Ця тема (оплата енергії за обсягом її споживання) є безсумнівно ключовою в реалізації всіх програм, і можна з упевненістю припустити, що, якщо не вдасться створити для Києва добре працюючий господарський механізм, стимулюючий енергозберігаючу активність всіх організацій і всіх громадян, то не буде досягнуто насправді жодної економії енергоресурсів. Технічною основою створення такого господарського механізму є облік теплової енергії, що витрачається, та організація обліку та системи оплати за теплову енергію за обсягом її споживання.
Теплолічильники
Теплолічильник визначає витрати теплової енергії шляхом безперервного вимірювання витрати води і різниці температур в подавальному і зворотному трубопроводах. Теплолічильник встановлюється на вводі трубопроводів системи централізованого теплопостачання в будівлю.
Для вимірювання витрати води найбільш широко застосовуються механічні витратоміри та диференціальні манометри. Для одержання точних даних необхідно періодично проводити повірку ці пристроїв.
Останні кілька років відзначені початком виробництва теплолічильників в Україні, яке освоєно вже кількома підприємствами. Спеціальні служби Держстандарту України піддають ретельним випробуванням на точність вимірювань всі пропоновані розробниками моделі і багато з них вже мають необхідні сертифікати. Відповідно до нових будівельних норм вводи теплових мереж у всі будинки повинні проектуватися з теплолічильниками.
Теплолічильник складається з витратоміра, що встановлюється за прийнятими в Україні Правилами обліку теплової енергії на падаючому трубопроводі теплового вводу в будинок, датчиків температури, що встановлюються на падаючому і на зворотному трубопроводах, і теплообчислювача, де робляться розрахунки і висвічується необхідна інформація. Найбільш складним елементом теплолічильника залишається витратомір. Крім згаданих авторами розділу 6 механічних витратомірів і дифманометрів, знаходять застосування ультразвукові та індукційні витратоміри.
Можливості мікропроцесорного тепловираховувача можуть використовуватися не тільки для обчислення величини теплоспоживання, але і для регулювання теплової потужності систем опалення і гарячого водопостачання. У цьому випадку функції теплолічильника ТЗ і регулятора Р можуть об'єднуватися в одному пристрої, як це виконано в одному з демонстраційних проектів у Києві.
Лічильники-розподільники
Лічильники-розподільники не можуть визначити дійсну кількість спожитої теплової енергії і тому використовуються тільки в тому випадку, коли загальне споживання теплової енергії будинком враховується за допомогою теплолічильника, встановленого в ІТП системи централізованого теплопостачання, або коли загальне споживання енергії визначається за кількістю палива, витраченого у вбудованій котельні.
За допомогою лічильників-розподільників, які встановлюються на кожному радіаторі, проводиться розбивка загального споживання теплової енергії між квартирами. В основному використовуються два основних типи лічильників-розподільників:
• випарні лічильники-розподільники;
• електронні лічильники-розподільники.
У випарному лічильнику використовується принцип випаровування спеціальної рідини під впливом температури радіатора. За кількістю рідини, що випарувалася протягом опалювального сезону, проводиться нарахування оплати за спожиту теплову енергію.
Для нарахування оплати з використанням електронних лічильників враховується температура радіатора і температура повітря всередині приміщення.
Теплолічильники, що встановлюються на вводі в будівлі та відповідають вимогам Держстандарту, є приладами комерційного обліку, за якими визначається сума платежів за теплову енергію. Ці платежі повинні бути розподілені між квартирами житлового будинку.
Теплолічильники у квартирах обійшлися б надто дорого, тому необхідні пристрої для розподілу суми платежів з урахуванням кількості споживаної квартирами теплової енергії.
У деяких країнах застосовуються радіаторні тепломіри випарникового типу, що дозволяють приблизно розподілити загальне теплоспоживання між квартирами будинку. Для цього існують відповідні служби, які періодично знімають показання тепломірів і за спеціально розробленою методикою обчислюють кількість витраченого за опалювальний сезон тепла. Такий спосіб не є перспективним для Києва з причин, пов'язаних зі звичками громадян змінювати опалювальні прилади в своїх квартирах і вільно поводитися з обладнанням, особливо, якщо воно не дуже жорстко закріплено і працює проти сімейного бюджету.
Замість таких недосконалих приладів обліку, якими є випарникові тепломіри, в споруджуваних і реконструйованих житлових будинках можна рекомендувати установку водолічильників для гарячої води на квартирних вводах систем опалення. Хоча водолічильник не може слугувати для комерційного обліку витрат тепла, але при двотрубній квартирній опалювальній системі (рис. 13.17) та кількісному регулюванні витрати води через опалювальні прилади, показники водолічильника могли б бути використані для розподілу між квартирами загальної витрати тепла, заміряного теплолічильниками на вводі тепломережі в будинок.
Проектування квартирних опалювальних систем за схемою "б" рис. 13.17 є вимушеним для застосовуваних типових будівельних конструкцій житлових будинків, в яких недостатньо місця для прокладки по квартирі двох горизонтальних збірних трубопроводів, у той час як один півдюймовий трубопровід можна з успіхом прокласти по плінтусу, який проходить по периметру кімнат, в тому числі і під порогом балконних дверей.
Лічильники витрати гарячої води
Облік споживання тепла системою гарячого водопостачання здійснюється зазвичай шляхом вимірювання кількості води, що нагрівається. Оскільки температура гарячої та холодної води практично незмінна, робити вимірювання температури води не потрібно. Зазвичай для цих цілей використовуються механічні водолічильники, які застосовуються як для квартирного, так і для загального обліку витрати гарячої води в ІТП або у вбудованій котельні. У разі централізованого обліку досить вимірювати витрати холодної води на вході в водопідігрівач.
