Энергосбережение и современная практика строительства

А. Белобородов

Ситуация с энергосбережением в нашей стране носит противоречивый характер. С одной стороны, принимаются различные программы*, а с другой — не отрегулированы основные вопросы, прямо или косвенно касающиеся энергосбережения. Особенно парадоксальная ситуация сложилась в строительстве. При самых жёстких отраслевых нормах и правилах по энергоэффективности сооружаются объекты, непродуманные конструкции которых впоследствии приводят к повышенному потреблению энергии при их эксплуатации.

В настоящее время многие владельцы стремятся снизить свои затраты на содержание квартир и домов за счёт уменьшения потребления электрической и тепловой энергий — они устанавливают счётчики расхода воды, газа, стеклопакеты, экономичные лампы и т.п. Но зачастую все эти мероприятия проводятся в домах, которые словно нарочно построены так, чтобы расходовать как можно больше энергии.

Практика строительства «энергозатратных» зданий особенно широко распространилась за последние годы, когда в погоне за творческим самовыражением архитекторы отодвигают задачи энергосбережения на последний план, решая их формально или за счёт удорожания строительства и увеличения эксплуатационных расходов. При этом власти и общество спокойно смотрят на такое отношение архитекторов к энергосбережению, хотя последствия их подхода будут многие десятилетия отрицательно сказываться на энергетических показателях зданий, приводить к повышенному потреблению ресурсов, плохо влиять на экологию региона.

Форма зданий

В нашем климате на отопление уходит больше всего энергии, расходуемой в жилом секторе. Поэтому следует обращать особое внимание на способность зданий сохранять тепло, которая зависит от очень многих факторов.

Прежде всего, количество энергии, необходимое для поддержания комфортных условий внутри здания, во многом зависит от его формы. Чем больше площадь наружной поверхности дома, тем больше тепловой энергии уходит из него**. Поэтому, с целью сбережения энергии, надо стремиться к тому, чтобы площадь наружных поверхностей зданий была как можно меньше при сохранении заданного количества и размеров внутренних помещений. Этому условию отвечают здания, имеющие форму параллелепипеда***.

Данное требование особенно важно соблюдать в условиях Сибири, где разница температур внутри и снаружи здания может достигать нескольких десятков градусов. Тепловые потери в нашем климате и так велики, а большая площадь поверхности зданий только неоправданно увеличивает их.

Между тем, всё делается с точностью наоборот. Подавляющее большинство новых домов в Иркутске имеет явно завышенные площади наружных поверхностей из-за сложных конструкций — различных сочетаний геометрических форм, множества выступов, арок, лоджий, башенок и т.п. Фактически, большинство комнат в этих домах имеют две и более наружных стены, т.е. являются «угловыми». А из практики хорошо известно, что в таких комнатах гораздо холоднее, чем в помещениях с одной наружной стеной. Для повышения температуры воздуха в угловых комнатах приходится использовать дополнительные отопительные приборы, что приводит к повышенному расходу энергии на обогрев.

При этом архитекторы утверждают, что потери тепла в новых зданиях снижаются за счёт применения утеплителей. Получается, что сначала искусственно, за счёт формы здания, потери тепла увеличивают, а затем за счёт утеплителей их снижают. А ведь на производство, доставку и монтаж утеплителей тратится значительное количество энергии. Выходит, что сначала «калечим», а затем «лечим» дорогим лекарством. (К тому же случается, что либо утеплитель некачественный используют, либо технологии нарушаются, и поддерживать приемлемую температуру воздуха приходится опять же за счёт более интенсивного отопления.)

Стремление к строительству зданий со сложными («навороченными») формами архитекторы объясняют желанием украсить город. Хотя, если обратиться к мировому опыту, существует много красивых зданий, основной формой которых является параллелепипед. А внешняя красота этих домов достигается за счёт малых декоративных форм — украшений, лепнины, резьбы. Есть такие дома и в Иркутске. Получается, что при желании можно строить красивые здания с высокими энергосберегающими показателями и в нашем климате.

