Проблема энергосбережения является одной из актуальнейших во всем мире. Ее решение связано с энергетической безопасностью страны, экологическим благополучием населения и комфортностью проживания населения в зданиях. При этом для обеспечения реального энергосбережения решение проблемы должно вестись комплексно путем использования энергоэффективного инженерного оборудования и эффективной тепловой защиты наружных ограждений. Надо учитывать, что все энергосберегающие мероприятия являются достаточно дорогими и требуют значительных капиталовложений на начальном этапе. Поэтому для решения проблемы энергосбережения в России следует разработать систему финансового стимулирования и финансовой поддержки, которая существует во всех развитых странах.

 В настоящее время НИИСФ РААСН разработал актуализированную редакцию СНиП 23-02-2003 "Тепловая защита зданий". В ней приводятся требования к теплозащите наружной оболочки здания стен, окон, покрытий и др., выполнение которых обеспечит условия теплового комфорта в помещении и эффективное использование энергии на отопление.

В актуализированной редакции документа не произошло повышения требуемых значений величины приведенного сопротивления теплопередаче, предъявляемых к элементам наружных ограждающих конструкций по следующим причинам: проведенные расчеты показали, что в процентном отношении потери тепла через непрозрачные части наружных ограждений зданий с современным уровнем тепловой защиты стены, покрытия, полыстены составляют 25% , через окна 25%, а на обеспечение требуемого воздухообмена приходится 50% от суммарных тепловых потерь в здании. Расходы энергии для обеспечение жителей горячей водой равны величине суммарных теплопотерь зданием.

Поэтому дальнейшее повышение уровня тепловой защиты стен не обеспечит необходимой экономии энергии. Практика проектирования и строительства зданий показала, что современные конструкции наружных стен в большинстве случаев не отвечают требуемой величине приведенного сопротивления теплопередаче из-за большой теплотехнической неоднородности. Конструктивные решения узлов сопряжений наружных стен с окнами, междуэтажными перекрытиями, покрытиями требуют доработки. Большое количество анкеров, кронштейнов, необходимых для крепления к несущим стенами утеплителя толщиной 15 см, и металлических связей, соединяющих наружные и внутренние слои в трехслойных конструкциях стен, вызывают дополнительные теплопотери, понижение температуры на внутренней поверхности стен ниже точки росы, и, как следствие, образование плесени.

 Поэтому выполнение требований энергосбережения и создание комфортных условий для нахождения и проживания людей в здании возможно не за счет увеличения толщины слоя теплоизоляционного материала, а путем разработки более совершенных конструктивных решений наружных стен и узлов их сопряжений, имеющих высокую теплотехническую однородность. За счет этого возможно значительное снижение потерь тепла через ограждения, обеспечение энергосбережения и благопрятных санитарно-гигиенических условий в помещениях.

В актуализированной редакции СНиП приведена новая методика расчета приведенного сопротивления теплопередачи, учитывающая теплотехнические линейные и точечные неоднородности. Она позволит не только правильно рассчитать приведенное сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, но и оценить влияние каждого типа теплотехнических неоднородностей на его величину«.Расчет величины приведенного сопротивления теплопередаче производится по формуле

Проведенные расчеты по данной формуле показали, за счет теплотехнических неоднородностей уровень теплозащиты наружных ограждений может уменьшиться на 35 45 %. Поэтому в НИИСФ ведутся работы, целью которых является повышение теплотехнической однородности наружных ограждений. Полученные результаты позволяют отметить следующее.

