|
|
Главная страница -> Технология утилизации
Энергоэффективное здание как критерий мастерства архитектора и инженера. Вывоз мусора. Переработка мусора. Вывоз отходов.Генеральной линией технической политики Украины на современном этапе является решение проблемы энергосбережения. Третья часть всех потребляемых энергоресурсов страны затрачивается на содержание зданий и сооружений. При этом более 85% энергоресурсов расходуется непосредственно на отопление. На рис.1 приведена структура энергопотерь в отечественных зданиях, из анализа которой следует, что для реального снижения энергозатрат необходимо в первую очередь повышать теплозащитные качества окон и стен. При этом нужно учитывать, что площадь остекления в жилых зданиях в 3-5 раз меньше площади глухих ограждающих конструкций, а теплопотери непосредственно через окна близки к потерям теплоты через глухие участки стен. Поэтому теплоизоляционным качествам окон следует уделять первоочередное внимание при решении проблемы энергосбережения. Эта проблема приобретает особую остроту в связи с повсеместным снижением температуры теплоносителя в отопительных системах. При некачественных окнах, являющихся одним из основных элементов формирования теплового микроклимата помещений, существенно возрастает непосредственная опасность для здоровья людей. Украина - одна из наиболее крупных стран Европы. Климат Украины достаточно разнообразен. При установлении нормативных показателей теплоизоляции зданий Украина условно разбита на 4 температурные зоны. Первая температурная зона - это Северная и Центральная части Украины, вторая и третья температурные зоны включают в себя Южные области, в том числе Крымскую, а четвертая зона - Южный берег Крыма. Нормативные значения теплоизоляции окон в Украине определяются требованиям СНиП II-3-79 и составляют от 0,39 до 0,5 м2 0С/Вт. На рис.2 приведено сопоставление нормативных требований в Украине и других развитых странах с аналогичными климатическими условиями, где проблеме энергосбережения уделяется первоочередное внимание уже многие годы. Данные диаграммы показывают, что отечественные нормы вписываются в существующие тенденции нормирования рассматриваемого вида строительной продукции. Существуют следующие конструктивные пути повышения фактических теплотехнических характеристик окон. Первый путь - снижение инфильтрации воздуха через притворы. Основная беда традиционных окон, которые имеются в подавляющем большинстве отечественных зданий, - это повышенная инфильтрация. Заклеивание всех щелей в проемах и притворах окон жильцами квартир - привычная для нашего быта операция, ежегодно повторяющаяся с наступлением холодов. Наличие надежных, обеспечивающих в течение длительного времени необходимый уровень воздухоизоляции уплотнительных элементов, - обязательное условие конструктивного решения проблемы современных окон. Требования по воздухоизоляции зависят от зоны эксплуатации и высоты здания. Максимальная нормативная характеристика сопротивления воз духопроницанию равна 0,5 м2 ч Да Па2/3/кг. Результаты многочисленных испытаний теплотехнических показателей свидетельствуют, что сопротивление воздухопроницанию большинства современных оконных систем отвечает нормам Украины и составляет от 0,5 до 10 м2 ч ДаПа2/3/кг. Необходимо отметить, что для данного показателя тенденция чем больше, тем лучше не соблюдается. Вопрос оптимального значения сопротивления воздухопроницанию окон непростой и требует специального рассмотрения, к чему мы вернемся в отдельной статье. Второй путь - снижение теплопроводности обрамляющих элементов. Древесина - лучший строительный материал. Экологическая чистота, относительно низкая теплопроводность, прочность и высокая долговечность - свойства, определяющие преимущества древесины перед остальными материалами. Однако эти свойства в изделии обеспечиваются не сами собой, а требуют комплекса технологических мероприятий. Поэтому особое место в обеспечении вышеназванных свойств занимает строгий контроль на каждой стадии изготовления изделий. В настоящее время на рынке Украины существуют два типа оконных систем из древесины: изготовляемые из сплошных деревянных брусков (технологии ДОКов, работавших еще в советские времена) и изготовляемые из специально клееных многослойных брусков. Окна, изготовляемые по первой из названных технологий, - материалоемкие, и их сопротивление теплопередаче