную наружную прослойку;
• проведена оценка эффективности использования современных рекуператоров мембранного типа совместно с энергоэффективными вентилируемыми ограждающими и светопрозрачными конструкциями.

В качестве механизмов воздействия на выходящий из здания тепловой поток были использованы мощные комплексные физические процессы. При этом в ходе исследований в климатических камерах НИИ строительной физики были достигнуты:

• рекуперация выходящего теплового потока через ограждающие конструкции с КПД  выше 95%;
• рекуперация тепла вентиляционных выбросов с КПД выше 94%;
• рекуперация влаги: через ограждающие конструкции с КПД 100%, а у вентиляционных выбросов – с КПД выше 84%;
• обеспечение нормативных показателей энергетической эффективности конструкций, запланированных к 2020 году, что значительно выше, чем у существующих ограждающих и светопрозрачных конструкций и существенно выше требований действующих нормативно-технических показателей;
• возможность создания комфортных условий в помещениях за счет обеспечения энергоэкономичного воздухообмена в 2-3 раза выше требований действующих санитарных норм;
• практическое исключение возможности образования конденсата на поверхностях ограждений, а также минимизация возможностей разрушения остекления светопрозрачных конструкций за счет т.н. «эффекта термошока»; 
• обеспечение возможности регулирования и оптимизации тепло-влажностного режима внутри ЭВОК и ЭВСОК в процессе эксплуатации конструкций в зависимости от наружных условий;
• повышение теплотехнической однородности конструкций за счет изоляции воздушным потоком теплопроводных включений, а также повышение тепловой устойчивости ограждения.

Основные преимущества разработанных нами конструкций ЭВОК и ЭВСОК при использовании их в отечественном строительстве следующие:

• малая материалоёмкость, относительно невысокая стоимость, примерно сопоставимая с ценой традиционных конструкций, экономичность;
• высокая долговечность, высокая энергетическая эффективность, экологическая чистота;
• обеспечение возможности использования в ограждающих конструкциях материалов с большей теплопроводностью, чем это предполагается действующими нормативными документами за счет эффективной рекуперации выходящего теплового потока;
• возможность применения комбинаций из существующих сертифицированных промышленно выпускаемых ограждающих конструкций, что минимизирует необходимость дополнительной сертификации ЭВОК и ЭВСОК; 
• возможность снижения требований к основной ограждающей конструкции – за счет применения новых принципов проектирования можно не увеличивать сопротивления теплопередаче существующих ограждающих конструкций, что очень перспективно особенно при реконструкции и капитальном ремонте зданий различного назначения.

Российская Федерация стоит перед сложной задачей по реновации, повышению комфортности  и тепловой модернизации большей части ранее построенных зданий, сооружений, а также и инфраструктуры в городах и населенных пунктах. Это связано с неудовлетворительным состоянием многих строительных и инженерных сооружений. Незначительный объем ремонта, проведенный в прошлые периоды, привел к значительным физическим и структурным повреждениям зданий и сооружений, которые с учетом общего возраста построек ведут к снижению остаточного срока их эксплуатации. С учётом огромного общего объема жилого фонда встает вопрос, возможно ли адекватно и своевременно провести необходимые улучшения или дополнительные мероприятия по санации этих зданий во избежание серьезных социальных и других проблем.

Необходимость проведения мероприятий по энергосбережению в Российской Федерации обосновывается и тем, что в период с 1917 года по 2000 год в нашей стране было построено более 3.5 миллиардов квадратных метров только жилых зданий [6] (по данным Минстроя РФ – общая площадь зданий в РФ – 5.5 миллиардов квадратных метров, в том числе – 4.1 миллиардов квадратных метров жилых зданий [7]), энергетические потери в которых не отвечают современным требованиям. Так, по данным Министерства регионального развития РФ (2012 год) средние затраты на отопление в жилых зданиях на всей территории России составляют 350 – 380 кВт час/кв. м в год (в 5 – 7 раз выше, чем в Германии и других странах ЕС), а в некоторых типах зданий они достигают 680 кВт час/кв. м в год. Более того, по данным Мосгосэкспертизы, несмотря на то, что в Своде Правил СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий» (актуализированная редакция СНиП 23-02-2003) для многоэтажных зданий, проектируемых для г. Москвы для удельных затрат на отопление и вентиляцию был установлен предел в 95 кВт час/кв. м в год, в построенных зданиях (что было установлено неоднократными проверками зданий возведенных в 2003 – 2010 годах) эти затраты находились на уровне 150 – 180 кВт час/кв. м в год. С учетом постоянного роста тарифов на тепловую энергию и неопределенности на глобальных рынках углеводородного сырья (а также в связи с мизерным использованием нетрадиционных и возобновляемых источников энергии в нашей стране) такая ситуация является чрезвычайно опасной с точки зрения энергетической безопасности страны.

Известно, что в середине 2000-х годов в ряде регионов была запущена программа по реновации и санации жилых зданий, построенных в 60-е – 70-е годы прошлого века. Основные работы предполагали утепление стен за счет различных вариантов наружного утепления, замену окон и ремонт или замену некоторых коммуникаций. Предполагалось, что за счет этих мероприятий возможно будет снизить расходы на эксплуатацию жилых помещений на 25 – 30%. К сожалению, мониторинг реконструированных домов показал значительно меньший энергетический эффект – по результатам обследований, проведенных Мосгосэкспертизой и другими заинтересованными организациями, снижение потребления энергии в них не превышало 10%. Это связано как с неудачными схемами реконструкции, качеством работ, так и с неэффективными дешевыми материалами и решениями, использованными при реконструкции.