 Неоднородными в теплотехническом отношении являются узлы соединения наружных стен, междуэтажных перекрытий и балконов. За счет вылета балконной плиты в этом узле возникают значительные нагрузки, которые традиционно воспринимались армированным железобетоном. При монолитных перекрытиях в последних делались специальные отверстия, в которые закладывался утеплитель. Однако "перемычки" из монолитного железобетона сильно армировались, создавая интенсивные "мостики холода ". Для ликвидации этих теплопроводных включений в зоне узлов сопряжения наружных стен с монолитными конструкциями балконов разработан специальный несущий теплоизоляционный элемент фирмы "Шёкк" (рис.1). Этот элемент устанавливается в монолитное перекрытие в месте предполагаемого нахождения стенового утеплителя. За счет применения арматуры из нержавеющей стали с коэффициентом теплопроводности 15 В/м°С, установленной в эффективный утеплитель "Неопор", и вставок из высокопрочного легкого бетона, этот элемент имеет высокие как теплоизоляционные, так и несущие характеристики.

Рис. 1. Несущий теплоизоляционный элемент ≪Шёкк≫

Его применение позволяет отказаться от нижнего армирования в узле сопряжения балконной плиты и междуэтажного перекрытия, уменьшить величину теплового потока, проходящего через стык и повысить температуру на внутренней поверхности ограждения. Проведенные сопоставительные расчеты показали, что при использовании несущего теплоизоляционного элемента фирмы "Шёкк" температура на внутренней поверхности повышается до 13-16оС, что исключает возможность появления конденсата и развития плесени, способствует повышению теплотехнической однородности стен (рис.2).

Рис. 2. Конструктивное решение узла сопряжения балконной плиты, монолитного междуэтажного перекрытия и трехслойной стены. Распределение температур в зоне сопряжения.

Следует отметить, что в узле опирания наружных трехслойных стен на междуэтажные монолитные перекрытия обычно возникают мощные "мостики холода" (рис. 3) и теплопотери увеличиваются на 30%.

Рис. 3. Термограмма наружной поверхности трехслойной стены с эффективным утеплителем и облицовкой из кирпича. Хорошо просматриваются теплопроводные включения в месте опирания стены на монолитное перекрытие.

Традиционное решение с устройством "перфорации" в монолитных перекрытиях не дает большего эффекта. Часто в зимний период жители домов жалуются на появление плесени в нижней части стен и в зоне примыкания стены к потолку. Поэтому сейчас разработана специальная конструкция несущего теплоизоляционного элемента, устанавливаемого в междуэтажное пере крытие в зоне опирания наружной стены, Его применение также позволит снизить потери тепла через данный узел и сделать наружную оболочку более теплотехнически однородной.

Рис. 4. Несущий теплоизоляционный элемент Шёкк, устанавливаемый в узле опирания наружной стены на монолитное междуэтажное перекрытие.

Значительные теплопотери происходят через узел сопряжения оконного блока с наружной стеной. При этом протяженность оконных откосов в многоквартирном доме составляет несколько километров, а теплопотери через откосы более чем на 20% выше, чем по глади стены. Исследования показали, что в российских климатических условиях нельзя в толстые наружные стены устанавливать оконные блоки малой толщины (56 мм) заподлицо с наружной поверхностью стены. Оконныеблоки должны располагаться в стене с четвертью, на расстоянии 10-15 см от плоскостинаружного фасада.

Рис. 5. Распределение температурного перепада на поверхности внутреннего (а), наружного откоса (в) и откоса в межстекольном пространстве (б)

 При проведении ремонта и утеплении наружных стен здания необходимо установить утеплитель на наружной поверхности оконных откосов. Это приведет к уменьшению потерь тепла и будет способствовать повышению температуры на поверхности внутреннего откоса. Однако, дополнительный утеплитель на наружном откосе уменьшит площадь светопроема, что может неблагоприятно сказаться на световом режиме помещения.

 При невозможности наружного утепления оконного откоса допускается провести небольшое утеплении откоса изнутри. Это мероприятие повысит температуру на внутренней поверхности откоса выше точки росы и исключит возможность образования конденсата и, как следствие этого, плесени.