У теплопунктах будинків або в ЦТП, обладнаних водопідігрівачами гарячого водопостачання, включеними за двоступеневою змішаною схемою (рис. 13.13, 13.14), важко виміряти засобами приладового обліку кількість тепла, що витрачається на підігрів води, бо в теплообмінники кожного ступеня подається неоднакова кількість гарячої води. Тому розподіл загальної витрати тепла, виміряного теплолічильником ТЗ, встановленим на вводі теплової мережі, між системами опалення та гарячого водопостачання визначають розрахунком, використовуючи показники водолічильників, один з яких встановлений на трубопроводі водопровідної води на вході в водопідігрівач першого ступеня, а другий - на циркуляційному трубопроводі, а також термометрів, установлених на трубопроводах холодної, гарячої і циркулюючої води. Недостатня точність такого розрахунку не є великим недоліком, оскільки мова йде лише про розподіл платежів усередині однієї і тієї ж групи споживачів (наприклад, мешканців квартир ОСББ, кооперативів та ін.) за різні послуги однієї і тієї ж теплопостачальної організації. При необхідності більш точного розподілу можна було б встановити в теплопункті на магістральних трубопроводах системи опалення ще один теплолічильник, і тоді витрата тепла системою гарячого водопостачання могла би обчислюватися як різниця показань двох теплолічильників.
При подачі гарячої води від ЦТП до кількох будівель на вводі трубопроводів гарячого водопостачання в кожному з цих будинків повинні встановлюватися водолічильники на подаючому і циркуляційному трубопроводах для того, щоб була можливість розподілити загальну суму платежів за гаряче водопостачання між споживачами, розташованими в різних будівлях.
У житлових будинках повинні встановлюватися водолічильники на квартирних вводах (рис. 13.14). Ця вимога стосовно до споруджуваних і житлових будинків, що реконструюються, закріплена діючими в Україні з 1995 року будівельними нормами.
Чинний порядок платежів за опалення залежно від опалюваної площі квартир і за гаряче водопостачання в залежності від кількості мешканців ніяк не стимулює громадян на економне витрачання енергії.
У міру установки в будівлі необхідної кількості приладів обліку повинен вводитися новий порядок оплати з визначенням загальної суми платежів за теплову енергію за показниками теплолічильника комерційного обліку та розподілом цієї суми пропорційно показанням квартирних приладів обліку.
14. ВАРТІСТЬ ТМ та ТРМ
Наведено в додатку N 4 до програми.
15. ТЕРМОСАНАЦІЯ ЖИТЛОВИХ ПРИМІЩЕНЬ
Як показують попередні дослідження, проведені як у нашій країні, так і за кордоном, особливо в країнах близьких сусідів (Польща, Литва, Словаччина та Німеччина), найбільші втрати тепла в системі теплопостачання та гарячого водопостачання житлових комплексів - це втрати тепла:
- через стіни,
- через вікна,
- дахові перекриття,
- підвали та інше,
- втрати в системах теплопостачання.
Різниця між сьогоднішніми витратами та технічно можливими втратами після проведення відповідних заходів розглядається як резерв енергозбереження. По оцінці фахівців до 30 % тепла в квартирі (15 % - 30 %) втрачається через стіни, а в цілому для будинку ці втрати складають до 50 % (30 % - 50 %).
Як показали результати досліджень та проведених робіт у Німеччині (колишня НДР) та Словаччині, будинки, в яких проведені роботи по ізоляції зовнішніх стін, зменшують споживання енергії на 40 - 50 %.
Звичайно використати цей резерв у повній мірі в найближчий час (у рамках цієї програми) навряд чи вдасться.
Значна частина втрат тепла житлових будівель припадає на засклені поверхні будівель (15 % - 20 % поверхні). Ефективність робіт по теплоізоляції засклених поверхонь від 20 % - 30 % (глазуроване скло або інше вікно з одношаровим склом) до 40 % - 50 % - подвійне засклення з високою теплоізолюючою ефективністю.
Оцінка загального резерву енергозбереження та роль окремих факторів.
Виявлення можливостей енергозбереження є лише орієнтиром на шляху до реальної економії палива, і швидкість просування на цьому шляху буде залежати від обсягу інвестицій, ефективності їх використання та розумності їх розподілу.
Обсяг інвестицій буде визначатися загальною економічною ситуацією в столиці, а ефективність їх використання - досконалістю державної організації менеджменту в галузі енергозбереження. Прогноз енергетичної ситуації можна було б виконати тільки за кількома сценаріями розвитку.
Перший сценарій оцінює розвиток енергетичної ситуації за відсутності будь-яких цілеспрямованих урядових заходів, націлених на енергозбереження в будівництві, і при нульових інвестиціях в енергозбереження. Цей сценарій дозволяє оцінити ситуацію, яка складеться в найближчому майбутньому, якщо нічого не робити.
Другий сценарій оцінює ситуацію, яка складеться в тому випадку, якщо місто Київ знайде можливості для інвестицій, достатніх для реалізації на практиці вже оголошених підвищених вимог до теплозахисту будівель, однак існуючі будівлі та їх системи інженерного обладнання не будуть реконструюватися і будуть проведені роботи по нарощуванню потужності енергоджерел та реконструкції найбільш аварійних ділянок тепломережі (інвестиції на рівні 10 - 15 % від необхідних).
Третій сценарій припускає цілеспрямовану роботу державних органів за програмою енергозбереження з формуванням державного інвестиційного фонду енергозбереження при відповідній організації менеджменту з тим, щоб обсяг інвестицій був достатнім не тільки для модернізації нового будівництва, а й для щорічної реконструкції та проведення відповідних робіт по термосанації від 10 до 20 % існуючого застарілого фонду будівель. Аналіз варіантів рис. 2 - 4.
