Повышение энергетической эффективности строительных конструкций зданий

Способы снижения тепловых потерь через окна
Энергосберегающие стекла
Энергосберегающими называются стёкла, у которых на внешнее стекло нанесено тонкое металлическое напыление, благодаря которому, они превращаются в инфракрасные зеркала, т.е. зеркала, отражающие только инфракрасные (тепловые) лучи, не оказывая большего, чем обычное оконное стекло, сопротивления видимому свету.
Наносимое на стекло покрытие состоит из оксидов металлов (чаще всего –серебра) и содержит свободные электроны. За счёт явлений электропроводности и интерференции, такие стёкла получают возможность отражать только тепловое (инфракрасное) излучение.
Энергосберегающие свойства таких стёкол характеризуются излучательной способностью (эмиссистентом поверхности) Е. Данный показатель для обычного оконного стекла составляет 0,835,
а у энергосберегающего — 0,04. Поэтому, эти стёкла называются низкоэмиссионными.

Блок оконного стекла с низкоэмиссионным покрытием.
Блок оконного стекла называется триплексом и состоит из трёх закалённых стёкол, расположенных на некотором расстоянии друг от друга. Внутреннее и промежуточное стекло – обычные, и не имеют металлического напыления
Наружное стекло – энергосберегающее, выполняется из особого полированного флоат-стекла, поверхность которого покрывают специальной полимерной плёнкой, на которую нанесено низкоэмиссионное металлическое напыление.

Визуально пластиковые энергосберегающие окна ничем не отличаются
от обычных – они также прозрачны. Внутреннее пространство камер между стёклами заполнено специальным газом – аргоном, создающим некоторое давление внутри триплекса и препятствующим выходу тепла на улицу
Двухкамерное энергосберегающее окно.

По эффективности и технологии производства энергосберегающие стекла разделяют на:
К-Стекло – изготавливается по старой (с 70-х годов) пиролитической технологии. Стекло менее эффективное и более дорогое. Можно перерабатывать в примитивных условиях.
И-Стекло (более корректные названия – Low-E, низкоэмиссионное стекло, Clima Guard, Planitherm) – новая (с 90-х годов) магнетронная технология производства. Более эффективное стекло с доступной ценой, для хранения и переработки которого требуются специальные условия
и профессиональные навыки.

И-стекло. Окно с таким стеклом обладает усовершенствованным теплосберегающим эффектом. И-стекло − кристально прозрачное
и мягкое
Энергосберегающая камера триплекса окна с И-стеклом.

К-стекло. На поверхности этого стекла имеется оксид металла большей толщины, поэтому оно обладает более низким уровнем прозрачности
Энергосберегающая камера триплекса окна с К-стеклом
К-стекло, в отличие от предыдущего, не боится механических повреждений и влажности. Его недостаток в том, что оно обладает меньшим эффектом теплосбережения.

Технические характеристики энергосберегающих окон зависят от вида стекла и числа камер. А также, они определяются разновидностью стеклопакета и сопротивлением передаче тепла.
Термическое сопротивление теплообмену R, м2·̊С/Вт, обычного однокамерного окна равно 0,32, а энергосберегающего стеклопакета с одной камерой – 0,59. Для обычного двухкамерного это значение составляет 0,47,
а для аналогичного энергосберегающего – 0,7.

Электробогреваемые стекла
Тепловые потери через окна, даже после проведения мероприятий
по их уменьшению, существенно влияют на температуру воздуха
в помещении, способствуя её снижению. Данную проблему можно решить,
с помощью окон с электрообогревом стёкол. Такие окна имеют на внутреннем стекле нагревательный элемент в виде токопроводящего покрытия на основе оксидов металлов, выполненного на полимерной основе, которое практически не снижает прозрачность стекла.
Внутреннее стекло (со стороны помещения) выполнено в виде отдельного триплекса: между двумя закалёнными стёклами находится нагревательный элемент – полимерная плёнка, на которую нанесено светопрозрачное токопроводящее покрытие на основе оксидов металла (чаще всего – цинка). Плёнка плотно прилегает к поверхности обоих стёкол и является с ними единым целым.

Конструкция блока оконного стекла низкоэмиссионного стеклопакета с электрообогревом стёкол

Плёнка с покрытием в виде сетки наносится на всю поверхность стекла. Рисунок заметен только при ближайшем рассмотрении. По конструкции токопроводящий рисунок схож с токоведущими линиями печатных плат, применяемых в электронике. Электроды, подводящие напряжение к сетке, находятся по краям стекла. Данный вид покрытия имеет недостаток: на работу токопроводящего экрана существенным образом влияют повреждения покрытия (трещины и сколы на стекле).
Во втором случае – покрытие однородное на всей поверхности плёнки
на стекле. Оно заметно лишь при сравнении светопропускания через стекло
и без него (стекло незначительно затонировано). В виду равномерности напыления, его электрическое сопротивление однородно по всем направлениям и одинаково как на 1 см2, так и на 1 м2.