Рис. б. Распределение температур при отделке внутреннего откоса материалом с коэффициентом теплопроводности А= 0,52 Вт/м °С (а), л= 0,23 Вт/м °С (б) и Х= 0,05 Вт/м °С (в).

Эффективным является использование отражательной изоляции в конструкции наружных стен с воздушной прослойкой, а также на поверхностях стен, обращенных внутрь помещений. Благодаря эффективному отражению лучистого теплового потока внутрь помещения потери тепла через конструкцию с установленной отражательной теплоизоляцией резко уменьшаются.

 Одним из элементов ограждений, имеющих дополнительные теплопотери, является участок стены за отопительным прибором, нагревающийся значительно больше по сравнению с гладью стены. Проведенные исследования показали, что устройство на поверхности стены в радиаторной нише экрана из отражательной теплоизоляции (алюминиевой фольги или офольгированного материала) позволит понизить температуру на поверхности стены за радиатором (рисунок 7). Как видно из рисунка 7, установка офольгированного экрана на внутренней поверхности радиаторной ниши привела к интенсивному отражению потока лучистого тепла, падающего от отопительного прибора, снижению температуры внутренней поверхности стены примерно на 10оС (кривая в), и уменьшению разности температур на наружной поверхности стены по глади и в зоне отопительного прибора (кривые а и б).

Рисунок 7 Изменение температуры по сечению радиаторной ниши при установки экрана из отражательной теплоизоляции: 1 – кирпичная стена в 2 кирпича; 2 – радиатор; 3 – экран из отражательной изоляции (а, б, в, г – места установки датчиков температуры)------ 

Проведенные исследования позволили разработать новую методику расчета температуры внутренней поверхности радиаторной ниши с учетом коэффициента излучения внутренней поверхности радиаторной ниши Срад.ст: где Qотп, Fотп.τотп мощность, площадь и температура поверхности отопительного прибора; Сотп,Спр,Сокоэффициенты излучения поверхности отопительного прибора, приведенный коэффициент излучения воздушной прослойки, коэффицент излучения абсолютно черного тела; αл – коэффициент теплообмена излучением;

К – коэффициент теплопередачи наружной стены;

tн – температура наружного воздуха;

Fрад.ст– площадь внутренней поверхности радиаторной ниши.

Проведенные расчета по данной методике позволили провести расчет температуры внутренней поверхности стены за радиатором: при наличии отражательной изоляции с коэффициентом излучения Сотп =0,5Вт/м2оК4 температура поверхности составила 20,1 оС; при традиционном окрашивании поверхности эмалевой краской с коэффициентом излучения Сотп =5,18 Вт/м2оК4 температура поверхности составила 31,5 оС.

Полученные результаты расчета показали хорошую сходимость с экспериментальными данными и могут быть использованы в строительной практике для оценки эффективности применения отражательной теплоизоляции.

Таким образом, применение отражательной теплоизоляции из алюминиевой фольги на внутренней поверхности наружного ограждения приводит к уменьшению теплопотерь через ограждение в зоне отопительного прибора, способствует повышению теплотехнической однородности и вносит вклад в решение проблем энергосбережения.

 В заключении следует отметить, что обеспечение требуемого актуализированной редакцией СП 50.13330.2012 «СНиП 23-02-2012 Тепловая защита зданий» уровня тепловой защиты ограждений следует применять комплекс мероприятий, повышающих энергоэффективность зданий. К ним следует отнести рассмотренные в данной статье конструктивные решения узлов сопряжений наружных стен, использование отражательной теплоизоляции из алюминиевой фольги или офольгированных материалов и другие решения, повышающие теплотехническую однородность стен.

Однако решение проблемы энергосбережения в зданиях невозможно без применения эффективного современного инженерного оборудования: систем регулирования, приточной вентиляции с рекуперацией тепла и других, надежно функционирующих при низких зимних температурах наружного воздуха.

Умнякова Нина Павловна, заместитель директора по научной работе НИИСФ РААСН, к.т.н.