При розвитку за першим сценарієм потреба в енергетичних ресурсах, які споживаються об'єктами житлово-цивільного будівництва, збільшиться на 24 %, а при розвитку за другим варіантом - на 13 %, і лише розвиток по третьому варіанту дозволить зменшити потребу в паливі майже на 20 %.
Досяжний за 5 - 10 років рівень ефективності енергозбереження визначається показником економії умовного палива близько 15 млн. т/рік.
Модернізація огороджуючих конструкцій будівель
Низькі ціни на паливо, що діяли до 2006 року, практична відсутність реформ в паливо-енергетичному секторі, і особливо в ЖКГ, призвели до того, що рівень споживання енергії в столиці України залишався більш високим, ніж в аналогічних містах Західної Європи, у той час як ефективність її використання була значно нижче.
Теплоізоляція будівель - головний резерв енергозбереження
За останні вісім років виробництво теплової енергії значно зросло, і загальна тенденція зростання споживання енергії продовжує зберігатися. В Україні споживання енергії, віднесене до одиниці валового національного продукту, значно вище ніж у західноєвропейських країнах, у той час як ефективність використання енергії в промисловості і рівень теплового комфорту в будинках значно нижче.
Для того, щоб рівень життя і промислове виробництво в столиці Україні досягли західноєвропейського рівня, необхідно не тільки знизити споживання енергії, але й підвищити ефективність її використання, щоб не допустити невиправданого збільшення обсягів виробництва енергії, пов'язаного зі спалюванням великих кількостей палива на ТЕЦ та котельнях міста і з забрудненням навколишнього середовища. Близько 70 % від загального споживання енергії припадає на житлово-комунальний сектор. Велика частина населення міста проживає в багатоквартирних панельних будинках, побудованих у період, коли необґрунтовано низькі ціни на енергоносії поєднувалися з вимогами прискорення будівельних робіт, зменшення вартості, скорочення матеріалоємності і трудомісткості будівництва. Системи опалення в цих будинках позбавлені будь-яких пристроїв для регулювання. Втрати енергії в будинках, побудованих 30 - 40 років тому, величезні, і потенціал енергозбереження, який здійснюється при теплоізоляції огороджувальних конструкцій і вдосконаленні опалювальних систем, дуже великий. Багато будинків, побудовані в той період, уже вимагають капітального ремонту. Якщо енергозберігаючі заходи будуть проводитися одночасно з капітальним ремонтом будинків, терміни окупності інвестицій в енергозбереження можуть бути значно скорочені.
Житлові будинки, побудовані 10 - 15 років тому, мають дещо вищий рівень теплозахисту, але і цей рівень не може розглядатися як достатній з урахуванням сучасних вимог до теплоізоляції будівель.
Достатній за нашими даними рівень теплозахисту в будинках, які побудовані після 1996 року, а точніше на рубежі 1998 - 2000 років. Розрахунки в цій роботі проведені з рівня 2000 року.
Споживання енергії
У країнах Східної і Центральної Європи споживання енергії в житловому секторі економіки істотно вище, ніж у Західній Європі. Загальна питома потреба житлових будинків в електричній і тепловій енергії на сході Європи оцінюється на рівні 250 - 400 кВт·год./м-2, у той час як у західноєвропейських країнах ця величина складає 150 - 230 кВт·год./м-2 на рік. У скандинавських країнах добре ізольовані будівлі споживають 120 - 150 кВт·год./м-2 на рік, а так звані енергетично ефективні будинки споживають не більше 60 - 80 кВт·год./м-2 на рік.
Тепловий комфорт
Рівень теплового комфорту, прийнятий у західноєвропейських країнах, ілюструється таблицею 1.
Основним параметром, що забезпечує тепловий комфорт, є температура повітря, проте не завжди зазначені в таблиці значення температур забезпечать задовільні умови.
Таблиця 1
Комфортні параметри повітря приміщення в зимовий час
Добре ізольовані зовнішні стіни дозволять знизити температуру повітря усередині приміщення без порушення теплового комфорту.
Незадовільний тепловий режим може бути обумовлений також надлишковою різницею температури повітря по висоті приміщення, а також підвищеною вологістю і рухливістю повітря.
Теплоізоляція зовнішніх огороджень
Особливості масового житлового будівництва в Україні, заснованого на переважному зведенні великопанельних будинків, вимагають спеціальної оцінки можливостей поліпшення теплозахисту всього комплексу огороджувальних конструкцій.
Теплоізоляційні матеріали
Існує велика кількість теплоізоляційних матеріалів, до властивостей яких зазвичай висувають такі вимоги:
- низька теплопровідність;
- стійкість до коливань температур при експлуатації;
- однорідність властивостей;
- оптимальна щільність;
- низький рівень займистості та вибухонебезпечності;
- міцність при транспортуванні та укладанні;
- волого- і водостійкість;
- стійкість до атмосферного впливу;
- стійкість до впливу комах;
- хімічна стійкість;
- нешкідливість для людини.
Здатність утримувати повітря - одна з найбільш важливих характеристик теплоізоляційного матеріалу, оскільки повітря володіє низьким рівнем теплопровідності.
Таблиця 2
Теплопровідність різних матеріалів-
Нижче наведені характеристики деяких матеріалів.
Пінополістирол виробляється у формі плит або блоків різної щільності. Це горючий матеріал і, отже, він повинен бути захищений (наприклад, бетоном) з усіх сторін. Пінополістирол має гарні конструкційні характеристики (20 - 30 кН/м-2), однак ці характеристики зникають при температурі 80 - 90° С, а при температурі 100° C він плавиться. Матеріал водостійкий, хоча може містити в собі велику кількість вологи. При тривалому впливі сонячного світла він набуває жовтого кольору і стає крихким.