если и отвечает нормам, то за счет большого удельного веса по общей площади окна обрамляющих элементов. Альтернативой дереву в качестве обрамления оконных систем являются профили из алюминиевых сплавов и поливинилхлорида (ПВХ). Алюминий - долговечный, прочный и легкий материал. Основной его недостаток - высокая теплопроводность. Поэтому использоваться в качестве обрамления окон и дверей алюминий может только при условии наличия теплоизолирующих вставок, разрывающих сплошной поток теплоты. Именно теплоизолирующая эффективность вставки из пластмассовых материалов и определяет возможность использования конкретных конструктивных решений обрамлений из алюминиевых сплавов (рис.3). Достаточно часто приходится сталкиваться с необоснованными решениями обрамляющих элементов окон из алюминиевых профилей, когда закупаются либо готовые изделия, либо профили без тщательного анализа их тепловых качеств. Результатом этого является запрет на их использование или ограничение допустимых зон эксплуатации таких окон и материальные потери изготовителей или дилеров таких систем. Пластиковые профили или ПВХ профили уверенно заняли свою нишу в оконной промышленности. Принципиально существуют два типа пластиковых профилей - полнотелые и более распространенные камерные (рис.4). Каждый из этих типов имеет свои достоинства и недостатки - соответственно высокую прочность, но невысокое термическое сопротивление и наоборот. Для повышения механических характеристик камерные ПВХ профили армируют металлическими ребрами жесткости. (Так называемые в рекламной и журнальной литературе металлопластиковые окна - распространенный, но технически неудачный термин.) Светопрозрачное заполнение. Основное назначение окна - это, с одной стороны, выполнение ограждающих функций (отделение помещения от неблагоприятных атмосферных и звуковых воздействий внешней среды), а с другой стороны, окно обеспечивает связь между помещением и окружающей средой. В силу этих взаимопротиворечащих функций окно и является наиболее энергозатратной частью ограждающих конструкций зданий. И именно эти функции выполнятся светопрозрачной частью окон. Увеличение количества стекол является наиболее простым способом повышения теплоизоляции светопрозрачных заполнений. Но простое далеко не всегда гениально. Поэтому идти на дальнейшее увеличение количества стекол до 4-5 неэкономно и неэффективно. Существуют другие пути снижения теплопередачи за счет уменьшения конвективной и лучистой составляющих передачи теплоты. Первый - это заполнение межстекольного пространства тяжелыми газами. На рис. 5 приведены зависимости термического сопротивления газовой прослойки от ее толщины и вида газа (в практике изготовления окон применяются воздух, аргон и криптон). Приведенные данные позволяют определять оптимальную толщину межстекольного пространства и соответственно размеры дистанционных элементов стеклопакетов. Второй путь - нанесение селективных покрытий на поверхность стекол. Лучистая составляющая передачи теплоты через светопрозрачные участки окон равна приблизительно 75% в общем ее балансе. Поэтому снижение этой составляющей является наиболее эффективным конструктивным решением повышения теплозащиты окон. Схема тепловой работы таких решений приведена на рис. 6. Реализация этого конструктивного решения возможна тремя способами. Первый способ - осаждение окисей металла (серебра, индия, золота, титана и др.) на поверхность стекла после его изготовления (так называемое мягкое Low-E покрытие). Изготовление стекол с покрытием осуществляется осаждением металла на стекле в вакуумной камере с помощью высоковольтного напряжения. Второй способ - нанесение покрытия из окислов олова или других оксидов металлов в процессе изготовления стекла (твердое покрытие, К-стекло). Эта технология (Pyrolitic-coated) разработана в 1981 г. в Бельгии и используется в мире в последние годы. Пиролитическое покрытие производят в процессе изготовления стекла на одной и той же машине путем набрызга окисла олова на расплавленное стекло таким образом, что олово становится частью стекла, так как его молекулы прочно связываются с молекулами последнего. Такое покрытие имеет большую прочность. Теплотехнические характеристики покрытий, выполненных по первой технологии, выше, чем по второй, однако изготовление стеклопакетов таким способом обходится дороже, так как из-за возможности