Технико-экономическое обоснование применения термопрофиля ЛСТК, как энергоэффективного конструктивно-технологического решения

Технико-экономическое обоснование применения термопрофиля ЛСТК, как энергоэффективного конструктивно-технологического решения

Изучены основные энергетические проблемы украинских городов на примере г. Одесса. Рассмотрены особенности и преимущества инновационного подхода к строительству. На основе необходимости снижения энергозатрат жилыми домами украинских городов предложено внедрение строительства «пассивных домов», как наиболее энергоэффективных из существующих. На основе климатических условий и природных ресурсов местности предложен наиболее подходящий вариант строительства малоэтажных зданий.

Ключевые слова: энергоэффективность, энергосбережение, «пассивный дом», строительство, ЛСТК.

В последние годы при анализе положения нашей страны на макроэкономическом уровне все шире применяются специфические термины «энергетическая безопасность» и «эффективность энергопользования», охватывающие весь комплекс вопросов, связанных с надежностью энергообеспечения, социально-экономического развития государства на данный момент и перспективу [1, с. 74].

Проблема энергосбережения на рубеже тысячелетий превратилась в одну из важнейших общечеловеческих проблем. Рациональное и экономное использование природных ресурсов, сокращение вредных выбросов в атмосферу и эффективное использование электрической и тепловой энергии приобретают исключительно важное значение в современном обществе.

Украина удовлетворяет свои потребности в природных энергоресурсах за счет собственной их добычи приблизительно на 45%. В большинстве стран мира уровень энергетической самообеспеченности такой же или даже более низкий. Проблема заключается в другом — недопустимо низкой эффективности использования топливно-энергетических ресурсов (ТЭР).

Необходимость повышения уровня энергетической безопасности является одной из главных задач нашего государства на современном этапе ее социально-экономического развития.

Политика энергосбережения в Европе практически реализуется в принятой Европарламентом и Советом ЕС в 2002 г. директиве 2002/91/ЕС «Energy Performance of Building» (EPBD). В соответствии с Директивой, существенно ужесточаются требования к экономии энергии в зданиях.

Директива EPBD предусматривает принятие странами-членами ЕС общих решений, включающих: единую методику расчета эффективности здания с точки зрения энергопотребления; минимальные нормы потребления энергии для всех новых и реконструируемых старых крупных зданий; систему сертификации зданий, регламентирующую количество потребляемой энергии и, соответственно, энергоэффективность здания [2].

Структура потребления топливно-энергетических ресурсов в Европе представлена на диаграмме рис. 1. Из диаграммы видно, что около 40% ТЭР потребляется в строительстве, поэтому эта отрасль экономики имеет самый большой потенциал в плане реализации программ энергосбережения.

Компанией Сен-Гобен 1БОУЕК разработана новая концепция энергоэффективного дома с нормой годового энергопотребления 15 кВт-ч/ (м² — год) [3]. Реализация проекта обеспечивает одновременно повышение комфортности условий проживания и экономию энергетических ресурсов. На основе данной концепции уже построен и строится целый ряд зданий в Германии, Дании и других странах.

Концепция была разработана на основе результатов экспериментальных исследований эксплуатируемых зданий и методов математического моделирования процессов теплопередачи с использованием методов ИК-термографии при обследовании конструкций. В соответствии с разработанной концепцией при проектировании энергоэффективного здания соблюдаются несколько основополагающих архитектурных и строительных принципов. строительство одесса энергетический В плане повышения энергоэффективности:

• — оптимизация архитектурных форм здания с учетом возможного воздействия ветра;
• — оптимальное расположение здания относительно солнца, обеспечивающее возможность максимального использования солнечной радиации;
• — увеличение термического сопротивления ограждающих конструкций здания (наружных стен, покрытий, перекрытий над неотапливаемыми подвалами) до технически возможного максимального уровня;
• — сведение к минимуму количества и тепловой проводимости, имеющихся в конструкции тепловых мостов;
• — обеспечение необходимой воздухоплотности конструкции здания относительно притока наружного воздуха;
• — повышение до максимального технически возможного уровня термического сопротивления светопрозрачных ограждающих конструкций;
• — создание системы вентиляции для подачи свежего воздуха, удаления отработанного воздуха, распределения тепла в помещении и организация регенерации тепла вентиляционного воздуха.

Сочетание указанных выше факторов обеспечивает минимальное энергопотребление здания, при этом определяющими факторами повышения энергоэффективности здания являются увеличение термического сопротивления его конструктивных элементов и сокращение количества тепловых мостов. Выделение нерешенных ранее частей общей проблемы. Оценивая возможность применения предложенной концепции в Украине, необходимо отметить следующее. Обозначенный уровень энергопотребления — 15 кВт-чДм² *год) — в Европе реализуется в регионах с количеством ГСОП, равным 3 400. В Украине к таким регионам относятся районы, находящиеся во II климатической зоне: г. Одесса (2 891), Николаев (3 056), Черновцы (3 460), Херсон (3 097) и др. В более северных районах энергопотребление таких зданий будет существенно выше. Технико-экономическая эффективность этих зданий в современных условиях определяется сравнительной стоимостью материалов и ТЭР, которые имеют конъюнктурный и меняющийся во времени, преимущественно в сторону увеличения стоимости ТЭР, характер. Технически эта концепция может быть реализована, однако, это потребует применения дорогостоящих строительных конструкций, например, двухкамерных стеклопакетов с криптоновым заполнением. Срок окупаемости такого здания в Украине будет очень большим, что и будет определять возможность его реализации в нынешних экономических условиях. Таким образом, для Украины эта концепция на сегодняшний день не является экономически оптимальной. Это — дома будущего. Вместе с тем, уже сегодня в отечественной практике может быть использована значительная доля из предлагаемых в этом проекте технических решений, направленных на повышение энергоэффективности зданий, например, путем использования легких стальных тонкостенных конструкций (термопрофилей).

