Основы научно - исследовательской деятельности и перспективы развития теплоэнергетической отрасли

В новых нормах установлено, что воздухопроницаемость светопрозрачных ограждений жилых зданий должна быть такой, чтобы через каждый квадратный метр оконных и балконных заполнений в помещение проникало за час не более 6 кг воздуха. Это ограничение величины воздухопроницаемости позволяет уменьшить теплопотери.

Проблема воздухообмена  через окна и воздухонепроницаемости окон в настоящее время особенно актуальна, и между этими факторами  существует непосредственная связь. Изготовителей  современных окон, как правило, упрекают в том, что создаваемые ими окна с высокой степенью уплотнения вместе с тем отрицательно воздействуют на условия микроклимата в жилых помещениях, что приводит к необходимости проведения определенных мероприятий в устройстве вентиляции. Ее чаще всего организовывают за счет периодического открывания соответствующих отверстий в окнах, обеспечивающих гарантированное поступление внутрь помещений требующегося количества свежего воздуха. Причем за такой вентиляцией должны следить жильцы домов, которым необходимо разъяснять, что правильная организация воздухообмена означает обеспечение необходимой, соответствующей потребностям вентиляции, а не длящегося часами открывания окон.

Задача воздухообмена (вентиляции) – гарантировать качество воздуха в зависимости от назначения помещения, обеспечить достаточный приток воздуха при включенных газовых плитах и создать определенное движение воздуха, исключающее возможность образования конденсата.

Требования к уплотнению окон устанавливаются нормами не только по воздухопроницаемости, но и  с точки зрения предотвращения неконтролируемого проникания дождевой влаги через швы в окнах, которое может привести к повреждению стен здания в местах оконных и балконных проемов. От уплотнения в большей степени, чем теплозащита, зависит изоляция помещений от шума. Исследования, проведенные в Германии показали, что звукоизоляция с помощью системы остекления и переплетов лишь тогда может составлять 100 %, когда коэффициент проницаемости швов, будет меньше 1. При увеличении коэффициента проницаемости швов до 3 изоляция звука с помощью остекления снижается до 60…70 %. Это означает, что остекление окон, которое может изолировать шум до 40 дБ, при неплотных окнах со значением коэффициента от 3 до 4, может обеспечить изоляцию шума не более 28 – 30 дБ.

Таким образом, теплозащитные свойства окон – это не только проблема экономии энергии, но и условие обеспечения комфортных условий внутри помещений.

 

 

2.1.2.1 Конструктивно-технологические  решения окон и балконных дверей

 

Требования, предъявляемые в настоящее время к окнам, за исключением требований к внешнему виду, как правило, могут быть удовлетворены при использовании трех основных видов материалов – древесины, пластмассы и алюминия, а так же их комбинации. Каждый материал характеризуется специфическими свойствами, которые могут способствовать как достоинствам, так и недостаткам конструкции. Свойство материалов, а также воздействие окружающей среды и предъявляемые к ним требования следует принимать в расчет, как при изготовлении, так и при монтаже окон и их эксплуатации.

Главными требованиями являются сохранение формы под воздействием климатических факторов, длительный срок службы, небольшие затраты на содержание и ремонт и благоприятное  влияние на микроклимат помещения.

За последние два-три  года российский рынок окон и балконных дверей претерпел существенные изменения.

Освоенные западными  производителями в 80-е годы конструкции  деревянных и поливинилхлоридных (ПВХ) окон с применением стеклопакетов, поворотно-откидных приборов и новых  типов уплотняющих прокладок  уверенно вытесняют из индивидуального и коттеджного строительства России низкокачественные деревянные окна отечественного производства.

Современные конструкции  окон привлекают к себе, прежде всего  удобством эксплуатации красивым внешним  видом, а также высокими показателями по сопротивлению воздухопроницанию и звукоизоляции.

Базовыми элементами этих конструкций являются стеклопакеты. Основой для их широкого применения стало освоение новых мобильных  и относительно недорогих технологий с применением надежных герметиков и термополированных стекол.

Варьируя различными видами стекол и пленок с теплоотражающими (и другими) покрытиями, межстекольными расстояниями и составом газонаполнения стеклопакетов, можно изготавливать  окна с любыми заданными параметрами  в пределах возможности основного конструктивного решения.

Сложность состоит в  точном определении этих возможностей и правильном выборе конструкций  окон с учетом эксплуатационных характеристик  температурных, ветровых и др. нагрузок, присущих климатическим условиям России.