Возможные варианты нанесения покрытия: А) – рисунок в виде сот, Б) – однородное сплошное напыление

Компоновка системы низкоэмиссионного окна с электрообогревом стёкол

У окон с электрообогревом есть и дополнительная функция. Их стекло может содержать специальную жидкокристаллическую прослойку, которая при подаче напряжения может из совершенно прозрачной превращаться в матовую или затемнённую. Данное стекло незаменимо для панорамных остеклений первого этажа, а также, для стеклянных стен, которые сегодня набирают популярность в Европе.

Применение электроподогреваемых стекол в качестве теплозащитных экранов

Из приведенного уравнения следует, что возможно полное устранение утечек теплоты через ограждающие конструкции путем прекращения теплообмена между внутренним воздухом и внутренней поверхностью ограждения за счет повышения температуры поверхности до температуры воздушной среды.
Теплозащитный экран представляет собой тонкий гибкий материал (например полимерную пленку) с нанесенным на него токопроводящим покрытием на основе ZnO, температура которого при прохождении электрического тока плавно увеличивается до температуры внутреннего воздуха.

На рисунке представлены три варианта изменения температуры в оконном блоке представляющим: а.- однокамерный стеклопакет; б.- двухкамерный стеклопакет; в.- двухкамерный стеклопакет с токопроводящим теплозащитным слоем на внутренней поверхности.

Энергетическая эффективность применения токопроводящего теплозащитного экрана выражается в сокращении расхода топлива затрачиваемого на производство электрической энергии, необходимой для функционирования экрана, по сравнению с расходом топлива, затрачиваемого на производство транспортировку и распределение тепловой энергии, необходимой для нагревания воздуха, с целью компенсации тепловых потерь через окна.

Снижение тепловых потерь через стены, пол и потолок

Возможные способы утепления ограждающих конструкций современными теплоизоляционными материалами, такими как пенополистирол, минеральная вата и др.

Способы снижения инфильтрационной отопительной нагрузки
Воздухопроницаемостью обладают все наружные ограждения, но в расчете воздухообмена обычно учитывается только инфильтрация через окна, балконные двери и витражи. Нормы плотности остальных ограждений исключают возможность воздухопроницаемости ощутимо влиять на величину воздухообмена.
Наружный воздух, поступающий в основном через неплотности и вентиляционный клапан в помещения, нагревается посредством отопительной системы до температуры, поддерживаемой внутри здания. При нагревании поступивший воздух расширяется, выдавливая наружу здания такое же количество внутреннего воздуха в основном через внутридомовую вентиляционную систему.

Для повышения эффективности систем отопления жилых и административных зданий целесообразно использовать теплоту воздуха, удаляемого из здания, для нагрева наружного воздуха, поступающего в здание. Для этой цели необходимо, чтобы подвод наружного воздуха в помещение осуществлялся организованно по каналам приточной вентиляционной системы через рекуперативные теплообменники
Такая организация движения воздушных потоков требует перехода от систем с естественной вентиляцией помещений здания к механической или приточно-вытяжной системе вентиляции

Классификация систем вентиляции жилых зданий в странах ЕС

Анализ материалов, представленных в журнале «Мир климата» показывает, что в странах ЕС с мягким климатом (Болгария, Италия и др.) воздухообмен осуществляется путем естественной вентиляции жилых помещений. В тоже время в северных странах, например в Финляндии, прослеживается четкая тенденция на применение механических приточно-вытяжных систем вентиляции с применением теплорекуператоров.
Опыт Финляндии для России весьма показателен, так как обе страны находятся в близких климатических условиях.

Схема приточно-вытяжной системы вентиляции многоквартирного дома
1 – воздухозаборная шахта (воздуховод); 2 – вытяжная вентиляционная решетка; 3 – приточная вентиляционная решетка; 4 – приточная вентиляционная установка с подогревом воздуха; 5 – горизонтальный воздуховод; 6 – вертикальный сборный канал; 7 – прибор системы отопления; 8 – зонт; 9 – вытяжной вентилятор; 10 – шумоглушитель; 11 – рекуперативный теплообменник; 12 – канал спутник; 13 – приточный воздуховод

Однако, применение централизованных систем вентиляции в многоэтажных жилых домах связано со множеством различных проблем (излишняя энергоемкость, потеря полезной площади, занятой воздуховодами, шум, возможность переноса бактерий, сложность распределения воздуха по помещениям), затрудняющих применение таких систем в современных проектах.
Альтернативным решением централизованным приточно-вытяжным системам вентиляции могут стать децентрализованные системы, в которых необходимый воздухообмен обеспечивается в отдельных квартирах или в отдельных жилых и служебных помещениях. В децентрализованных системах вентиляции воздуховоды практически отсутствуют, а сами приточно-вытяжные установки монтируются в несущих стенах здания или на внутренних стенах помещений вблизи оконных проемов.

Схема приточно-вытяжной системы вентиляции отдельной квартиры на базе вентиляционной установки с рекуператором

Приточно-вытяжная установка с рекуператором может быть различной мощности и размеров — это зависит от объемов вентилируемых помещений и их функционального назначения. Самая простая установка представляет собой изолированный термически и акустически и заключенный в стальной корпус набор взаимосвязанных между собой элементов: теплообменник, два вентилятора, фильтры, иногда подогревающий элемент, система удаления конденсата.

Для утилизации теплоты удаляемого воздуха в системах вентиляции широко используются роторные рекуператоры