Вентиляция

Есть такой термин, как «синдром больных зданий» (СБЗ). Проявляется он в том, что у людей, проводящих длительное время в таких зданиях, начинаются проблемы со здоровьем. В первую очередь страдает система дыхания, психика (учащаются раздражительность, плохое настроение, бессонница), появляется так называемая бытовая аллергия на многие вещества, обостряются хронические заболевания. Причиной СБЗ является плохой внутренний климат зданий, в первую очередь, загрязнение воздуха****.

В последнее время в помещениях растёт количество источников химического загрязнения. Это искусственные материалы, применяемые при отделке помещений и мебели, синтетические моющие вещества. Прибавьте к этому электробытовые приборы, число, мощность и время работы которых постоянно увеличивается.

К повышенному загрязнению воздуха также приводит использование газовых плит — при сгорании газа в помещении уменьшается содержание кислорода и повышается содержание вредных веществ. (В Иркутской области эта проблема, возможно, скоро станет актуальной для многих, так как в регионе намечается широкая газификация населённых пунктов в связи с освоением крупных месторождений газа.)

При этом столь необходимый воздухообмен всё более и более затрудняется из-за растущей герметизации зданий. Многие современные материалы, применяемые при отделке помещений, плохо пропускают воздух, препятствуя тем самым поступлению наружного воздуха через стены. Раньше минимальный воздухообмен происходил через щели в старых деревянных окнах и дверях. Сегодня прохождению воздуха сильно препятствуют различные уплотнители, совсем его не пропускают современные оконные стеклопакеты и двери. Эти конструкции получили в последнее время большое распространение из-за ряда своих преимуществ: они спасают от шума и пыли, у них отличные теплоизолирующие и эстетические характеристики, большой срок службы, и при этом они требуют минимум ухода. Однако после их установки дом становится воздухонепронецаемым.

Поэтому в настоящее время в зданиях необходимо применять производительные системы вентиляции, способные эффективно заменять воздух в помещениях, — без теплопотерь при отводе использованного воздуха и без дополнительного энергопотребления для нагрева свежего. В наших условиях, когда разница температур в помещении и на улице достигает десятков градусов, необходима теплообменная (рекуперативная) система вентиляции, способная изменять температуру приточного воздуха за счёт отводимого. Применение таких систем позволяет сводить потери энергии до минимума.

Рекуперативная система вентиляции является довольно сложным и объёмным техническим устройством. Поэтому следует предусматривать установку такой системы уже при проектировании здания.

Освещение

С целью экономии энергии следует максимально использовать естественное освещение.

Соотношение естественного и искусственного освещений, применяемых в помещениях, зависит от конструкций зданий и их расположения. Обилие затеняющих выступов, замкнутые дворы-колодцы, малое расстояние между домами и блок-секциями, остекление балконов и лоджий являются причинами значительного снижения естественной освещённости помещений. Поэтому жильцам таких домов приходится включать осветительные приборы на большее время, чем владельцам квартир, чьи окна не затенены архитектурными «излишествами». К тому же, многие люди не любят, когда их окна выходят на соседний, близкорасположенный дом. Стремясь сохранить тайну личной жизни, они занавешивают окна плотными шторами или жалюзи. Естественно, что в таких случаях им приходится включать лампы даже в светлое время суток.

Мода на светильники, встроенные в потолки, также ведёт к повышенным расходам на освещение. Дело в том, что человеку «светло» только тогда, когда поверхность над ним (потолок, небо) освещена. Если же верх тёмен, то и всё окружающее пространство кажется слабоосвещённым. Поэтому в помещениях со встроенными светильниками приходится увеличивать количество и мощность ламп, чтобы хоть частично компенсировать ощущение «темноты». Практически все новые офисные здания и перестроенные под офисы помещения в старых домах комплектуются именно встроенными светильниками, следствием чего является неоправданный перерасход электроэнергии на освещение.