Многих потребителей окон в России беспокоит вопрос о  возможности применения ПВХ окон в условиях отрицательных температур. Сейчас можно с уверенностью сказать, что поливинилхлоридные профили, сертифицированные  в системе Минстроя России и прошедшие испытания на долговечность в независимом испытательном центре «Стройполимертрест», могут применяться при минусовых температурах – 40 °С. Ведущие германские фирмы «КВЕ», «Gealan», «Rehau» провели испытания и подтвердили возможность эксплуатации своих изделий при температуре - 50С. Поэтому применение ПВХ профилей в конструкциях окон (с учетом рекомендаций Минстроя России, установленных в сертификатах соответствия) не вызывает опасения, тем более, что ПВХ профили успешно проходят гигиенические испытания в организациях санэпидемнадзора России и других стран.

Сложность применения новых  конструкций в условиях России состоит  в следующем: результаты испытаний  стеклопакетов на долговечность  показывают, что герметичность стеклопакетов  может быть гарантирована (при строгом соблюдении технологии их изготовления) в течении 10…15 лет эксплуатации. Потеря герметичности влияет на образование конденсата внутри стеклопакета в холодные периоды года и снижение коэффициента светопропускания. С точки зрения теплозащиты, стеклопакет может работать еще длительное время. Однако при условии заполнения стеклопакета газом или использовании стекол с теплоотражающим покрытием потеря герметичности резко изменит эксплуатационные показатели изделия.

Технология изготовления стеклопакетов, качество применяемых герметиков и организация контроля качества на российских предприятиях, изготавливающих стеклопакеты, в настоящее время являются наиболее слабым местом в общем процессе производства окон и балконных дверей.

Теоретически опасность  разгерметизации стеклопакета усиливается при его эксплуатации при температурах – 30 ^оС и ниже. В этих условиях следует применять конструкции, в которых стеклопакет защищен от резких температурных перепадов впереди стоящим стеклом, т.е. конструкция, «стекло + стеклопакет» по аналогии с ГОСТ 24699-81.

В настоящее время  в стеклопакетах иногда применяют  стекла с нанесенными на их поверхность  определенных покрытий на основе оксидов  металлов, стойких к атмосферным  воздействиям. Существуют два типа такого рода покрытий: «твердое» (К-стекло) и «мягкое» (Е-стекло).

К-стекло получают на заводе методом химической реакции при  высокой температуре (метод пиролиза). Получение Е-стекла предусматривает  нанесение на его поверхность  низкоэмиссионных оптических покрытий. Технология нанесения требует использования высоковакуумного оборудования с системой магнетронного распыления.

Тем не менее, наивысшее  термическое сопротивление имеют  конструкции с применением газонаполненных  стеклопакетов (заполнение криптоном) с теплозащитными стеклами, и в Северной климатической зоне без применения таких конструкций трудно обеспечить нормируемое сопротивление теплопередаче окон и балконных дверей.

Другой проблемой является узкая коробка (до 60 мм) ряда конструкций  окон из ПВХ и деревянных окон со стеклопакетами, что повышает возможность образования мостиков холода на границе узлов примыкания к стеновым панелям. Увеличение ширины коробки удорожает и без того дорогостоящие изделия. Опасность возникновения «мостиков холода» накладывает дополнительные требования к качеству монтажа изделий и правильному проектированию узлов примыкания. Следует отметить, что проектирование узлов примыкания и выбор материалов для заполнения монтажных зазоров должны учитывать изменение линейных размеров окон ПВХ, возникающее при эксплуатации этих изделий (зависящее также от способа крепления коробок окон к стенам проема). Российским производителям стандартных конструкций деревянных окон необходимо усилить работу по модернизации этих изделий на базе применения новых светопрозрачных элементов, уплотняющих прокладок и фурнитуры.

Хорошую перспективу имеет улучшенная конструкция спаренной столярки по ГОСТ 11214-86 при ее изготовлении с  двойным притвором и тепловым экраном на основе полиэтилентерефталатной  пленки с теплоотражающим покрытием, установленной в межстекольном пространстве. Даже при условии потери качественных показателей пленки за 8…10 лет эксплуатации, тепловой экран легко заменяется на новый. Сопротивление теплопередаче таких окон 0,65 м²·°С/Вт.

При замене внутреннего стекла по ГОСТ 111-90 деревянных окон с тройным остеклением (ГОСТ 16289-86) на стекло с теплозащитным покрытием и использовании конструкций с усиленным сечением профилей показатель сопротивления теплопередаче таких окон повышается до 0,65 м²·°С/Вт, а при дополнительной установке теплового экрана в спаренной части окон – до 0,85 м²·°С/Вт.

Вполне возможно, что проблема климатических  нагрузок России потребует разработку новой конструкции дерево - пластмассовых  окон, где древесина, отделанная полимерными  материалами, будет применяться для изготовления коробок, а пластмасса – для изготовления створок.