Недавно были приняты изменения в законодательство, касающиеся капитального ремонта зданий, которые предполагают со-финансирование этих работ собственниками жилых помещений. Кроме того, Минстроем РФ и Правительством г. Москвы практически подготовлен комплект документации по реконструкции жилых зданий старой постройки. Хочется надеяться, что контроль со стороны ТСЖ сможет изменить ситуацию в лучшую сторону, а при реконструкции и капитальном ремонте зданий будут использоваться новые энергосберегающие материалы и конструкции, в том числе – и разработанные авторами в НИИ строительной физики.

Авторы считают, что после разработки первых конструкций с использованием некоторых технологий активного энергосбережения, энергетическая эффективность которых была доказана в предыдущих статьях [3 – 5], необходимо продолжить исследования в направлении максимального использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии, инновационных систем вентиляции и отопления, а также других инженерных систем, обеспечивающих повышенный уровень комфортности микроклимата помещений и эффективности и удобства эксплуатации.

При внедрении в практику отечественного строительства разработанных нами инновационных энергоэффективных вентилируемых ограждающих и светопрозрачных конструкций уже сегодня можно обеспечить: 

• повышение уровня комфортности микроклимата помещений с регулировкой защиты от внешних воздействий и теплохладоаккумуляцией энергии приточного воздуха в любых условиях внешней среды в зимний, летний и переходный период;
• использование в ближайшей перспективе фотоэлектрических панелей, солнечной и ветровой энергии (в том числе, - разрабатываемых приточных   и вытяжных ветровых вентиляционных эжекторных дефлекторов повышенной энергоэффективности);
• сокращение отопительного периода в большинстве климатических районах страны за счет эффективного использования выходящего из помещений теплового потока и тепла вентиляционных выбросов.

В то же время, необходимо активизировать использование в новом строительстве, при реконструкции и капитальном ремонте зданий различного назначения и других элементов и технологий активного энергосбережения. К ним можно отнести [2]:       

• автоматически регулируемую вытяжную вентиляцию с механическим побуждением и естественным  притоком  через  вентиляционные клапаны в окнах или в наружных ограждающих конструкциях;
• теплонасосные системы теплоснабжения (отопления и горячего водоснабжения);
• системы, рекуперирующие и утилизирующие теплоту вентиляционных выбросов и канализационных стоков;
• эффективные отопительные приборы с регулируемой теплоотдачей;
• системы автоматизированного учета потребления энергоресурсов и управления микроклиматом, обеспечивающих экономию энергии и снижение пиковых электрических нагрузок;
• системы, использующие солнечную, ветровую, геотермальную энергию и др.;
• системы аккумулирования тепла и холода, в основном вентиляционного воздуха, с использованием материалов с возможностью фазовых переходов;
• механические приточно-вытяжные системы вентиляции с рекуперацией и утилизацией теплоты и влаги вентиляционных   выбросов;
• наружные ограждения с рекуперацией тепла, в том числе - энергоэффективные вентилируемые ограждающие конструкции с активной рекуперацией выходящего теплового потока и выходящей влаги. 

 

НИИ строительной физики планирует в ближайшее время провести целую серию исследований в области перспективных ограждающих конструкций и инженерных систем с применением технологий и систем активного энергосбережения при строительстве, реконструкции и капитальном ремонте зданий различного назначения в регионах Российской Федерации. 

Авторы приглашают заинтересованных специалистов и организации к сотрудничеству в этой необычайно актуальной области. 

Использованные источники

1. Т.А.Ахмяров, В.С.Беляев, А.В.Спиридонов, И.Л.Шубин Система активного энергосбережения с рекуперацией тепла// Энергосбережение, №4, 2013, С. 36 – 46.
2. Т.А.Ахмяров, А.В.Спиридонов, И.Л.Шубин Принципы проектирования и оценки наружных ограждающих конструкций с использованием современных технологий «активного» энергосбережения и рекуперации теплового потока. // Жилищное строительство. №6, 2014, С. 8 – 13.
3. Т.А.Ахмяров, А.В.Спиридонов, И.Л.Шубин Энергоэффективные вентилируемые ограждающие конструкции с активной рекуперацией выходящего теплового потока.// Жилищное Строительство. №10, 2014, С. 38 – 42.
4. Т.А.Ахмяров, А.В.Спиридонов, И.Л.Шубин Энергоэффективные вентилируемые светопрозрачные ограждающие конструкции.// Энергосбережение. №8, 2014, С. 62 – 65.
5. Т.А.Ахмяров, В.А.Лобанов, А.В.Спиридонов, И.Л.Шубин Эффективность вентилируемых ограждающих и светопрозрачных конструкций с активной рекуперацией выходящего теплового потока.// Жилищное строительство. №3, 2015
6. И.Л.Шубин, А.В.Спиридонов «Проблемы энергосбережения в российской строительной отрасли», журнал «Энергосбережение», №1, 2013, стр. 15 – 21.
7. Д.М.Терентьев «Повышение энергоэффективности зданий, строений и сооружений. Задачи Минстроя России».// журнал Энергосбережение, №3, 2015, С. 18 – 21.