Уборка помещений

Экономить энергию можно даже при уборке помещений, если применять для этой цели встроенные пылесосы. Они выпускаются за рубежом, многие у нас даже не слышали об этих устройствах. Между тем, существуют модели как для офисов, так и для небольших помещений (квартир).

Особенностью этих устройств является то, что воздух, засасываемый пылесосом, возвращается не в комнату, а выбрасывается на улицу через специальные воздуховоды, проходящие через наружные стены зданий (или оконные/дверные проёмы). Так как воздух удаляется на улицу, то этим пылесосам не нужна сложная многоступенчатая система фильтрации, способная очищать воздух от микрочастиц, — в них можно устанавливать только простые фильтры грубой очистки и таким образом снизить потребление энергии. Ведь именно для преодоления воздушного сопротивления, создаваемого фильтрами, и требуется много энергии — до 80% мощности обычных пылесосов расходуется на это. (В традиционных пылесосах устанавливается до пяти ступеней фильтрации, на каждой из которых происходят потери энергии.)

Кроме того, традиционный пылесос, собирая крупную пыль, увеличивает содержание мелкой. Поднятая потоком отработанного воздуха, такая пыль в силу своей лёгкости висит часами в воздухе, которым мы дышим. Сильнее всех от этого страдают маленькие дети, потому что они находятся в той зоне, где больше всего пыли — на высоте до 90 см от пола. (10% детей в мире болеют астмой, вызванной домашней пылью.)

Встроенные пылесосы в наших условиях нельзя применять без проведения комплексных исследований, которые должны показать, будет ли достигнут общий энергосберегающий эффект в течение года при их применении. Дело в том, что этот пылесос удаляет из помещений воздух комнатной температуры. А поступающий взамен с улицы воздух в холодное и жаркое времена года необходимо нагревать или охлаждать, т.е. тратить на эти операции энергию. Также необходимо приспособить существующие зарубежные конструкции к нашим условиям и разработать технологию применения встроенных пылесосов в различные времена года с целью снижения суммарного энергопотребления.

Устанавливать встроенные пылесосы лучше всего во время строительства или ремонта зданий, т.к. воздуховоды должны выходить из помещения на улицу. А для этого необходимо или проделывать отверстия в стене, или монтировать их в дверных (оконных) проёмах.

Водоснабжение

В настоящее время многие жители устанавливают в своих квартирах счётчики холодной и горячей воды. Это позволяет им существенно снизить оплату за эти виды услуг, т.к. нормы водопотребления значительно превышают фактический расход воды. Разница в оплате по нормам и по показаниям счётчиков и даёт экономию финансов. Однако потребление воды остаётся почти тем же самым, так как реальных технических и организационных мер, направленных на её экономию, мы в быту пока ещё применяем мало.

Между тем, в тех странах, где установлены достаточно высокие тарифы за водопользование или где вода является большим дефицитом, существуют достаточно простые технические решения, позволяющие реально экономить воду. Например, там дважды используют одну и ту же воду. Первый раз — для приготовления пищи, мытья посуды, умывания, принятия душа, ванны. Второй раз — для уборки дома, использования в унитазе, полива растений, мытья придомовой территории и машин.

В нашем регионе дважды использовать воду могут как владельцы индивидуальных усадьб, так и жители многоквартирных домов. Но для этого надо создавать специальную вторичную систему водоснабжения. А это требует уже частичного изменения в конструкциях кухонь, ванн, туалетов и других помещений, где используется вода.