Пінополіуретан виробляється у формі листового матеріалу, плит і блоків. Він негігроскопічний, легкий і хімічно стійкий. Як піноутворюючі речовини зазвичай використовуються фреони. Поступово повітря проникає всередину осередків, що призводить до зниження термічного опору і вивільнення фреонів в атмосферу.
Пінополістирол і пінополіуретан використовують тільки там, де немає інших альтернатив. Витрата енергії для їх виробництва значно вища, ніж при виробництві інших теплоізоляційних матеріалів.
Скловолокно - це матеріал, який характеризується міцністю, незаймистістю і хорошими конструкційними властивостями. Скловолокно паронепроникне, не вбирає вологу і тому є хорошим матеріалом для внутрішньої теплоізоляції стін, де потрібно запобігти проникненню в конструкцію водяної пари. Скловолокно використовується також для звукоізоляції.
Мінеральна вата складається з волокон гірських порід, шлаку або скла. Матеріал володіє хорошими звукоізоляційними характеристиками. Він пластичний і абсолютно не горючий. Виробляється у формі прошивних теплоізоляційних матів або плит, легко ріжеться на будь-які необхідні форми.
Оптимальна товщина теплоізоляції
Під оптимальною товщиною теплоізоляції слід розуміти товщину, що дозволяє отримати максимальну економію енергії при мінімальних інвестиціях. Ця товщина залежить від кліматичних умов і теплотехнічних характеристик матеріалу, його ціни, трудомісткості його укладання і тарифів на енергоносії. Залежність загальної вартості теплоізоляційної конструкції від її товщини носить нелінійний характер (рис. 15), оскільки трудомісткість укладання матеріалу залежить від площі конструкції, а вартість матеріалу - від його товщини. Таким чином, вартість укладання першого сантиметра ізоляції вища, ніж наступного.
Втрати енергії залежать від товщини ізоляційного матеріалу і кліматичних умов. Величина втрат енергії також має нелінійний характер. Різниця в досягненні додаткової економії буде все менше і менше на кожному додатковому сантиметрі ізоляції. Оптимальна товщина теплоізоляції з економічної точки зору буде досягнута там, де сума витрат на енергію і на теплоізоляцію буде мінімальною. При існуючих світових цінах на енергоносії оптимальна товщина теплоізоляції для звичайних зовнішніх стін будівель в Європі становить 8 - 12 см. Досвід показує, що ціни на енергоносії швидко змінюються, і товщина теплоізолюючого шару визначається не тільки за існуючими цінами на енергоносії, але і з урахуванням їх можливої зміни в майбутньому. Набагато дешевше зараз утеплити будинок теплоізоляційними матеріалами, що мають товщину більшу, ніж це потрібно зараз, ніж заново ізолювати будинок у майбутньому, коли піднімуться ціни і зміняться стандарти. Найбільш оптимальна товщина теплоізоляції для міста Києва по визначенню фахівців на основі вже проведених робіт - 10 - 15 см.
Економічна оцінка
Інвестиційні витрати на підвищення енергетичної ефективності будівель можна розділити на первинні і поточні витрати.
• Первинні витрати - це вартість проектних робіт, закупівля матеріалів, монтаж і пусконалагоджувальні роботи.
• Поточні витрати - це експлуатаційні витрати на покладену теплоізоляцію.
У деяких випадках поточні витрати можуть перевищувати первинні і тому важливо зробити оцінку цих витрат вже на стадії проектування.
Отримана економія також може бути розділена на річну економію енергії, пов'язану з цінами на енергоносії, і на економію поточних експлуатаційних витрат.
Найбільш простим способом оцінки інвестицій в енергозберігаючі заходи є термін їх окупності, який вказує на період часу, за який інвестиції будуть повернуті. Для визначення терміну окупності загальна сума інвестицій ділиться на загальну річну економію. Цей спосіб не враховує відсоток інфляції, зміну цін на енергоносії, збільшення терміну служби будівлі і інші переваги такого роду інвестицій.
Нижче наводиться приклад розрахунку з використанням західноєвропейських цін на енергоносії.
Приклад:
Старий панельний будинок без теплової ізоляції, обладнаний старою системою опалення, підлягає реконструкції. Проводиться теплоізоляція будинку з удосконаленням системи опалення. Припустимо, що до реконструкції споживання енергії перебувало на рівні 2600 МВт·год. на рік, а після реконструкції - 820 МВт·год. Економія енергії складе 1780 МВт·год. При ціні енергії 0,2436 гривень за кВт ФРН річна економія складе:
1780000 кВт/год. х 0,2434 грн./кВт/год. = 433608 грн.
При сумі інвестицій 1200000 гривень термін окупності складе
1200000 / 433608 / рік = 5,2 року.
У цьому розрахунку не враховані витрати на експлуатацію. Припустимо, що будівля дуже стара і потребує інтенсивного технічного обслуговування, витрати на яке до теплоізоляції будівлі знаходилися на рівні 100000 гривень. Після реконструкції ці витрати знизилися до 25000 грн., при додатковій економії 75000 грн. в рік. Загальна економія при цьому складе 508608 гривень.
У цьому випадку термін окупності складе:
1200000 / 508608 / рік = 2,4 року.
При цьому слід врахувати також і те, що термін служби будинку буде значно продовжений, а рівень комфорту підвищиться. Необхідно також порівняти отримані дані з результатами розрахунків витрат на реконструкцію будинку без його теплоізоляції і модернізації системи опалення.
Економічна ефективність переходу до огороджувальних конструкцій, виконаних за новими нормативами опору теплопередачі, оцінена на прикладі житлового будинку серії 96 - однієї з найбільш поширених в Україні. У будинку замінені одношарові керамзитобетонні зовнішні стінові панелі на тришарові, двоскляні вікна в роздільних віконницях - на трискляні, збільшено теплозахист горищного перекриття та перекриття над підвалом. При цьому опір теплопередачі всіх огороджувальних конструкцій істотно збільшено (табл. 3).