За последние 8−10 лет сформировалась новая отрасль в строительной индустрии — производство гнутых профилей из оцинкованной стали. Учитывая актуальность развития этого направления, в Украине создан Украинский центр стального строительства (УЦСС), объединяющий более 10 компаний, работающих на рынке металлоконструкций.

В частном строительстве наиболее часто, конструкции из оцинкованных гнутых профилей, применяются в сейсмических районах, при строительстве коттеджей, при реконструкции зданий: надстройке мансардных этажей, создании вентилируемых фасадов и замене плоских рулонных кровель на скатные кровли.

Применение этих констркций вместо традиционных — из железобетона, кирпича, дерева или стального проката — дает значительный экономический эффект в вышеприведенной области строительства благодаря снижению нагрузок от собственного веса и сейсмических нагрузок, уменьшению транспортных расходов и затрат на монтаже, сокращению сроков строительства без применения строительных машин.

Конструкции наружных стен позволяют применять разнообразные фасадные решения. В процессе эксплуатации здания возможна быстрая замена наружной облицовки, что изменяет архитектурный облик здания. Каркас одноэтажного дома без внутренних опор с пролетом до 15 м дает возможность варьировать объемнопланировочные решения.

Строительство с применением ЛСТК является разновидностью «сухого способа строительства». Все процессы на строительной площадке — сборочные, все соединения выполняют с помощью самонарезающих винтов в соответствии с детально разработанными чертежами и инструкциями. Новая технология предполагает всесезонное строительство в любых климатических условиях, т. е. дает возможность монтировать конструкции и в зимний период.

Проанализировав рынок строительных технологий, которые наиболее востребованы на территории Украины и СНГ для строительства каркасных и бескаркасных конструкций, было отдано предпочтение восьми основным материалам: бетон, керамзитобетон, силикатный кирпич, пенобетон, газобетон, брус, деревянный каркас, ЛСТК.

На основе анализа были построены диаграммы (рис. 3−8) технико-экономического сравнения конструктивно-технологических решений малоэтажного строительства, на примере проекта жилого одноэтажного дома (рис. 2) размерами в осях 11,3×10,3 м и высотой 3,9 м.

Как показано на диаграмме зависимости стоимости материала на весь объем строительства от вида материалов конструкции рис. 3, что стоимость материала ЛСТК наименьшая. По сравнению с самым дорогим материалом — силикатный кирпич в 13,1 раз дешевле.

По сравнению показателя теплопроводности, как показано на диаграмме рис. 4 видно, что ЛСТК обладает наименьшим коэффициентом теплопроводности 0,045 Вт/(м-°С), а наибольшим показателем — бетон 1,51 Вт/(м-°С), что в 33,6 раз больше чем у ЛСТК.

Как показывают результаты теплотехнического расчета для г. Одессы толщина наружных ограждающих конструкций для удовлетворения требований энергосбережения, которые обеспечивают нормативные параметры микроклимата в помещении, из ЛСТК равна 0,15 м, а для стен из газобетона 0,72 м, а для стен из силикатного кирпича 2,5 м Диаграмма рис. 6 показывает, что наибольшей морозостойкостью обладает бетон, а керамзитобетон и ЛСТК показывают показатели морозостойкости всего на 10 циклов меньше.

По диаграмме рис. 7 видно, что показатель ЛСТК демонстрирует уровень шумоизоляции в 60 дБА, незначительно уступая при этом только деревянному каркасу и конструктивному решению из бруса.

Из диаграммы рис. 8 видно, что наименьшая средняя продолжительность строительства (3 месяца) проектируемого одноэтажного жилого соответствует конструктивному решению с использованием ЛСТК или деревянного каркаса.

Выводы

В исследовании были выделены основные факторы, влияющие на выбор конструктивно-технологических решений при проектировании малоэтажных зданий, с учетом энергоэффективности.

В целом, можно сделать вывод, что большая часть исследованных технико-экономических показателей конструктивно-технологического решения из ЛСТК показывает наилучшие показатели. Что в свою очередь позволяет расширяет диапазон конструктивно-технологических решений в малоэтажном строительстве.

При этом следует отметить, что не смотря на большой ряд преимуществ ЛСТК, конструкция из ЛСТК, имеет свои недостатки:

• — необходимость проектирования вентиляции;
• — обязательная установка ветрозащиты и паронепроницаемого барьера;
• — антикоррозийная обработка металла;
• — потребность высокого уровня квалификации рабочих.

• 1. Воропай Н. И. Энергетическая безопасность — надежность систем энергетики — надежность энергоснабжения: соотношение понятий и аспектов исследования [текст] / Н. И. Воропай, Л. Д. Криворуцкий, Н. И. Пяткова // Мет. Вопросы исследования надежности больших систем энергетики — Мурманск, 1996. Вып. 48 — С. 74−80.
• 2. Воронин А. В. Опыт стран Евросоюза в области технического нормирования тепловой защиты зданий и сооружений // Технологии строительства. 2007. № 4.
• 3. Jean-Baptiste Rieunier. «Low energy houses in Europe multi-comfort house concept»: Сб. докл. Международной научно-практической конференции «Эффективные теплои звукоизоляционные материалы в современном строительстве и ЖКХ».
• 4. http://www.sconstruct.ru/company/feasibility-study-of-low-rise-lstk/
• 5. http://www.homerule.com.ua/menus/view/179/
• 6. Буравченко С. «Пасивні» будинки — енергоефективне житло майбутнього [Текст] / С. Буравченко, Ф. Ламмаєр.