Загородный дом: тепло, светло, энергоэффективно
Продолжаем тему загородного домостроения, начатую в прошлом номере. Российские производители строительных материалов, изделий и конструкций рассказывают о современных подходах к достижению энергоэффективности дома и экономии затрат на его обслуживание в будущем.
Давно прошли времена, когда тепло в помещениях достигалось за счет мощных ограждающих конструкций. Сейчас уже не строят кирпичные дома с толстенными стенами в метр, а то и полтора. Технический прогресс позволяет экономить на стеновых материалах без ущерба для комфорта жителей.
Профессиональным строителям хорошо известно, что энергоэффективность стены зависит от ее теплопроводности. Чем этот параметр меньше, тем в доме теплее. Поэтому тепловая защита любого современного здания строится на основе материалов с низкой теплопроводностью, которые так и называются: утеплители или теплоизоляция. Их коэффициент теплопроводности варьируется от 0,029 до 0,072 Вт/(м·°С) в зависимости от химического состава, плотности и условий эксплуатации. У стеновых материалов данная характеристика, можно сказать, на порядок выше. Так, например, коэффициент теплопроводности дерева составляет 0,14–0,41 Вт/(м·°С), газо- и пенобетона — 0,14–0,55 Вт/(м·°С), кирпичной кладки — 0,41–0,87 Вт/(м·°С).
В интернете можно встретить другие значения коэффициентов теплопроводности различных утеплителей, но мы взяли цифры, пожалуй, из наиболее авторитетного источника — главного российского норматива по теплозащите, обновленного в этом году, — СП 50.13330.2024 «СНИП 23.02.2003 Тепловая защита зданий».
Толщина не имеет значения
Для достижения одинакового уровня защиты от холода зимой и жары летом потребуется, допустим, метровая кирпичная стена или современный утеплитель толщиной 10 см. Неудивительно, что сегодня загородные дома, как правило, возводятся с толщиной основного стенового материала в пару-тройку сотен миллиметров, а то и меньше. Кирпичные — толщиной один или полтора кирпича (250 или 380 мм), газобетонные — 200–300 мм, деревянные из бруса — 100–150 мм. Основной стеновой материал служит главным образом в качестве несущей нагрузки, а теплозащитные функции берет на себя утеплитель.
В результате стена представляет собой «слоеный пирог» из несущего (основного) стенового материала, теплоизоляции и отделки (штукатурка, декоративный кирпич, керамическая плитка и т. д.). Толщина утеплителя стен определяется теплотехническим расчетом. В зависимости от климатических условий и выбранного теплоизоляционного материала она может составить от 50 до 200 мм.
— В общей сумме капитальных затрат на строительство загородного дома теплоизоляция занимает малую долю, но при этом вносит самый большой вклад в энергоэффективность и сокращение эксплуатационных расходов в будущем, — уверена Елена Пашкова, директор сбытового подразделения ГК HOTROCK, производителя теплоизоляции из каменных ват и сопутствующих материалов.
Таким образом, для защиты здания от потерь тепла первостепенное значение имеет не толщина несущих стеновых конструкций, а качество теплоизоляционного материала.
Универсальность и многофункциональность
— Правильно смонтированный теплоизоляционный слой снижает потребление энергоресурсов, позволяя значительно экономить на коммунальных услугах, — продолжает Елена Пашкова. — Тем самым обеспечивается оптимальный микроклимат во внутренних помещениях дома, улучшается звукоизоляция, предотвращается разрушение стен, повышается долговечность здания в целом.
Следует отметить, что при этом утепление дома должно быть комплексным.
— Для того чтобы добиться реального сокращения теплопотерь, утеплять каменной ватой нужно не только сами стены, но и все остальные ограждающие конструкции — кровлю и пол над холодным подвалом. Это позволит сократить затраты на отопление до 70%, — утверждает Александр Коршунов, менеджер по развитию DIY-сегмента компании РОКВУЛ.
По его словам, каменная вата решает сразу три задачи: удерживает тепло, обеспечивает шумоизоляцию и защищает от огня. Многофункциональность материала подразумевает его выбор по нескольким критериям.