Теплова розрахункова потужність системи опалення 9-поверхового 143-квартирного житлового будинку загальною площею 7760 м-2 при розрахунковій зовнішній температурі -22° C до реконструкції становила 684,9 кВт, а після утеплення огороджень - 434,4 кВт. При цьому річні втрати теплової енергії до і після реконструкції характеризуються величинами, представленими в табл. 4.
Результати розрахунку річної економії теплота, кВт·год./рік, від підвищення теплозахисних якостей зовнішніх огороджень.
Середня витрата умовного палива в котельнях становить в цілому по Україні 41,4 кг/ГДж або 149 кг/МВт·год. З урахуванням втрат тепла в мережах будинків (5 %) економія умовного палива складе 1,05 х 149 х 514, 4 х 10--3 = 80,5 т/рік або близько 10 кг з кожного квадратного метра загальної площі житлових будинків. При ціні близько $ 300 за одну тонну умовного палива економія коштів на паливо складе $ 24150 або 193200 грн. на рік.
Якщо розрахунки проводити за прогнозованою ціною умовного палива до 2015 року на рівні 300 $ за одну тонну, економія коштів на паливо складе 32 200 $ або 257 600 грн. на рік.
Таблиця 3
Опір теплопередачі, м-2К/Вт, огорож будівлі ДО і ПІСЛЯ реконструкції
| Огородження | ДО | ПІСЛЯ |
| Вікна | 0,42 | 0,5 |
| Стіни | 0,83 | 2,5 |
| Горищне перекриття | 1,15 | 2,7 |
| Перекриття над тех. підвалом | 0,92 | 2,3 |
Таблиця 4
Результати розрахунку річної економії тепла, кВт·год/рік, від підвищення теплозахисних якостей зовнішніх огороджень
Таблиця 5
Оцінка подорожчання утепленого в процесі будівництва житлового будинку
| Огородження | Відносне подорожчання US грн./м2 | Площа, м2 | Подорожчання, US $/м2 |
| Вікна | 20 | 1400 | 28000 |
| Стіни | 7 | 5200 | 36400 |
| Горищне перекриття | 2 | 1100 | 4400 |
| Перекриття над техпідвалом | 6 | 1100 | 6600 |
| Всього: | 75400 |
Для досягнення цієї економії необхідно вкласти кошти в утеплення будинку. Якщо будинок утеплювати в процесі його будівництва, то витрати будуть не настільки великі, як при реконструкції експлуатованої будівлі.
У табл. 5 наведено оцінку (у доларах США) подорожчання будинку, пов'язаного з утепленням огороджуючих конструкцій.
Таким чином, період окупності витрат на утеплення житлового будинку оцінюється в 75400/24150 = 3,12 року.
При збільшенні ціни умовного палива до 400 $ термін окупності зменшиться до 2,3 року.
Способи теплоізоляції будівель
Іноді вважається доцільним з метою економії ізолювати тільки ті частини будівлі, які мають найбільші тепловтрати, наприклад, дах або глухі торцеві стіни, хоча для європейських країн це не найкраще з економічної точки зору рішення, тому що в ході реконструкції будівлі основна частка витрат пов'язана з виконанням робіт, а не з вартістю матеріалів, і в разі поліпшення теплоізоляції всієї будівлі питомі витрати на енергозбереження будуть значно нижчі.
У деяких випадках часткова теплоізоляція будівлі може навіть погіршити ситуацію і збільшити тепловтрати, бо неоднорідність огороджувальних конструкцій стін може викликати їх деформації з утворенням тріщин, що відкривають доступ вологи до ізоляційного матеріалу. Для досягнення максимального ефекту при реконструкції будівлі та зниження теплових втрат через його поверхню необхідно зробити оцінку можливостей ізоляції стін, даху, підвалу, а також вікон, дверей та інших отворів.
Теплоізоляція стін
Стіни можуть бути теплоізольовані зсередини приміщень і ззовні будівлі.
Теплоізоляція стін усередині приміщень
Цей спосіб використовується переважно для старих будинків. Там, де фасад повинен бути збережений в початковій формі, для будинків використовується постійно, і там, де мешканці зацікавлені в індивідуальних рішеннях.
Перевагами такого способу є відносно низькі витрати на виробництво робіт, бо не потрібне будівельне риштування, однак при цьому можуть виникнути наступні проблеми:
• трубопроводи, що проходять по зовнішніх стінах, доведеться перемістити, щоб вода в них не замерзла;
• погіршаться умови експлуатації несучих стін, в яких можуть виникнути тріщини та деформації;
• перед укладанням теплоізоляції необхідно видалити зі стін вологу, що накопичилася в них;
• радіатори, розташовані біля зовнішньої стіни, необхідно встановити на новому місці;
• електропроводка в зовнішніх стінах також повинна бути замінена;
• у конструкції стін буде утворюватися точка роси, що може призвести до значних пошкоджень, пов'язаних з конденсацією вологи;
• у стіновій конструкції утворюються теплопровідні включення.
Залежність вартості від товщини ізоляції - крива з мінімумом, оскільки з ростом товщини зменшується вартість втрат енергії (Cost of energy losses), але зростає вартість матеріалів і роботи по влаштуванню ізоляції (Investments for the insulation materials and installation).
Перелік недоліків проведення ізоляційних робіт зсередини приміщень переконує в тому, що не слід використовувати цей спосіб, якщо є інші можливості. Це відноситься до ряду будівель, які мають історико-архітектурне значення і ін.