их разрушения от влаги необходимо дополнительное оборудование. Кроме того, стекло с мягким покрытием должно быть установлено в стеклопакет в течение шести месяцев после изготовления, в противном же случае оно разрушается. Большое преимущество при изготовлении К-стекол - высокая прочность сцепления покрытия со стеклом. Стеклопакет из этого стекла с воздушной прослойкой толщиной 12 мм пропускает 76% солнечной энергии, или 486 Вт/м2, а стеклопакет из стекла с Low-E покрытием - 371 Вт/м2. Поэтому такие окна имеют преимущества с точки зрения пассивного использования солнечной энергии. Повышение сопротивления теплопередаче в окнах со стеклом, изготовленным по первой технологии, не всегда приводит к снижению энергозатрат, так как поверхностное покрытие снижает светопрозрачность. Третий способ - наклеивание на поверхность стекла полимерной пленки с нанесенными на нее селективными слоями металлов либо натяжение пленки в межстекольном пространстве стеклопакета. Анализ преимуществ и недостатков покрытий на отдельных поверхностях окна показывает следующее (нумерация поверхности - снаружи внутрь). Первая поверхность никогда не имеет покрытия из-за возможности коррозии и разрушения. На второй поверхности вследствие нанесения покрытия получают наивысшее сопротивление теплопередаче и невысокий коэффициент светопропускания. На третьей поверхности получают несколько меньшее сопротивление теплопередаче, чем на второй, но из-за отражения длинноволновой радиации возрастает температура межстекольного пространства. Поэтому в зимнее время увеличивается комфорт в помещении и риск образования конденсата на четвертой поверхности уменьшается. На четвертой поверхности получают меньшее сопротивление теплопередаче, меньшие комфорт и опасность разрушения покрытия. Для жаркого климата рекомендуется покрытие на второй поверхности, для холодного - на третьей. Технико-экономический анализ рассмотренных конструктивных принципов повышения теплоизоляционных характеристик окон приведен в таблице. Таким образом, при выборе оконной системы должны учитываться, с одной стороны, конструктивные особенности, а с другой - экономические параметры. Немаловажный вопрос - влияние оконной системы на общую санитарно-гигиеническую и тепловую среду помещения. Рынок оконных систем достаточно развит, и потребитель должен быть уверенным в том, что его экономические затраты обоснованы. Поэтому приоритеты должны быть отданы прежде всего области фактического энергосбережения по рассмотренным в статье конструктивным принципам.
Ю. А. Табунщиков, Президент АВОК, профессор, член-корр. РААСН Энергоэффективное здание есть результат мастерства архитектора и инженера. При проектировании энергоэффективного здания архитектор решает задачу использовать наилучшим образом положительное энергетическое влияние (воздействие) наружного климата и максимально нейтрализовать отрицательное влияние наружного климата на тепловой баланс здания. В это же время инженер решает задачу организовать такую систему климатизации здания, которая с наименьшими затратами энергии обеспечивает требуемые параметры микроклимата в помещениях. Чрезвычайно важно - может быть, это самая главная идея для строительства XXI века - природа - не пассивный фон нашей деятельности: в результате нашей деятельности может быть создана новая природная среда, обладающая более высокими комфортными показателями для градостроительства и являющаяся в то же время энергетическим источником для климатизации зданий. Замечательным примером гармонизации строительства объекта и природной среды является спортивный комплекс в Саппоро (журнал АВОК , № 6, 2000, с. 50). В проекте города-спутника Саппоро, расположенном на острове Хоккайдо, была решена задача эффективного использования в градостроительных решениях природных, географических и климатических факторов. Учитывая, что особенностью острова Хоккайдо являются устойчивые сильные ветры северного направления, градостроительное решение города-спутника выполнено по типу естественного волнореза. Рис. 1. Моделирование динамики обдува купола в зимнее время Форма оболочки стадиона моделирует самолет, летящий по направлению к господствующему ветру (рис. 1). Спортивный комплекс с закрытым и открытым полями решен в виде единой аэродинамической системы, предусматривающей эффективную естественную вентиляцию наружным воздухом со стороны низко