— При подборе утеплителя помимо очевидного показателя — теплопроводности важно обращать внимание и на другие, не менее значимые характеристики, — отмечает Елена Пашкова. — Например, на стойкость к воздействиям со стороны окружающей среды, долговечность, экологичность. Так, срок службы базальтовой изоляции HOTROCK превышает 50 лет, что исключает необходимость частой замены, а натуральное сырье в составе гарантирует максимальную экологическую безопасность.
Производители минеральной ваты обращают внимание на огнестойкость своей продукции, считая это важным преимуществом.
— Каменная вата повышает не только комфорт в доме, снижая теплопотери, но и безопасность, поскольку относится к негорючим материалам, — комментирует Максим Мешков, руководитель направления по развитию ООО «Русатом Изоплит». — В результате увеличивается долговечность конструкций, продлевается период эффективной эксплуатации до капитального ремонта. А если смотреть в целом, то применение теплоизоляции позволяет снизить выбросы углекислого газа в атмосферу и замедлить темп глобального потепления.
Разнообразие материалов
Помимо каменной ваты, для утепления загородного дома используются такие материалы, как минеральная вата на основе стекловолокна, пенополиуретан, пенополиизоцианурат, вспененный синтетический каучук и различные виды пенополистирола. Последний распространен столь же широко, что и минераловатные утеплители.
Как и минеральная вата, пенополистирол обладает высокими теплозащитными характеристиками. Среди преимуществ материала производители обычно называют возможность изготавливать из него несъемную опалубку для всей «коробки» дома (до трех этажей), которая образует эффективный утепленный контур здания. Кроме того, часто отмечают пластичность пенополистирола, благодаря которой можно создавать широкий спектр декоративных элементов для украшения фасада и интерьера — колонны, пилястры, арки, балясины, потолочные розетки, молдинги, карнизы и многое другое.
К преимуществам пенополистирола относят и экологическую безопасность.
— Про экологичность могу добавить только одно: вся наша продукция изготавливается из пенополистирола, а он, как известно, состоит из 2% сырья и 98% воздуха, — констатирует руководитель департамента маркетинга и рекламы ГК «Мосстрой-31» Михаил Волконский.
Прозрачная энергоэффективность
В загородном доме должно быть зимой тепло, летом прохладно и в любое время года светло. В последние годы отмечается тренд на все большее использование светопрозрачных конструкций из стекла для фасадов. Эта тенденция особенно актуальна в частном домостроении, включая загородное строительство. Следовательно, конструкции из стекла тоже необходимо наделять энергосберегающей функцией.
— Мы выпускаем различные виды стеклопакетов и стеклоизделий, в том числе энергосберегающие, которые работают на сохранение тепла в помещении; солнцезащитные, отражающие избыточное солнечное излучение и обеспечивающие приватность, а также мультифункциональные, которые сочетают обе эти функции, — рассказывает Сергей Доршуков, руководитель группы обучения и оценки RGC, подразделения Российской стекольной компании (РСК). — Благодаря применению дополнительных инновационных материалов эти светопрозрачные конструкции отличаются высокими светотехническими, а также тепло- и звукоизоляционными характеристиками, высоким классом безопасности.
По словам Сергея Доршукова, в РСК сегодня разрабатываются, проходят испытания и производятся сложные наукоемкие стеклоизделия с переменной прозрачностью, обогреваемыми стеклами, ЖК-матрицей и сенсорной панелью и т. д. Все они могут дистанционно управляться и легко интегрироваться в высокотехнологичные экосистемы умного дома.
Демонтаж в условиях промзоны
О технологическом процессе демонтажа в условиях действующих промышленных производств рассказывают представители ГК «АРАСАР».
Демонтаж зданий и конструкций в условиях действующих промышленных предприятий имеет свои особенности. Необходимо учитывать производственный процесс в зоне, где будут проходить демонтажные работы, еще более строго соблюдать все требования по безопасности труда и предотвращению аварийных ситуаций.
По словам представителей ГК «АРАСАР», принято выделять два основных этапа проведения демонтажных работ на промпроизводстве. Первый этап — это разработка и согласование проекта производства работ — основного документа, где прописаны все мероприятия в рамках реализации объекта. Второй этап — собственно само производство работ. Из-за действующего производства проблем масса, но уже на стадии разработки ППР компания старается предусмотреть все возможные сложности в работе и отрегулировать их. Также в «АРАСАР» предусмотрен и третий этап — это рециклинг, если он возможен. В частности, демонтированный железобетон дробится в щебень и пускается во вторичное использование.