Теплоізоляція стін ззовні будівлі
Застосувавши цей спосіб, можна усунути існуючі в стінах теплопровідні включення і значно продовжити термін служби будинку. При цьому повністю усуваються проблеми, пов'язані з конденсацією вологи, оскільки конструкція стіни залишається сухою.
Перед укладанням зовнішньої теплоізоляції всі несучі елементи будівлі повинні бути обстежені, а існуючі пошкодження і тріщини усунені.
Існують два принципово різних підходи до укладання додаткової теплоізоляції на зовнішні стіни будівлі, внаслідок чого утворюється складова вентильована теплоізоляція стін або суцільна теплоізоляція без пустот.
Складова вентильована теплоізоляція включає в себе чотири елементи:
• теплоізоляція,
• кріплення,
• повітряний простір і зовнішній захисний шар. Ізоляційний матеріал (мінеральна вата або полістирол) кріпиться до стіни дерев'яними або металевими деталями. Повітряний простір не дозволяє накопичуватися волозі в конструкції. В якості зовнішнього захисного шару може бути використаний широкий вибір матеріалів, таких як гіпсокартонний облицювальний лист, деревні плити, алюмінієві листи, керамічна плитка, мідь, облицювальний камінь, наприклад, мармур і т. д. Теплоізоляція укладається також навколо вікон і дверей. Місця примикання торцевих стін, даху і стики панелей повинні бути ретельно теплоізольовані для запобігання утворенню теплопровідних включень.
До недоліків складової вентильованої теплоізоляції слід віднести складність її облаштування в місцях примикання вікон, даху та інших елементів будівлі. Необхідно також передбачити хорошу вентиляцію повітряних порожнеч для запобігання виникненню проблем з видаленням вологи.
Суцільна теплоізоляція без порожнеч утворюється при наклеюванні ізоляційного матеріалу (мінеральна вата, полістирол або скловата) на стіну з наступним кріпленням захисного гіпсокартонного облицювального листа на теплоізоляційний матеріал по сітці. Виконувати ці роботи повинні робітники дуже високої кваліфікації. Такий метод не рекомендується для панельних будинків, де деформації в панелях можуть спричинити за собою утворення тріщин в теплоізоляційному матеріалі і облицюванні з наступним проникненням вологи і руйнуванням будівлі. Крім того, в захисному шарі внаслідок теплообміну можуть виникнути напруги з утворенням тріщин, і в кінцевому підсумку в результаті руйнування захисного шару термін служби будинку значно скоротиться.
Масове житлове будівництво в Україні протягом попередніх років було орієнтоване на випуск одношарових бетонних панелей без утеплювачів, і тепер всі будівельні організації у відповідності з новими нормами ДБН перейшли до будівельних конструкцій, що відповідають нормам теплозахисту.
Замість нержавіючої сталі можна застосовувати звичайну арматурну з антикорозійним покриттям. Іноді гнучкі зв'язки виконують у вигляді конуса чи циліндра, всередині яких розташовується арматурна сталь, а простір навколо сталі заповнюється бетоном. Такі зв'язки відповідно називають кільцевими конічними або циліндричними.
Щоб зменшити площу теплопровідних включень, конструктивні ребра роблять переривчастими. Такі зв'язки називаються дискретними. Приклади зв'язки шарів у панелях наведено на рис. 6. Товщина ізоляційного шару залежить від конструктивного рішення панелі.
Щоб забезпечувалось нормативне значення опору теплопередачі, повинен бути використаний високоефективний утеплювач з коефіцієнтом теплопровідності 0,04 - 0,07 Вт/м·К.
Для поліпшення теплозахисних властивостей стінових панелей необхідно укладати теплоізоляцію двома шарами зі швами, що взаємно чергуються, з метою виключення затікання бетону між швами плит.
Нові вимоги до теплозахисту будівель докорінно змінили підхід до зведення не тільки великопанельних, але і цегельних будинків.
Зовнішні стіни, виконані з традиційної цегляної кладки, мають дуже низький опір теплопередачі, який при товщині стіни 0,5 м не перевищує 0,7 - 0,8 м 52 0.К/Вт. При використанні колодцевої цегляної кладки (рис. 24) забезпечується більш висока теплова ефективність. В цьому випадку стіна складається з двох поздовжніх стінок з мінімальною товщиною 1/2 цегли кожна, розташованих на відстані 14 - 27 см і сполучених між собою через 65 - 120 см цегляними ребрами, жорсткими або гнучкими зв'язками. Простір між поздовжніми стінками заповнюється ефективним утеплювачем: пінополістиролом, мінеральною ватою, перлітопластбетоном з щільністю 100 - 200 кг/м-3, щебенем і піском із спученого перліту з щільністю 100 - 200 кг/м-3, керамзитовим гравієм з густиною 200 - 300 кг/м-3. Для попередження усадки утеплювача через 50 - 100 см по висоті влаштовуються горизонтальні діафрагми з армованого цементно-піщаного розчину або рядів цегли.
При зведенні зовнішніх стін будинків з монолітного залізобетону для підвищення теплозахисних якостей огороджень повинні використовуватися ефективні утеплювачі та облицювання з різних матеріалів. Відсутність стиків та бетонних ребер в конструкції стін монолітних будівель може істотно поліпшити теплозахисні властивості монолітних огорож. Утеплені монолітні та збірно-монолітні конструкції можуть бути дво- і багатошаровими. З теплотехнічного погляду найбільш перспективні багатошарові конструкції з монолітним несучим шаром з бетону і утеплювачем, розташованим із зовнішньої або внутрішньої сторони, або з несучими шарами з бетону і засипанням або заливкою між ними утеплювача. У цьому випадку внутрішнє, зовнішнє або обидва облицювання можуть грати роль незнімної опалубки. Різноманіття типів монолітних стін дозволяє застосовувати їх в різноманітних умовах, у т. ч. в разі недостатньо розвиненої будівельної бази. На рис. 8 представлені приклади технічних рішень монолітних стін.
