Анализ и оптимизация конструкции энергоэффективного дома УНК «Волма»

Беларусь не относится к числу стран, обеспеченных собственными топливно-энергетическими ресурсами в достаточной степени – топливный баланс страны на 75% формируется за счет импорта. В жилищно-коммунальной сфере потребляется около 30% от общего объема ТЭР.

Как известно, тепловые потери любого здания складываются из потерь тепла через крышу (порядка 10–20% от общего объема теплопотерь), через стены (около 20–30%), через окна и систему вентиляции (около 55–45%) и через пол первого этажа (порядка 5–15%). Исходя из этого, основным направлением экономии энергоресурсов в жилищном комплексе должно стать утепление существующих зданий и строительство новых, отвечающих современным требованиям в области энергопотребления и с максимально сниженными показателями теплопотерь через наружные ограждающие конструкции. Естественно затраты на снижение теплопотерь за счет утепления наружных ограждающих конструкций должны в первую очередь иметь экономическое обоснование и быть экономически целесо­образными. В целях сокращения потребления ТЭР в жилищной сфере в 2009 году была принята Комплексная программа по проектированию, строительству и реконструкции энергоэффективных жилых домов в Республике Беларусь на 2009–2010 годы и на перспективу до 2020 года. В данной программе был заложен план по строительству жилых домов с удельным потреблением тепловой энергии на отопление не более 60 кВт·ч/м² в год и в перспективе до 2020 года – до 30–40 кВт·ч/м² в год. Для достижения поставленных показателей предусмотрено совершенствование технических нормативных правовых актов по проектированию, строительству и эксплуатации жилых домов, что включает в себя комплекс мероприятий по разработке и внесению изменений в действующие технические нормативные правовые акты, предусматривающие повышение нормативного значения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций при строительстве и реконструкции зданий, не менее:

• наружные стены из всех видов строительных материалов – 3,2 м²·°C/Вт;
• совмещенные покрытия, чердачные перекрытия – 6 м²·°C/Вт;
• окна, балконные двери – 1 м²·°C/Вт;
• перекрытия над неотапливаемыми подвалами и техническими подпольями – 2,5 м²·°C/Вт.

В рамках выполнения данной государственной программы Международным государственным экологическим университетом им. А. Д. Сахарова был разработан проект по строительству энергоэффективного дома в д. Волма на территории «Международного экологического парка «Волма» и создание на базе дома демонстрационного объекта по энергоэффективному строительству в сельской местности.

Архитектурно-планировочные решения одноквартирного жилого экодома разработаны в соответствии с требованиями СНБ 3.02.04–03 «Жилые здания», СНиП 2.01.02–85 «Противопожарные нормы», СНБ 2.02.01–98 «Пожарно-техническая классификация зданий, строительных конструкций и материалов». Здание оборудовано системами отопления, водоснабжения, канализации, электроснабжения. Радиофицировано и телефонизировано.

Здание одноквартирного жилого экодома одноэтажное со скатной стропильной крышей прямоугольного очертания в плане 9,4 x 8,46 м (в осях). Согласно проекту толщина стен дома составляет 435 мм. Стены каркасные с заполнением смесью «глины + щепа» с последующей глиняной штукатуркой и покраской фасадными красителями. Фундаменты – из бетонных блоков ГОСТ 13579, по верху блоков железобетонный пояс из бетона. Крыша скатная с деревянными стропилами по ГОСТ 24454–80 с покрытием из металлочерепицы. Отделка фасадов – армированная штукатурка сухими смесями толщиной 12 мм с последующим нанесением тонкодисперсного фактурного слоя. Жилая площадь здания с мансардой составляет 96,7 м².

В соответствии с проектом, сопротивления теплопередачи наружных ограждающих конструкций составляют:

• для стен 2,7 м²∙^оС/Вт;
• для окон 0,6 м²∙^оС/Вт;
• для чердачного перекрытия 3,5 м^₂∙^_оС/Вт;
• для чердачного перекрытия 4,7 м²∙^оС/Вт;
• для дверей 1,2 м²∙^оС/Вт;
• для цокольного перекрытия первой зоны (пол) 2,3 м²∙^оС/Вт;
• для цокольного перекрытия второй зоны (пол) 4,5 м²∙^оС/Вт.