Самая распространенная задача в таких проектах, отмечают специалисты, — демонтаж фундаментов на действующих производствах при замене оборудования. Так как работы производятся на действующем производстве, то в первую очередь особое внимание уделяется безопасности персонала, далее важна координация работ с другими подрядчиками и персоналом цехов и тщательная предварительная подготовка. Но на первом месте, подчеркивают в «АРАСАР», — в любом случае безопасность и охрана труда.
Немалый опыт компании в демонтажных работах в условиях действующих производств помогает реализовать новые проекты и дает преимущество, отмечают в «АРАСАР». По словам специалистов, основной эффективный способ демонтажа в условиях промышленных предприятий — это технология алмазной резки. Она позволяет быстро разрезать железобетонные конструкции на легко вывозимые части. Организация алмазную резку применяет уже 25 лет. Кроме того, совсем недавно ГК «АРАСАР» первой в мире применила для промышленного демонтажа металлоконструкций технологию лазерной резки. Это абсолютное ноу-хау в демонтаже.
«Интересных проектов работы в промышленном секторе у нас множество, — говорит основатель ГК ”АРАСАР” Александр Штарев. — Расскажу об одном из последних и точно уникальном даже в мировом масштабе проекте — демонтаже железобетонной конструкции на глубине 20 метров под водой на действующей гидроэлектростанции. При реконструкции одного из секторов водосбросной платины наша компания реализовала чрезвычайно сложный проект. Мало того, что работы велись под водой, так еще период их выполнения частично выпал на зиму, а температура в этом регионе достигала минус 35 ℃. А еще мы специально разработали и произвели для этого проекта оборудование, аналога которому в России не производят. В общем, и инженерный персонал компании, и линейный проявили себя на максимальном профессиональном уровне».
Александр Штарев отметил также проект с применением лазера, который был не на действующем производстве, а как опыт в отрасли первым в мире. «На нашем объекте необходимо было произвести демонтаж всех внутренних конструкций здания цеха, оборудования, фундамента, подсобных помещений, а также очистить фасады от металлоконструкций и трубопроводов. Одна из металлических толстостенных труб диаметром почти два метра располагалась в углублении фасада, шла на всю высоту здания и была в аварийном состоянии. Соответственно, альпинистов использовать было нельзя, экскаваторы — тоже, так как был риск повредить фасад. Тогда мы приняли решение воспользоваться мобильной лазерной установкой, разработанной ГК «Росатом». С расстояния 60 метров мы подрезали трубу у основания и контролируемо уронили ее на наружную сторону здания. Все операции заняли два дня. Проект был успешно и быстро реализован», — подчеркивает основатель ГК «АРАСАР».
Разновидности котельных
Каждая котельная представляет собой здание, предназначенное для выработки теплоносителя. Помещение может быть расположено в основном объекте или вынесено на отдельную территорию. Работа котельных основывается на использовании специализированного оборудования, где в качестве топлива может быть применен твердый, жидкий или газообразный материал. Наличие таких комплексов позволяет поддерживать тепло в отдельных частных домах, целых населенных пунктах или промышленных объектах. Перемещение теплоносителя осуществляется по трубопроводам, расположенным в теплотрассах.
Работа котельных
Каждый населенный пункт или промышленный объект требует отопления. Именно такие функции возлагаются на котельные, которые могут быть разного масштаба. Некоторые из них обслуживают малое количество домов, а другие — большие промышленные предприятия. В качестве теплоносителя может выступать вода или пар, а подогрев осуществляется в установленных котлах, где происходит сжигание различного вида топлива.
Котельная представляет собой сложное инженерное сооружение, которое требует разработки серьезного проекта, соответствующего требуемым нормативам. На основании созданных чертежей, которые предварительно проходят экспертизу в государственных органах, происходит строительство здания и установка запланированного оборудования. Кроме основных агрегатов, к которым относятся котлы, вырабатывающие тепловую энергию, устанавливаются дополнительные приборы. Сюда включаются теплообменники, емкости, насосы, запорная арматура. Доставка нагретой воды осуществляется по трубопроводам. Они прокладываются по теплотрассам и состоят из отдельных участков, соединенных между собой специальными муфтами.