расположенного открытого стадиона. Удаление воздуха организовано в верхней части закрытого поля. Использование эффективной естественной вентиляции позволило снизить затраты на кондиционирование воздуха. Логика развития современной архитектуры во многом есть результат стремления к гармонии окружающей здание природной среды и микроклимата в помещениях. Замечательным примером этой гармонии является Дом над водопадом (архитектор Фрэнк Ллойд Райт) [2]. Здесь художественный образ дома живет в полном согласии с природной средой (рис. 2). Мастерство архитектора, наилучшим образом учитывающего энергетическое воздействие наружного климата, проявилось в проекте пятидесятиэтажного энергоэффективного здания главного офиса банка во Франкфурте, представляющего в плане треугольник с закругленными углами (рис. 3) [3]. Четырехэтажные зимние сады спирально окружают здание по высоте. Всего имеется 9 зимних садов, с которых открывается вид на город (рис. 4). Зимние сады расположены в соответствии с ориентацией и снабжают офисные помещения естественной вентиляцией и освещением. На остекленных стенах имеются специальные открывающиеся устройства для забора свежего воздуха. Для внутренних зон используется механическая вентиляция с минимальной кратностью воздухообмена по гигиеническим требованиям, в то время как отопительная система по периметру здания и охлаждающие потолки регулируют температуру внутреннего воздуха. Главными критериями, определяющими аэродинамику здания, являются: частота скорости ветра по разным ориентациям, средняя скорость ветра и роза ветров, а также частота штилей. Использование систем кондиционирования воздуха в административных зданиях после Второй мировой войны (журнал АВОК , № 6, 2000, с. 10) оказало определяющее влияние на архитектурные и конструктивные решения зданий по двум направлениям: во-первых, дало возможность архитекторам не связывать себя необходимостью устройства солнцезащитных элементов, во-вторых, позволило активно применять новые материалы и конструкции, рассчитывая (к сожалению, не всегда оправданно), что СКВ в любом случае обеспечит требуемые параметры микроклимата. Современные конструктивные решения ограждений этого типа обеспечивают такой уровень изоляции от воздействия наружного климата, о котором Ле Корбюзье мог только мечтать. Часто здания из легких конструкций с хорошей герметизацией и теплозащитой оказываются более дешевыми, чем массивные ограждения с открываемыми окнами. На практике это означает, что СКВ в зданиях (как с естественными, так и с искусственными источниками холода) будут использоваться и в дальнейшем, независимо от их воздействия на окружающую среду. Примером, отражающим неудачный творческий союз архитектора и инженера, является проект вестибюлей атриума в Музее связи и почтовых отправлений г. Франкфурта (журнал АВОК , № 6, 2000, с. 32). Будучи довольно модным в архитектурных решениях современных проектировщиков, атриум, тем не менее, создает целый ряд проблем для климатизации, управления тягой, предотвращения распространения дымовых газов в случае возгорания, обеспечения герметичности здания. Высота вестибюлей и соображения архитектурного плана делают невозможной установку воздухораспределительных терминалов на уровне перекрытия. Возникает естественный вопрос: насколько удачно архитектору и инженеру удалось решить свои задачи по проектированию энергоэффективного здания? Только качественная оценка результата (излюбленный прием архитекторов!) вряд ли удовлетворит строгого заказчика: он пожелает иметь объективную количественную характеристику достигнутого результата. В качестве таковой ему будет предложена, например, удельная тепловая характеристика здания, отнесенная к одному из расчетных климатических периодов. Этот показатель позволяет сравнить достигнутый результат с существующими, но не дает ответа на вопрос: можно ли было запроектировать энергоэффективное здание лучше и насколько лучше? Очевидно, что заинтересованный исследователь уже понимает, что лучшим результатом работы архитектора и инженера является оптимальное энергоэффетивное здание, обеспечивающее минимум расхода энергии в системах его климатизации. Оказывается, что современные методы математического системного анализа позволяют находить оптимальные архитектурные и инженерные решения проектируемого энергоэффективного здания [1, 4]. Конечно, надо бы