Ізоляція покриттів і підвалів
Провести теплоізоляцію покриття відносно нескладно, причому термін окупності таких робіт невеликий, тому що будівельне риштування не потрібне та теплоізоляція укладається або безпосередньо на існуючий дах, або під нього. Втрати тепла через дах можуть бути дуже великими через тепловіддачі в нічний час. Таким чином, теплоізолювавши дах, можна зберегти багато енергії.
Плоскі суміщені покрівлі характеризуються тим, що між існуючою ізоляцією і покрівлею немає ніякої повітряної порожнини. Ізолювати покриття з внутрішньої сторони не рекомендується. Краще укласти полістирольні плити безпосередньо на існуючий гідроізоляційний шар покрівлі з облаштуванням вирівнюючого шару із гравію завтовшки не менше товщини шару полістиролу.
Плоскі дахи, що вентилюються, характерні тим, що між існуючими шарами теплоізоляції і гідроізоляції є порожнини, які вентилюються, а всередині конструкції покриття є пароізоляційний шар.
Для облаштування додаткової теплоізоляції потрібно видалити існуючу пароізоляцію, а потім укласти шар утеплювача і новий пароізоляційний шар.
Похилі покрівлі утеплюються мінераловатними плитами, що укладаються між дерев'яними балками з облаштуванням пароізоляційного шару з внутрішньої сторони. У країнах північної Європи зазвичай застосовується ізоляція товщиною 20 см.
Ізоляція підвалів. Щоб уникнути великих тепловтрат через підвал будинку, необхідно теплоізолювати стелю підвального приміщення або продовжити теплоізоляцію зовнішніх стін на глибину не менше, ніж на 50 см нижче вимощення.
Теплоізолювати перекриття горища можливо насипним або плитним утеплювачем по поверхні панелі або заповненням порожнин багатопорожнинних панелей. Порожнини краще за все заповнювати насипним пінополістиролом.
В якості плитного утеплювача по поверхні панелі можна використовувати пінополістирол, мінераловатні та скловолокнисті мати і плити. Товщина шару утеплювача від 100 до 200 мм в залежності від району будівництва і коефіцієнта теплопровідності теплоізоляційного матеріалу.
В якості насипного утеплювача рекомендується керамзитовий гравій густиною 300 кг/м-3 і товщиною шару 200 - 250 мм.
Поліпшення теплозахисних якостей вікон і дверей
Втрати тепла через вікна можна розділити на трансмісійні та вентиляційні. Трансмісійні втрати через скління в 4 - 6 разів вищі, ніж через стіни. Крім того, в місцях примикання віконних рам до стіни часто виникають теплопровідні включення. Вентиляційні втрати також можуть бути дуже великі, якщо вікна не ущільнені або тоді, коли вони використовуються для тривалого провітрювання.
При двошаровому склінні трансмісійні втрати через вікна знижуються. Коефіцієнт теплопровідності може бути знижений таким шляхом з 3 - 5 Вт/м-2К до 2 Вт/м-2К. Зараз є скло з коефіцієнтом теплопередачі близько 1,2 Вт/м-2К, однак роботи в цьому напрямку ще перебувають у стадії розвитку.
Ущільнення вікон (спінені матеріали, стрічка або ганчір'я) може значно знизити вентиляційні втрати, а для усунення теплопровідних включень необхідно відремонтувати або замінити ізоляційний матеріал між рамою і стіною.
Заміна конструкцій вікон на більш прогресивні типи дозволить не тільки зменшити тепловтрати, але і позбавитися протягів, підвищивши рівень комфортності, що дозволить знизити температуру всередині приміщення. Після ретельного ізолювання вікон зростає необхідність в достатньому провітрюванні приміщення. Грати, встановлені під вікном, забезпечать необхідний повітрообмін і дозволять знизити вологість повітря, а в результаті правильно організованої вентиляції тепловтрати зменшаться.
Для збільшення теплозахисних якостей вікон слід, перш за все, збільшити теплозахисні властивості скління, яке займає близько 80 % площі вікна. Це можна зробити, наприклад, за рахунок збільшення кількості повітряних прошарків.
Відомо, що опір теплопередачі вікон з одинарним склінням різних типів звичайно становить 0,16 - 0,20 м-2К/Вт, з подвійним склінням - 0,32 - 0,38 м-2К/Вт, з потрійним склінням - 0,46 - 0,6 м-2К/Вт. Останнім часом у ряді країн, особливо північних, застосовують в житлових будинках трискляні вікна.
Трискляні вікна в роздільно-спарених віконницях мають високі теплозахисні якості, проте застосовуються рідко, бо вони пропускають світла на 22 % менше і для забезпечення необхідної освітленості доводиться збільшувати площу вікон, що знижує теплоізоляційний ефект потрійного скління. Крім того, в таких вікнах витрачається на 40 % більше дерева, а мити їх вкрай незручно.
У деяких конструкціях застосовують скло і склопакет в роздільних і спарених віконницях. Склопакет зазвичай встановлюється з внутрішньої сторони вікна. Експлуатація таких вікон мало відрізняється від вікон з подвійним склінням, а третього скла практично не видно, однак найбільш ефективною в світловому та теплотехнічному відношенні є конструкція з двокамерним склопакетом.
При утепленні вікон існуючих будівель може бути рекомендована установка склопакета замість внутрішнього скла без заміни віконної рами.