Зимние холодильники

Современные дома потеряли одно замечательное и практичное устройство — «зимний холодильник». В советские времена в кирпичных зданиях на кухне под окном прямо в стене делалась ниша, предназначенная для охлаждения и заморозки продуктов при низких температурах на улице. В эту нишу через отверстие в стене проникает холодный воздух с улицы. Регулировка температуры внутри зимнего холодильника происходит за счёт изменения площади отверстия. В наших климатических условиях пользоваться зимним холодильником можно почти круглый год. (Даже летом по ночам на улице бывает довольно прохладно, чтобы в это время можно было хранить продукты, требующие лишь охлаждения.) Получается, что советские архитекторы нашли простой способ пользоваться «дармовой» энергией холода.

В панельных домах зимние холодильники уже не делались. В кирпичных новостройках их тоже нет. Хотя сегодня саму эту идею можно развить и реализовать на более высоком техническом уровне — за счёт применения электронной и регулировочной аппаратуры. Если в зимний холодильник встроить компрессор и радиаторы, которые применяются в обычных холодильниках, то такое устройство сможет выполнять свои функции круглый год. При такой компоновке компрессор будет включаться только тогда, когда температура на улице превысит ту, которую необходимо поддерживать в камерах холодильника. Это означает, что в регионах с длительными холодными периодами года компрессоры таких холодильников практически не будут включаться зимой. В результате, такой гибрид, совмещающий в себе элементы обычного и зимнего холодильников, будет потреблять значительно меньше энергии.

Гибридные холодильники можно применять не только в жилых помещениях, но и в магазинах, киосках, на пищевых предприятиях, т.е. там, где на охлаждение продуктов тратится много энергии.

Создавать гибридные холодильники просто необходимо. Это не только позволит экономить энергию, но и поможет реабилитировать российскую науку и технику. Ведь обычные холодильники изначально разрабатывались для регионов с жарким климатом. А в нашей стране просто тупо копируют то, что создавалось для других условий. В самом деле, зимой ситуация с холодильниками в России выглядит довольно глупо: сначала тратится энергия на обогрев здания, находящегося в окружении холодного воздуха, затем расходуется энергия на охлаждение продуктов в холодильнике, расположенного в нагретом помещении.

По логике вещей, проще было бы «взять» воздух низкой температуры с улицы и доставить его в холодильник. При этом экономия энергии была бы очень большой, так как на транспортировку воздуха с улицы в холодильник требуется гораздо меньше энергии, чем на его охлаждение. Компрессор среднего по мощности холодильника потребляет примерно 1 кВт-ч в сутки. А на доставку воздуха с улицы затрат энергии или вообще не требуется (как в советских «зимних холодильниках», куда он поступает «самотёком» через отверстие в стене), или потребление энергии может быть минимальным (как в гибридных моделях, где из-за их более сложной конструкции, возможно, потребуются вентиляторы, но их мощность заведомо будет во много раз меньше, чем у компрессоров).

Для того чтобы гибридные холодильники стали реальностью, их надо не только сконструировать и начать производить, ещё необходимо в проектируемых зданиях предусмотреть место и отверстия на улицу для них. То есть эта задача и для конструкторов холодильных установок, и для архитекторов со строителями.

Заключение

Архитекторы определяют конструкции и расположение зданий, наличие основных деталей во внутренних помещениях. Именно от качества их решений, закладываемых при проектировании, зависит, сколько энергии потребуется для создания комфортных условий в помещениях. (Трудно что-либо исправить после окончания строительства. Особенно это касается формы зданий. Также проблематично изменять системы вентиляции и водоснабжения, устанавливать встроенные пылесосы, встраивать зимние холодильники.) К сожалению, на эту сторону работы архитекторов обращают очень мало внимания. Хотя в Сибири именно энергосберегающие качества зданий должны стоять на первом месте.

Крупномасштабное энергосбережение в жилищной сфере начнётся только тогда, когда изменится сам подход к проектированию зданий. Для этого сооружения надо рассматривать как энергетические объекты, имеющие свои каналы поступления и расходования энергии. И энергоэффективность здания надо рассматривать комплексно, с учётом всех составляющих энергетического баланса.