Разновидности котельных
Современные котельные имеют большое количество разновидностей. Различаются они в зависимости от используемого топлива, типа теплоносителя, а также места размещения. При этом основным параметром является расстояние от котельной с установленным оборудованием до отапливаемой территории. Оно должно соответствовать разработанным нормам, поэтому проектировщики всегда ориентируются на существующую документацию. В том случае, когда отапливаемый объект имеет небольшие размеры, котельная занимает часть территории здания. Только при обслуживании крупных промышленных предприятий или больших населенных пунктов строится отдельное сооружение.
Газовые
Использование в качестве топлива газа позволяет существенно увеличить мощность котельных. Кроме того, обеспечивается экономия и отсутствует загрязнение окружающей среды. Принцип работы газового оборудования заключается в следующем:
- На горелку котла из трубы поступает газ, который сгорает в камере и этим нагревает теплоноситель, циркулирующий по теплообменнику оборудования.
- Разогретый до нужной температуры теплоноситель движется в направлении коллектора, от которого отводится ряд отопительных контуров.
- Проходя через ответвления, теплоноситель постепенно охлаждается, нагревая отопительные контуры.
- На последнем этапе охлажденный теплоноситель возвращается в котел с целью последующего нагрева.
На этом этап работы заканчивается и тут же начинается новый цикл. В состав газовых котельных входят следующие виды оборудования:
- Регуляторные установки. Это агрегаты, обеспечивающие в системе постоянное давление газа.
- Газорегуляторные пункты. Оборудование, отвечающее за очистку поступающего газа. При необходимости оно может остановить протекающий процесс в автоматическом порядке.
- Фильтры. Устанавливаются перед запорной арматурой с целью задержания посторонних предметов.
Газ, как топливо, обладает повышенной горючестью, поэтому ко всем котельным установкам предъявляются очень высокие требования.
Жидкотопливные
В качестве жидкого топлива чаще всего используется дизельное горючее. Это очень доступный вариант, поскольку солярку всегда можно купить и удобно хранить. Чаще всего дизельное топливо используется при оборудовании домашних котельных или в случае отопления промышленных объектов.
Также в качестве горючего может быть использовано отработанное масло, которое хорошо работает в котлах. Применяется оно в тех случаях, когда использование по назначению уже становится невозможным. Очень редко в качестве жидкого топлива используются мазут и нефть. Исключение составляют только тепловые электростанции.
Во время монтажа жидкотопливных котельных обязательно следует продумывать хранение горючего. Для его содержания специально устанавливаются недалеко от объекта баки, сделанные из металла, пластика или стекловолокна. Монтаж возможен на земле или в небольшом углублении.
При попадании топлива в камеру котла оно сжигается, что приводит к формированию тепловой энергии. При этом горючая смесь поступает вместе с воздухом, который предварительно проходит очистку. На следующем этапе происходит нагрев теплоносителя, который начинает свою цикличную циркуляцию.
Твердотопливные
Если котельная работает на твердом топливе, то для сжигания используются древесные щепы, уголь или специальные гранулы. Во время их сгорания энергия преобразуется в тепло, подогревающее воду или пар. Работа такого оборудования имеет КПД, составляющее порядка 90%, что немного ниже, чем при использовании солярки или газа. При этом цена на твердое топливо полностью компенсирует такой недостаток. Установленная система имеет несложную конфигурацию, в которой отсутствуют многие дорогостоящие компоненты. Здесь нет баков-накопителей и топливных насосов.
Мощность котельной, работающей на твердом топливе, обычно составляет интервал 100 кВт-20 МВт. Подача горючего происходит в ручном или полуавтоматическом режиме. В зависимости от размера загрузочной камеры, повышается или понижается выработка котлом тепла в единицу времени.
В качестве оборудования используются котлы КВМ. Поступающее топливо здесь равномерно распределяется по колосниковому полотну. Образующийся шлак и зола через некоторое время удаляются вручную, путем поворота колосника, установленного на оси. Обычно такого типа котельные создаются в организациях с небольшим бюджетом, которые не могут себе позволить приобретать дорогостоящее оборудование.
Паровые
В специальных установках происходит формирование из воды пара, который поступает в циркуляционную систему. Работают такое оборудование на разных видах топлива. В котлах может формироваться два вида пара:
- Насыщенный. Чаще всего используется в бытовых и коммунальных службах.
- Перегретый. Применяется на объектах промышленного масштаба.
При этом в оборудовании может присутствовать давление следующей силы:
- Низкое. Составляет порядка 1 атм.
- Высокое. Находится в интервале от 1 до 10 атм.
- Сверхвысокое. Оно равняется 18-20 атм.
Котел выглядит в виде сосуда, где происходит процесс превращения воды в пар. Внутри проложена система труб, имеющая широкий диапазон размеров. В состав котельной установки кроме основного оборудования входят дополнительные агрегаты:
- Пароперегреватель. Устройство нагревает воду свыше 100°. В результате формируется пар, температура которого составляет 500°. Иногда такие агрегаты встраиваются в общую установку или могут располагаться отдельно.
- Паровой сепаратор. Здесь из пара удаляется вся оставшаяся жидкость с целью максимального обезвоживания. В результате эффективность котла существенно повышается.
- Аккумулятор. Его наличие стабилизирует работу оборудования. Сначала им поглощается выработанный избыточный пар и по мере необходимости обратно возвращается в систему.
- Водоочиститель. Присутствие такого прибора уменьшает наличие в воде различных примесей, что снижает со временем в котле количество накипи.
Кроме того, в состав оборудования входят клапаны, воздухонагреватели, блоки управления системой и регуляторы использования энергоресурсов.
Водогрейные
В водогрейной котельной используется оборудование специальной конструкции. Здесь устанавливаются котлы, в которых ведется подогрев жидкости до температуры 95°. Временами этот показатель увеличивается и превышает 115°, но за счет высокого давления закипания жидкости не происходит, и это исключает ее превращение в пар.
Водогрейные котельные разделяются на два типа:
- Водотрубные. Теплоноситель движется трубкам, которые располагаются внутри котла, а нагревается он в результате сгорания топливной смеси.
- Жаротрубные. В этом случае по установленным трубкам передвигаются уже продукты сгорания горючего, а теплоноситель располагается снаружи и нагревается от соприкосновения с металлом.
В качестве исходного топлива может быть использован газ, уголь, топливные гранулы, мазут и солярка.
Водогрейные котлы имеют высокий коэффициент полезного действия. Этот показатель достигается в результате небольшого количества теплопотерь. Такие виды котельных разрабатываются 3 типов:
- Для отопления населенных пунктов. Размер котельных зависит от площади отапливаемой территории.
- Для отопления крупных промышленных комплексов. Это крупные системы, способные обеспечить обогрев масштабных производственных предприятий.
- На теплоэлектростанциях. Такие системы вырабатывают горячий пар, необходимый для функционирования электрогенераторов.
Коэффициент полезного действия водогрейных котельных может достигать 93%.
Комбинированные
Котельные такого типа способны вырабатывать разные виды теплоносителей, к которым относятся вода или пар. При этом работают они на двух видах топлива. Один тип у них считается основным, а второй — резервным. Именно поэтому такие котельные получили название комбинированные. Чаще всего для работы используется дизельное горючее и газ.
Комбинированные котельные чаще всего используются для отопления ответственных промышленных объектов. Связано это с тем, что в случае перебоев с поставками основного горючего всегда можно перейти на резервный вариант. В результате у производственного предприятия исключаются возможные экономические потери.
Обычно в качестве основного топлива используется газ потому, что он является наиболее экологически чистым горючим. Дизельное топливо удобно применять как запасной вариант ввиду его доступности. Использование твердого топлива на комбинированных котельных наблюдается редко. Иногда такое происходит на начальном этапе с перспективой дальнейшего перехода на газ.
На диатермическом масле
Иногда в качестве теплоносителя используется диатермическое масло, обладающее особыми физическими характеристиками. Преимущества такого материала заключаются в следующем:
- Высокая плотность. Этот параметр значительно превышает показатель воды.
- Длительное время удерживает тепло и очень медленно охлаждается.
- Теплоноситель способен разогреваться до температуры 300-360°.
- На поверхности металла от диатермического масла не остается накипи.
При использовании термомасла следует постоянно следить за его качеством и регулярно проводить замену. Кроме того, требуется постоянно наблюдать за состоянием трубопровода из-за повышенного его нагрева. С этой целью сюда ставятся бесшовные трубы, изготовленные из стали Ст. 20. Данный материал является пороговым, который подвергается цементации на глубину 1-1,5 мм.
Повышенные требования предъявляются к запорной арматуре, разработанной с учетом ее возможности выдерживать большие температуры. Во всех установленных клапанах присутствуют пневматические приводы регулирования. Проектирование котельных такого типа совершается не только по классическим нормам, но и с учетом особенностей характеристик теплоносителя.
Особенности блочно-модульных котельных
Блочно-модульные котельные относятся к зданиям облегченной категории. Фактически это передвижные помещения, полностью готовые для работы. Изготавливаются они из легких панелей, скрепленных между собой уголками разного размера. Конструкции обладают универсальностью и легкостью.
Такие системы не имеют больших затрат на обслуживание. Они часто оснащены блоком управления, который выполняет следующие функции:
- осуществляет непрерывный контроль над работой приборов;
- ведет управление всеми котлами;
- проводит подключение в случае необходимости резервных контуров;
- отключает подачу газа при возникновении аварийной ситуации.
Блочно-модульные котельные представляют собой конструкции, состоящие из отдельных составляющих. После изготовления они могут по отдельности транспортироваться в предназначенное место различными видами транспорта, что представляет большое удобство. Затем они составляются, образуя единое целое.
Встроенные котельные
Если в здании имеется свободное пространство, то сюда можно устанавливать встроенные котельные. Обычно это делается в тех случаях, когда отсутствует возможность подключения к централизованному отоплению. Для такой цели подойдет территория любого этажа, где есть возможность установить оборудование. При расчете обязательно следует в качестве исходных данных закладывать нужную мощность котельной, чтобы она обеспечивала подачу тепла на все помещение.
Однако для встроенных котельных существует ряд ограничений. Их не допускается устанавливать на следующих территориях:
- В школьных заведениях, учебных учреждения и многоквартирных домах.
- В оздоровительных организациях.
- В различных общественных и административных зданиях. Также нельзя устанавливать такие котельные на смежных с ними территориях. Однако это невозможно только в том случае, когда на них проживает более 50 человек.
Во время установки оборудования следует придерживаться следующих условий:
- Водонагревательные котлы должны иметь ограничение по нагреву 115°.
- Паровые установки — создавать давление не выше 70 КПа.
- Предел мощности для котлов, работающих на жидком или газообразном топливе, должен быть не больше 3 МВт.
- Если оборудование работает на твердом топливе, то предел его мощности должен составляет 1,5 МВт.
Данные положения для встроенных котельных являются обязательными.
Крышные конструкции
Более подробно о них мы рассказывали здесь. Обычно крышные котельные оборудуются в специально отведенном месте помещения. Это может быть не только крыша, а и подвал. Их задача состоит в выработке необходимого количества тепла, чтобы они полностью обслужили территорию. Это может быть промышленное предприятие или большой жилой район.
Для обустройства крышных котельных выдерживайте следующие требования:
- полное соблюдение всех норм пожарной безопасности;
- вывод газовых отходов исключительно через крышу;
- дверные приемы оборудованы так, чтобы через них свободно могло пройти любого размера оборудование;
- в каждом из агрегатов наличие всех датчиков и регуляторов, которые предусмотрены на основании технологической схемы.
Для такого вида котельных устанавливается оборудование повышенной мощности, которое может вырабатывать большое количество нагретой воды и пара. Примером являются котлы Clever L, о которых хорошо рассказано здесь.
Итого, каждая котельная представляет собой помещение, состоящее из целого технического комплекса. Основной фигурой в нем является котел. Также здесь присутствует дополнительное оборудование и трубопроводы. Чтобы вся система работала надежно, требуется поддерживать ее в надлежащем техническом состоянии.