сформулировать, какие решения включает понятие архитектурные решения энергоэффективного здания и какие решения включает понятие инженерные решения энергоэффективного здания . Для начала обсуждения отнесем к архитектурным такие решения, которые должны наилучшим образом учитывать положительное воздействие наружного климата и должны максимально нейтрализовать его отрицательное воздействие, т. е. ориентацию и форму здания, имея в виду, что форма здания связана естественным образом с остеклением и тепло-, солнцезащитой ограждающих конструкций, а к инженерным решениям отнесем не только выбор типа системы отопления-охлаждения и вентиляции здания, но также форму их организации. Здесь тип системы означает, например, систему воздушного отопления, совмещенную с вентиляцией, или систему водяного отопления и естественной вентиляции и тому подобное, а форма или конфигурация системы - это каким образом потоки энергии и массы распределены по помещению. Будем характеризовать энергетическую эффективность здания с оптимальными архитектурными и инженерными решениями величиной затрат энергии на его климатизацию и обозначим эту величину Qmin. Об уровне мастерства архитектора и инженера с точки зрения энергоэффективности здания можно судить, используя соотношение, которое показывает, насколько представленное решение здания отличается от оптимального: h = Qmin/Q, (1) где Qmin - затраты энергии на климатизацию здания с оптимальными архитектурными и инженерными решениями; Q - затраты энергии на климатизацию представленного проектного решения здания. Очевидно, что этот критерий удовлетворит требовательного заказчика, так как позволит ему судить, насколько удачно он выбрал исполнителей - архитектора и инженера и насколько разумно они учли его желание - минимизировать эксплуатационые затраты на климатизацию здания. Величина h в формуле (1) изменяется в пределах от 0 до 1. Чем ближе величина h к 1, тем ближе выбранные архитектурные и инженерные решения к оптимальным решениям и тем выше мастерство архитектора и инженера. В соответствии с системным подходом к проектированию энергоэффективного здания, величину h можно записать так [4]: h = h1 х h2, (2) где h1 = Qарх min/Q; h2 = Qинж min/Q; Qарх min - затраты энергии на климатизацию здания с оптимальными архитектурными решениями; Qинж min - затраты энергии на климатизацию здания с оптимальными инженерными решениями. Теперь h1 можно трактовать как показатель мастерства архитектора, а h2 - как показатель мастерства инженера. В заключение необходимо остановиться на двух обстоятельствах, влияющих на окончательный выбор проекта здания. Первое - проект оптимального энергоэффективного здания может быть по приведенным затратам хуже предлагаемого проекта. В этом случае окончательный выбор варианта проектируемого здания определяется по минимуму приведенных затрат. Второе обстоятельство - при реальном проектировании выбор оптимального варианта энергоэффективного здания может быть стеснен рядом ограничений, так называемых дисциплинирующих условий , которые фиксированы с самого начала и нарушены быть не могут (например, этажность или протяженность здания). В этом случае ставится задача оптимизации с заданными ограничениями, и цель достигается при получении оптимального решения с учетом заданных ограничений. И еще заметим, что принятие окончательного решения относится к компетенции ответственного лица (чаще группы лиц), которому предоставлено право окончательного выбора и на которого возложена ответственность за этот выбор. Делая выбор, он может учитывать наряду с рекомендациями, вытекающими из математического расчета, еще ряд соображений количественного и качественного характера, которые в этих расчетах не были учтены. Литература Tabunschikov Y., Mathematical models of thermal conditions in buildings. CRC Press, USA, 1993. Мир и Дом , 2000, декабрь. Domus: Architecture Design Art Communication , Italy, 1997, November, № 798. Табунщиков Ю. А., Бродач М. М. Научные основы проектирования энергоэффективных зданий. - АВОК , 1998, № 1. Вывоз мусора на свалку. Вывоз строительного мусора Курск. Стратегия климатической программы российского представительства wwf. Информационное сообщение. Урок энергосбережения. Градирни и системы водоподготовк. Энергосберегающее остекление как инвестиционный проект. Главная страница -> Технология утилизации Экологически чистая мебель: |