Теплопровідні включення і стики
Теплопровідні включення являють собою ділянки огороджувальних конструкцій будівлі, через які відбуваються тепловтрати з відносно більш високою інтенсивністю, що сприяє підвищеному споживанню енергії і знижує тепловий комфорт. Теплопровідні включення сприяють пошкодженню конструкцій будівлі. У добре ізольованих будівлях негативний ефект теплопровідних включень значно вищий, ніж в будинках з поганою теплоізоляцією.
У кутах зовнішніх стін пониження температури їх поверхні обумовлено тим, що площа цієї поверхні всередині менша ніж ззовні, тому з цих місць буде відбуватися велика втрата тепла, а при недостатній вентиляції існує небезпека конденсації вологи.
У разі, коли який-небудь матеріал зовнішнього огородження примикає до матеріалу, що має інший коефіцієнт теплопередачі, тепло йде переважно через матеріал, що має більший коефіцієнт теплопередачі. Неправильне укладання теплоізоляційного матеріалу, його переущільнення при проведенні робіт, неправильне стикування чи пропуск можуть стати причиною зайвих тепловтрат. Стіна обладнана теплоізоляцією, однак вона не продовжена до початку даху. Таким чином, в кутку примикання стіни до покрівлі утворилися теплопровідні включення.
Теплоізоляція стін будівлі ззовні дозволяє значно зменшити кількість теплопровідних включень.
Стики панелей у збірних будинках часто є причиною додаткових тепловтрат. Іноді вони ширші, ніж це було запроектовано. У старих будівлях стики зашпаровувалися штукатуркою або розчином, в той час як в більш нових будинках використовується матеріал на основі гуми. При додатковій теплоізоляції стін будівлі ззовні тепловтрати через стики можна значно зменшити. При проведенні попереднього огляду будинку та підготовці і проведенні робіт по теплоізоляції на кути та стики панелей необхідно звернути особливу увагу.
Конденсація вологи
У вологих приміщеннях можлива конденсація пари на холодних поверхнях. У звичайному житлі щодня випаровується 10 - 20 літрів води. Джерела випаровування - люди, душ, кухня, кімнатні рослини. При недостатній вентиляції волога конденсується усередині огороджувальних конструкцій або на їхній внутрішній поверхні, якщо ці поверхні мають низьку температуру. При конденсації вологи в теплоізоляційному матеріалі теплоізоляційний ефект буде знижений, оскільки теплопровідність води в 20 разів вища ніж у повітря, і це спричинить зайві тепловтрати. Конденсація вологи в бетоні може спричинити корозію арматури або пошкодження конструкції при заморожуванні.
Проблеми, пов'язані з конденсацією вологи, можуть загостритися не тільки у випадках з погано утепленими стінами, але і при ущільненні вікон, тому що при цьому може збільшитися рівень відносної вологості повітря. У цьому випадку важливо забезпечити вентиляцію. Короткочасне провітрювання з широко відкритими вікнами більш ефективне, ніж тривале з відкритим вікном, оскільки повітрообмін при цьому відбувається без втрати тепла стінами і меблями. Подібні проблеми виникли у головного забудовника міста АТ КХ "Київміськбуд" при будівництві перших утеплених серій, установці нових вікон і т. ін.
Деталі ізоляційних конструкцій
За певних обставин реконструкція будівлі може посилити проблеми, які були колись, а при неправильному укладанні теплоізоляції проблеми можуть і додатися. Зокрема, помітний вплив на споживання енергії будівлею спричиняє виконання окремих деталей конструкції.
Велику роль відіграє не тільки правильна теплоізоляція будівлі, але і герметичність огороджувальної конструкції.
Особливості визначення теплових втрат
Теплові втрати через матеріал огороджень будівлі характеризуються величиною коефіцієнта теплопередачі огородження (К або U value, Вт/м-2·К), яка характеризує тепловий потік, що проходить через один квадратний метр огорожі при різниці температур в один градус, а термічний опір огородження R, м-2К/Вт, є зворотною величиною по відношенню до коефіцієнта теплопередачі К. Чим більше коефіцієнт теплопередачі огородження, тим більше втрати тепла через його поверхню, а високе значення величини термічного опору свідчить про хорошу теплоізоляцію.
Тепловтрати через огородження розраховують помножуючи величину К на площу поверхні огородження і на різницю температур повітря, що знаходиться по різні його сторони. Ця різниця міняється протягом опалювального сезону, тому розрахувати тепловтрати можна тільки для якогось моменту часу, для якого відома температура зовнішнього повітря. Будівельними нормами для кожного географічного пункту визначена так звана розрахункова температура зовнішнього повітря, яку використовують для обчислення максимальної годинної витрати тепла в найхолоднішу пору зими.
Для визначення споживання енергії за весь опалювальний сезон необхідно знати середню за цей сезон температуру зовнішнього повітря і кількість днів, протягом яких необхідно обігрівати приміщення. Якщо перемножити ці дві величини, то отримаємо характеристику клімату місцевості, іменовану кількістю градусо-діб (DD) опалювального періоду.
Чим точніше дані щодо змін температури зовнішнього повітря, тим точніше будуть розрахунки за загальним споживанням енергії.
Можна, однак, отримати приблизну картину, маючи лише дані у кліматичних довідниках про середню за опалювальний сезон температуру зовнішнього повітря. При цьому за базову приймається температура 18° C.
Кількість градусо-діб розраховують тільки для тих періодів року, коли температура зовнішнього повітря нижче 18° C. За місяць (30 днів) з середньою температурою зовнішнього повітря +7° C кількість градусо-діб складе (18 - 7)° C х 30 днів = 330 градусо-діб, а тепловтрати Q одного квадратного метра стіни за місяць становитимуть:
Qмісяць = (DDмісяць х K x 24) / 1000.
При коефіцієнті теплопередачі 1,0 Вт/м-2К це дасть величину теплових втрат з одного квадратного метра стіни за місяць: