Экономия энергии за счет теплоизоляции жилых домов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ КАФЕДРА ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ И УСТАНОВОК РЕФЕРАТ По дисциплине «Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях»

" Экономия энергии за счет теплоизоляции жилых домов"

Выполнил: студент 4 курса группы ФП-08−09

Душин Г. С.

Проверил: Власенко Г. П.

Москва 2012

Энергосбережение — реализация правовых, организационных, научных, производственных, технических и экономических мер, направленных на эффективное (рациональное) использование (и экономное расходование) топливно-энергетических ресурсов.

На отопление эксплуатируемых зданий за отопительный период в России расходуется около 400 млн. т у. т., что составляет примерно 40% потребляемых в России энергоресурсов

Более половины расхода энергии приходится на жилые здания.

Рис. 1. Распределение энергетических ресурсов в Российской Федерации.

Рис. 2. Распределение энергоресурсов по типам зданий.

Расход энергии на отопление и горячее водоснабжение с каждым годом все больше превышает мировые показатели, удельные потери тепловой энергии в зданиях растут.

Рис 3. Расход энергии и удельные теплопотери.

Потенциал энергосбережения — количество энергоресурсов, на которое можно сократить их потребление за счет освоенных в мировой и отечественной практике методов экономии ТЭР. Количество энергоресурсов, которое можно сэкономить в Росси составляет 420 млн. т у. т. в год. На долю зданий приходится 23% или 96,6 млн. т у. т. в год

К 2030 году энергоэффективность зданий планируется повысить на 50%.

Важным фактором повышения потенциала энергосбережения зданий является уменьшение его теплопотерь путем грамотной теплоизоляции. [1]

Экономия энергии за счет теплоизоляции

Теплоизоляция, тепловая изоляция, термоизоляция, защита зданий, тепловых промышленных установок (или отдельных их узлов), холодильных камер, трубопроводов и прочего от нежелательного теплового обмена с окружающей средой. Так, например, в строительстве и теплоэнергетике Теплоизоляция необходима для уменьшения тепловых потерь в окружающую среду, в холодильной и криогенной технике — для защиты аппаратуры от притока тепла извне.

Теплоизоляция обеспечивается устройством специальных ограждений, выполняемых из теплоизоляционных материалов (в виде оболочек, покрытий и т. п.) и затрудняющих теплопередачу; сами эти теплозащитные средства также называются теплоизоляцией. 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. [2]

Теплоизоляция зданий

Здание, как и любое физическое тело, теряет тепло. То есть чем ниже температура наружного воздуха, тем больше уходит тепла. Утечка тепла происходит через ограждающие конструкции.

Это чердаки, крыши, перекрытия, окна и двери в подъездах, подвалы и полы. Значительное количество тепла уходит через вентиляцию. Кроме того, сами стены, большинства многоквартирных домов старой постройки обладают низкой теплозащитой. Следует отметить, что стены выполнены из разных материалов, следовательно, они имеют разные свойства, в том числе и теплотехнические. Основной такой характеристикой является сопротивление теплопередачи. В общем, сопротивление теплопередачи показывает какое количество тепла уйдёт через квадратный метр ограждающей конструкции при заданном перепаде температур. Существенные потери идут на подогрев попадающего вовнутрь помещения наружного воздуха (по-научному инфильтрация, в народе сквозняк). [3]

Таким образом, большая часть поступающей тепловой энергии уходит на то чтобы перекрыть потери тепла. Оплаченное нами тепло уходит на улицу. Проще говоря, мы «топим улицу» .

Рис 4. Общие потери тепла через ограждающие конструкции здания.

Под теплоизоляцией (термоизоляцией) здания обычно подразумевается тепловая защита ограждающих конструкций (стен, дверей, окон, перекрытий). Теплоизоляция дома в целом представляет из себя сложение теплоизолирующих качеств отдельных конструктивных элементов здания, поэтому необходимо рассмотреть их в отдельности:

Теплоизоляция стен

Из всех ограждающих конструкций здания стены имеют самую большую площадь соприкосновения с внешней средой и, соответственно, вносят наибольший вклад в теплообмен. Поэтому качественная теплоизоляция стен способна значительно сократить обогрев улицы.

Рис 5. Потери теплоты через стены.

Табл 1. Пример теплопроводимости некоторых строительных материалов.

Рис. 6 Пример распределения температуры обычной стены и утепленной.

В настоящее время теплоизоляция стен зданий выполняется тремя основными способами:

1) Штукатурка фасада по теплоизоляционному материалу (пенополистирол и т.п.)

Рис. 7. Общий вид здания с штукатуркой фасада по теплоизоляционному материалу.

В легких штукатурных системах утепления плита утеплителя фиксируется на стене с помощью клея и дюбелей, после чего на нее наносится тонкий слой штукатурки. Общая толщина слоев не превышает 15 мм. К утеплителю в таких системах предъявляются самые высокие требования. Кроме того, для выполнения монтажа легких штукатурных систем необходимо привлекать рабочих с высокой квалификацией, так как штукатурный слой необходимо наносить равномерно и прочным слоем.

Плита утеплителя в тяжелых штукатурных системах утепления фиксируется на стене арматурной сеткой и анкерами. Толщина слоев после утеплителя может достигать 50 мм. В такой фасадной системе металлическая несущая сетка защищает финишный слой от линейных тепловых деформаций. Здесь, также как и в легких штукатурных системах, предъявляются высокие требования к утеплителю. Кроме того, при использовании тяжелых систем утепления отпадает необходимость в привлечении рабочих высокой квалификации, так как нет необходимости выравнивать фасадную поверхность.

Рис. 8. Пример штукатурки фасада по теплоизоляционному материалу [8]

2) Многослойная конструкция стен (трехслойная, слоистая или колодцевая кладка, сэндвич-панели, трехслойные железобетонные панели).

Рис. 9 Общий вид здания с многослойной конструкцией стен.

В фасадных системах с колодцевой кладкой и, так называемых, трехслойных системах, утеплитель располагается внутри ограждающих конструкций. Первым внутренним слоем является несущая стена. Второй слой — это утеплительный материал, толщина которого определяется требованиями по теплосбережению, т. е. на основании расчета. И третий (внешний) слой предназначен для защиты теплоизоляции от атмосферных воздействий.

Еще одна система утепления холодных стен фасадов — это вентилируемая фасадная система. Она похожа на колодцевую кладку с воздушным зазором, только вместо наружной стены используются разнообразные облицовочные материалы (плиты или листовые материалы). Теплоизолирующий материал крепится к стене при помощи несущего каркаса и анкерной системы крепления. [5]

Рис. 10. Конструкция трехслойной кладки [8]

3) Монтаж навесного фасада с использованием каменной (минеральной) стекловаты.

Рис. 11 Общий вид здания с навесным вентилируемым фасадом [9]

Cейчас, наиболее перспективной технологией облицовки фасадов, является система вентилируемых фасадов с воздушным зазором. Область применения фасадов достаточно широкая. Они применяются для строительства и реконструкции жилых, административных, общественных и промышленных зданий. Конструкции позволяют эффективно решать задачи энергосбережения, а наличие большого количества материалов разнообразного цвета и фактуры, используемых для выполнения внешнего отделочного слоя, позволяет значительно повысить архитектурные достоинства зданий. [5]

u Возможность применения различной толщины утеплителя (до 200 мм)

u Высокие показатели тепло — и звукоизоляционных свойств, соответствующие самым строгим современным нормативам.

u Фасады вентилируемые — конструкция, отличающаяся высокой экологичностью

u Возможность демонтажа и повторного монтажа (например, в случае проведения реставрационных работ)

u Широкая цветовая гамма и фактура облицовочных материалов

u Простота ухода за облицовкой вентилируемого фасада [1]

Рис. 12 Пример конструкции вентилируемого навесного фасада.

В российских условиях придается большое значение качеству теплоизоляции во время отопительного сезона. Поэтому считается наиболее эффективной теплоизоляция стен снаружи, т.к. в этом случае несущая конструкция стены находится всегда в зоне положительных температур и оптимальной влажности. Утепление стен изнутри возможно, но не рекомендуется, т.к. этот способ осложнен дополнительными (и строгими) требованиями к пароизоляции утеплительных материалов и применим только в исключительных случаях, когда невозможно изменить фасад здания по тем или иным соображениям.

Утепление деревянного дома имеет значительную особенность, а именно — теплоизоляция стыков несущих элементов (брус, сруб и т. д.). Традиционно для этой цели использовались такие естественные материалы как пакля и мох. В современном мире им на смену пришел столь же натуральный и экологичный, но более практичный утеплитель деревянного дома — им стал лен или джут.

Любая теплоизоляция, в том числе теплоизоляция стен, требует строго соблюдения технологических требований. Пренебрежение этими требованиями всегда приводит к тому, что эффект от теплоизоляции либо незначителен, либо отсутствует вовсе, так как сто маленьких дырочек — это одно открытое настежь окно. [3]

Теплоизоляция кровли

Кровля по теплофизическим показателям является самым уязвимым элементом здания. Потери тепла через кровлю могут достигать 40% от общего количества, в то же время характерные для России жесткие климатические условия требуют от кровельных материалов высокой теплостойкости летом, устойчивости к низким температурам зимой, к частым переходам через 0 °C и к ультрафиолетовому излучению.

Поэтому в отличие от стен и фундамента, теплоизоляция кровли требует большего количества слоев. И если стены могут иногда обойтись без дополнительной тепло — паро — и гидроизоляции, то для кровельной системы это обязательные элементы.

Теплоизоляцию кровли следует выполнять в соответствии с действующими строительными нормами. В конструкции крыши с холодным чердаком утепляется только чердачное перекрытие. Вначале по нему устраивается пароизоляция из паронепроницаемых материалов. По пароизоляции укладывается слой теплоизоляции.

В качестве теплоизоляционных материалов могут применяться: мелкий шлак, керамзитовый гравий, плиты из стекловолокна или минеральной ваты, плиты из пенополистирола и т. п. По утеплителю иногда устраивается цементно-песчаная стяжка толщиной до 30 мм, а по ней укладываются ходовые доски.

При устройстве теплого чердачного помещения между кровельным покрытием и утеплителем обязательно создается вентилируемая воздушная прослойка. Над утеплителем укладывается гидроизоляция, под утеплителем — пароизоляция. Технология укладки пароизоляции отличается от укладки гидроизоляции и требует внимания и скрупулезности. При этом толщина слоя утеплителя определяется теплотехническим расчетом в зависимости от местных климатических условий. В центральной части России при использовании в качестве утеплителя минеральной (каменной) ваты мы рекомендуем ориентироваться на толщину слоя в 20 см минимум.

Теплоизоляция кровли — очень ответственный этап строительства или ремонта здания. Практика тепловизионных обследований в Подмосковье показывает, что далеко не все строительные фирмы способны выполнять работы по теплоизоляции кровли с должным качеством, поэтому знакомство заказчика работ с технологией и его непосредственный контроль над их проведением является единственной гарантией недопущения брака. [5]

Рис. 14 Многослойная теплоизоляция кровли.

Теплоизоляция пола.

Теплоизоляция пола оказывает ощутимое влияние на сохранность тепла внутри дома. При некачественной или нарушенной теплоизоляции потери тепла через полы и достигают 30% от общего объема теплопотерь здания, и при этом не менее важно, что холодные полы в помещениях создают существенный дискомфорт. Неправильная теплоизоляция пола является причиной конденсации влаги на строительных конструкциях, из-за которой начинают усиленно размножаться грибковые организмы и плесень, наносящие вред здоровью и разрушительным образом действующие на многие материалы.

Наиболее эффективный способ борьбы с этими нежелательными явлениями заключается в грамотном проектировании и тщательном выполнении работ при теплоизоляции полов. Оптимальные результаты при этом достигаются в тех случаях, когда наряду с теплоизоляцией пола имеется возможность улучшить теплоизоляцию сопрягаемой с полом подвальной стены, цоколя, кольцевой балки и т. п. (см. также Теплоизоляция фундамента) Правильная и качественная теплоизоляция пола позволяет одновременно снизить затраты на отопление, повысить комфортность жилья и существенно продлить срок безремонтной эксплуатации здания.

Материалы, применяемые для утепления полов, конечно же должны обладать очень низкой теплопроводностью даже при воздействии на них влаги.

Кроме того, необходимо помнить, что они подвергаются воздействию повышенных нагрузок, в силу чего среди предъявляемых им требований в первую очередь следует назвать высокую прочность на сжатие и низкую степень деформации при сжатии. Теплоизоляционный материал должен быть удобным в работе, это означает — легкость его резки, простоту и скорость укладки с небольшим количеством отходов, что сводит к минимуму стоимость работ по теплоизоляции.

Но кроме правильного выбора материала для теплоизоляции пола такое же (если даже не большее) значение имеют правильный расчет теплотехнических показателей, грамотное проектирование и высокое качество выполнения работ.

Рис. 15 Пример теплоизоляции пола.

Теплосберегающие свойства вентилируемому фасаду придает наличие воздушного зазора, который обеспечивает циркуляцию воздуха, его равномерное распределение по всей площади стены и вывод лишней влаги. Воздух, который циркулирует в зазоре, имеет температуру большую, чем снаружи, поэтому потери тепла снижаются. Зимой, во время отопительного сезона, это дает отличный дополнительный эффект.

Теплоизоляция фундамента

Фундамент — неотъемлемая часть любого здания и основа его несущей конструкции, которая нуждается в правильной теплоизоляции ничуть не меньше стен или кровли. Промерзающий фундамент не позволяет создать тепловой комфорт в помещениях подвала и первого этажа, кроме того создаются условия для роста плесени и гнили, разрушающих здание и наносящих вред здоровью. Подземные части зданий подвергаются воздействию механических нагрузок, низких температур, влажности, а так же химическому воздействию со стороны почвы. Теплоизоляция фундамента позволяет уменьшить влияние на него этих факторов и существенно сократить теплопотери здания. Что касается надежности эксплуатации цокольного (подвального) этажа, то она не может быть обеспечена без теплоизоляции наружных конструкций, соприкасающихся с грунтом. Поскольку в зимний период в средней полосе температура грунта на глубине 2 м не опускается ниже — 5 °C, то теплоизолированные стены неотапливаемого подвала позволят поддерживать температуру в помещении 5−10°C без дополнительного отопления.

Теплоизоляцию фундамента выполняют в следующей технологической последовательности:

Спустя 5−6 дней после устройства вертикальной гидроизоляции стен подвала приступают к наклейке плит утеплителя непосредственно на гидроизоляцию клеящими составами на битумной основе, не содержащие растворителей, разрушающих утеплитель. Клеящую мастику точечно (в виде лепешек) наносят на поверхность утеплителя, плиту приставляют к стене и прижимают. Через 20−30 с можно приступать к наклейке следующей плиты. Приклеивание плит производят снизу вверх. Изделия из плитных материалов должны иметь одинаковую толщину и приклеиваться плотно друг к другу. После засыпки пазух фундамента выполняют горизонтальную теплоизоляцию грунта по периметру дома, поверх которой устраивают бетонную отмостку. Верхние плиты утеплителя должны выступать над уровнем подсыпного грунта на высоту 40−50 см. [5]

Пояснение к схеме теплоизоляции фундамента:

1. Отделочный слой 2. Песчаная подсыпка (20−25 см) 3. Плита теплоизоляционного материала горизонтального утепления грунта 4. Обратная засыпка 5. Гладкий асбестоцементный лист 6. Плита теплоизоляционного материала 7. Вертикальная гидроизоляция 8. Горизонтальная гидроизоляция 9. Стена подвала

Рис. 16 Схема теплоизоляции фундамента

Теплоизоляция окон (уменьшение инфильтрации)

Для получения представления о том, как улучшить теплосберегающие свойства окон, следует понять за счет чего происходят потери тепла. Существует несколько путей:

1) Теплопроводность самого стекла. Например, в некоторых 9 и 16-этажных домах, построенных в конце прошлого века, устанавливались оконные пластиковые, алюминиевые и деревянные рамы с 3 листами стекла.

2) Потери тепла, обусловленные конвекцией воздуха.

Эти проблемы можно решить заменой обычных стеклопакетов на стеклопакеты из поливинилхлоридного профиля (ПВХ) или же герметизацией существующих стеклопакетов и стыков между стеклопакетами и оконными проемами с использованием промышленно выпускаемых уплотнителей или подручных средств

На данный момент существует множество производителей различных окон из ПВХ.

Рис. 17. Конструкция современных стеклопакетов

3) Инфракрасное излучение, на долю которого приходится до 70% потерь тепла. В данном случае единственным способом снижения теплопотерь является использование энергосберегающего стекла, на одну из поверхностей которого нанесено специальное покрытие.

Теплоизоляция стеклопакета за счет энергосберегающего стекла

Однокамерный стеклопакет — это конструкция из двух стекол, которые герметично скреплены друг с другом с помощью распорной дистанционной рамки (алюминий). Воздушное пространство между стеклами полностью замкнуто (герметично), поэтому в стеклопакет не попадает влага или пыль и грязь с улицы.

Стандартный однокамерный стеклопакет, который используется для установки в пластиковые окна, имеет следующие параметры. Его общая толщина составляет 24 мм, каждое из стекол толщиной — 4 мм. Дистанционная рамка между стеклами по ширине равна 16 мм.

Коэффициент сопротивления теплопередаче у такого стеклопакета — 0,34 мІС/Вт. Обычно однокамерные стеклопакеты такого типа устанавливаются в административных и офисных помещениях, согласно СниП II-3−79, или в окнах жилой квартиры, выходящих на остекленную лоджию или балкон.

Ошибочно существует мнение, что теплоизоляция окна зависит от количества стекол в стеклопакете и ширины промежутка между ними. Однако проведенные испытания показали, что увеличение количества стекол в результате приводит к увеличению веса конструкции всего окна, в свою очередь это раньше времени изнашивает оконную фурнитуру. Для оптимального решения этой задачи, конструктора рекомендуют устанавливать однокамерные стеклопакеты с энергосберегающим стеклом, что позволяет грамотно рассчитать нагрузку на петли и рабочую фурнитуру, и увеличить теплоизоляцию помещения.

Избежать излишней нагрузки на фурнитуру, в случае с нестандартными большими размерами пластиковых и евро-деревянных окон, а также увеличить коэффициент теплосбережения — позволяют специальные энергосберегающие стекла, по-другому их называют низкоэмиссионные стекла.

Теплосберегающие (низкоэмиссионные) стекла сейчас устанавливаются практически всеми оконными компаниями. Технология изготовления таких стекол заключается в нанесении на поверхность стекла ультратонкого металлического покрытия, которое пропускает свет и солнечное тепло, но задерживает тепловое излучение направленное из помещения. Специальное металлическое напыление это тонкий (10−15 нанометров) слой окислов благородных металлов InSnO2, нанесенный на стекло либо магнетронным распылением в вакууме, либо методом пиролиза. Этот слой является прозрачным и обладает электропроводностью. А электропроводность напрямую связана с излучательной способностью низкоэмиссионного слоя.

Благодаря напылению, тепловое излучение от находящихся внутри помещения предметов, не рассеивается, а возвращается обратно в помещение. Это уменьшает теплопотерю через окна ПВХна 50−70%. Так как видимый свет и тепловое (инфракрасное) излучение имеют разные длины волн тепловое излучение и видимый свет имеют разные длины волн, такое стекло отражает волны видимого света наружу, а волны тепловые — в помещение. Стекло с таким свойством называется низкоэмиссионным или спектрально-селективным.

Заполнение внутренних камер стеклопакета вместо сухого воздуха инертным газом (в России применяется в основном аргон) несколько уменьшает потери тепла, однако наибольший эффект получается при совместном использовании теплосберегающего стекла и энертного газа.

Рис. 18 Принцип действия энергосберегающего стекла.

Эффективность теплоизоляционных работ

Какие мероприятия по утеплению дадут наибольший эффект при наименьших затратах и выяснить наиболее проблемные места эффективнее всего определить путем энергетического обследования зданий путем использования тепловизионной съемки.

Если жилой дом недостаточно прогревается в холодное время года, независимо от того, какой отопительной системой он оборудован: электрической, газовой или просто дровами, необходимо выяснить причину теплопотери. Утечка тепла может быть в вентиляционной системе, стенах, окнах, или сама отопительная система может иметь ряд недостатков. Для того чтобы выяснить причину данной проблемы, необходимо сделать теплоаудит, или тепловизионное обследование, — другими словами, детальную проверку помещения специальным высокоточным оборудованием, которое даст реальную оценку системе отопления, определит ее дефекты и недоработки.

Тепловизионное обследование — это вид теплового контроля с использованием тепловизора (оптико-электронного измерительного прибора, который работает в инфракрасной области электромагнитного спектра). Он обеспечивает переход теплового излучения всех исследуемых объектов в видимую область. Тепловизор похож на телевизионную камеру, его чувствительным элементом является матрица миниатюрных детекторов. Она воспринимает инфракрасные сигналы и преобразует их в электрические импульсы, которые, в свою очередь, усиливаются и затем превращаются в видеосигнал, отображающийся на дисплее прибора.

энергосбережение теплоизоляция здание россия Рис. 19 Тепловизор с динамическим моторизированным фокусом Testo 881−3. [11]

Этот прибор способен видеть то, что вооруженным глазом заметить невозможно, именно этим этот метод отличается от других. Тепловизор отличает температуру объектов и отражает на дисплее результат — термограмму с точностью до +/ - 1С. [12]

В процессе обследования выявляются абсолютно все утечки тепла, с чем бы они не были связаны: любые изменения теплопроводности утепленных и неутепленных стен, брак укладки утеплителя или пароизоляции, намокание (отсыревание) утеплительных материалов, брак монтажа оконных блоков и витаржного остекления, дефекты кирпичной кладки и межвенцового утепления срубов, а также многое другое.

Точная информация о всех скрытых дефектах дает возможность безошибочно подобрать материалы и способы утепления, наиболее адекватные ситуации. [5]

Рис. 19 Сравнение теплопотерь энергоэффективного (справа) дома с энергонеэффективным (слева) Рис. 20 Исследование теплопотерь кровли.

Рис. 21 Исследование теплопотерь пола.

Рис. 22 Исследование теплопотерь стены.

Заключение

В России сложилась сложная ситуация с чрезмерной затратой энергетических ресурсов на коммунальное хозяйство, в частности на жилые здания.

Повышение энергоэффективности зданий является важной задачей на данный момент.

Улучшение термоизоляции важнейшим образом влияет на потенциал энергосбережения. При значительном улучшении термоизоляции происходит не только существенная экономия энергетических ресурсов государством и повышение комфортности в здании, но и значительная экономия денежных средств частных лиц, владеющих зданием.

В данной работе была показана ситуация с энергосбережением в России, рассмотрены самые распространенные и высокоэффективные методы улучшения термоизоляции зданий, находящихся в нашем климате и способы контроля за утечками тепла.

Список использованных материалов

1. Лекции в электронном виде по дисциплине «Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях» тема «Энергосбережение в зданиях» .

2. http://www.esco-ecosys. narod.ru

3. http://www.ceresit-pro. biz

4. http://www.luxhouse.net

5. http://www.visiterm.ru

6. http://www.psk-holding.ru

7. http://www.teplodoma.3dn.ru

8. http://www.stroymir.net.ua

9. http://www.tutteplo.ru

10. http://www.fabrikaokon.ru

11. http://www.prommashtest.ru

12. http://www.centert.ru