Исходя из этих данных, расчет удельного расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию зданий за отопительный период согласно методике, приведенной в ТКП 45–2.04–196–2010 (02250) «Тепловая защита зданий. Теплоэнергетические характеристики. Правила определения», составил 64 кВт·ч/м² (или 228,7 МДж/м²). При данных показателях здание уже можно отнести к классу энергоэффективных в соответствии с нормативными данными, приведенными в вышеуказанном ТКП. Согласно данному ТКП порогом отнесения здания такого типа к классу энергоэффективного у нас в стране является удельный расход тепловой энергии менее 86 кВт·ч/м² (или 308 МДж/м²).

С целью снижения удельного расхода энергии на отопление экодома были предложены мероприятия по его утеплению, включающие в себя следующее:

• Утепление стен дома за счет замены основного теплоизоляционного слоя из глины и воды на слой такой же толщины выполненный из вязаных матов из камыша. Это позволит увеличить термическое сопротивление стен с 2,7 м²∙^оС/Вт до 4,4 м²∙^оС/Вт за счет снижения коэффициента теплопроводности основного теплоизоляционного слоя. Смесь «глина + щепа» по своим теплофизическим свойствам схожа с арболитом, согласно СТБ 1105–98 коэффициент теплопроводности арболита составляет около 0,11 Вт/(м·К), в то время как маты из камыша идентичны тростниковым матам, для которых этот показатель, согласно СТБ 1868–2008, составляет 0,067 Вт/(м·К).
• Установку пятикамерных стеклопакетов заполненных инертным газом, термическое сопротивление которых составляет 1–1,2 м2∙оС/Вт для 3‑х окон, сориентированных на север.
• Установку современной активной системы рекуперации тепла, в состав которой входят пластинчатый теплообменник, система воздуховодов и насос. Движение воздушных потоков в теплообменнике будет организовано по противотоку, т. к. в этом случае достигается максимальный КПД системы. КПД рекуператора ηк примем равным не менее 0,9. Таким требованиям отвечают системы типа DOMEKT RECU 300VE/VW фирмы KOMFOVENT.
• Применение энергосберегающих дверей, термическое сопротивление которых составит не менее 2 м²∙^оС/Вт. Приблизительно состав таких дверей должен быть следующим: теплоизоляционный слой из пробки толщиной 64 мм, этот слой обшит с двух сторон березовой фанерой толщиной 12 мм. В теплоизоляционном слое расположены поперечные прокладки из фанеры через каждые 25 см. Площадь прокладок из фанеры составляет только 5% от общей площади, их толщина составляет 12,5 мм. Наружный слой состоит из шпона толщиной 1,4 мм, фанеры из бука толщиной 4 мм и алюминиевой пластины толщиной 1,2 мм в качестве паронепроницаемого слоя, приклеенной с помощью фенольного клея. Общая толщина двери составит порядка 100 мм.
• Утепление пола до значения термического сопротивления 4–6 м²∙^оС/Вт. Легким и достаточно дешевым решением является утепление пола при помощи минеральной ваты. Применение плиты толщиной всего 50 мм позволяет добиться вышеуказанных значений сопротивления теплопередачи.
• Оптимальную ориентацию здания по сторонам света с точки зрения пассивного использования солнечной энергии. Расположив здание так, чтобы большая часть окон находилась на южной и юго-восточной сторонах света, можно использовать его как ловушку для падающей на него солнечной радиации и тем самым отапливать помещения. Количество полезно утилизированного таким образом тепла в нашем случае составит 2–2,5 кВт∙ч/м² в течение отопительного периода.

Осуществление вышеуказанных мер позволит сократить удельный расход тепловой энергии на отопление здания на 60%, и этот показатель составит около 30 кВт∙ч/м² (или 114,6 МДж/м²).

В настоящее время приобретены все конструктивные элементы и материалы, изготовлен фундамент и осуществляется подготовка к проведению сборочно-монтажных работ энергоэффективного дома.

По материалам доклада Семена Кундаса на конференции