Российские конструкции окон ближайшего будущего определяются в первую очередь  растущими пропорционально ценам  на энергоносители требованиями повышения  сопротивления теплопередаче.

Следует подчеркнуть, что главным  фактором для окон является их функция, материал же из которого они изготовлены, является вторичным фактором. Возникновение  проблем вызывается, как правило, не самим материалом, а его неправильным применением, неудачной конструкцией окон или чрезмерными требованиями к его прочности или термическим свойствам.

 

2.1.3 Теплопотери в системах  вентиляции

 

Воздухообмен с помощью окон, особенно в зимнее время, нельзя считать  эффективным мероприятием. Если же такой вид вентиляции принят в соответствии с проектом, то необходимо использовать оконные конструкции, позволяющие фиксировать створку с небольшой щелью.

К этому виду вентиляции, которая  возможна лишь при действии ветра  и наличии разности температур между  внутренним и наружным воздухом, относится также вентиляция с использованием вентиляционных шахт. Их надежность снижается с уменьшением высоты шахты, которая вместе с разностью температур между внутренним и наружным воздухом определяет тягу. На рисунке 3 показаны два наиболее известных типа таких шахт: отдельные независимые каналы из каждого этажа (рис.3,а) и вентиляционные шахты со сборным каналом (рис.3,б). В вентилируемом помещении давление снижается, что вызывает отсос воздуха из соседних помещений, куда свежий воздух поступает через швы и окна.

Вентиляционные установки простейшего  вида, так называемые устройства принудительной вентиляции подают воздух с помощью  вентиляторов. Если их мощность определена с учетом всех сопротивлений системы  и требуемого количества воздуха, то можно обеспечить надежный воздухообмен.

 

а	б
1 - воздухозаборная шахта; 2 - вентилятор; 3 - электродвигатель; 4 - приточный воздуховод
Рисунок 3 – Схемы вентиляционных каналов естественной вытяжки жилого здания

 

Системы приточно-вытяжной вентиляции (рис.4), не зависящие от притока воздуха через окна, создают повышенный комфорт в помещениях. Требуемая кратность воздухообмена, обеспечиваемая ими, зависит от объемов помещений квартиры.

Засасываемый свежий воздух предварительно подогревается, проходя путь от главного канала через  распределительные каналы, уложенные в полах, в зону подоконных нагревательных приборов и подается в помещения через приточные отверстия с регулируемым сечением. Размеры вытяжки рассчитаны таким образом, что в присоединенных к системе помещениях образуется зона пониженного давления, благодаря чему создается тяга воздуха из примыкающих помещений.

2.2 Теплопотери  в тепловых сетях

По данным экспертов, в среднем по России суммарный  расход тепловой энергии на отопление  и горячее водоснабжение равен 74 кг у. т./(кв. м/год), тогда как в странах Скандинавии суммарный расход тепловой энергии составляет 18 кг у. т./(кв. м/год). В опубликованных отчетах подтверждается, что до 70% тепла отечественных ТЭЦ не доходят до потребителей, из них 40% теряется в теплоцентралях и 30% — непосредственно в домах.

 

 

Рисунок 4 – Система  приточно-вытяжной вентиляции

 

Среди основных причин удручающе  низкой энергоэффективности ЖКХ  специалисты называют износ теплосетей и сопутствующих инженерных сооружений, который во многих регионах приблизился к критическому уровню и составляет 50-75%. Остается также весьма низким уровень термосопротивления основных строительных конструкций.

Как показывает технико-экономический  анализ, проблема снижения теплопотерь  может быть решена лишь путем комплексного и повсеместного внедрения современных энергосберегающих технологий на основе высокоэффективных и долговечных теплоизоляционных материалов, а также систем контроля и управления использованием энергоресурсов. Эти энергосберегающие мероприятия должны применяться на всем пути от производителя тепловой энергии до ее потребителя.

Мировой опыт подтверждает, что экономия топливно-энергетических ресурсов при широком использовании  высокоэффективной теплоизоляции  экономически гораздо более выгодна  по сравнению с увеличением объемов добычи топлива и строительством новых мощностей по производству энергии, поскольку в первом варианте требуется значительно меньше капиталовложений.

 

 

3 Пути решения  проблем теплогазоснабжения и  вентиляции

 

3.1 Теплозащита  зданий и сооружений

 

В условиях сурового российского  климата применение современных  высокоэффективных теплоизоляционных  материалов в строительстве жилых  и офисных зданий является настоятельной  необходимостью. Правильно спроектированная и смонтированная теплоизоляция  позволяет значительно повысить уровень комфортности, тепло- и звукоизоляции как здания в целом, так и отдельных помещений, а также достичь существенного снижения энергозатрат и, следовательно, сокращения эксплуатационных расходов.