Brochure

Видавець:

Пілотний проект: Енергоефективна Забудова Німецьке товариство технічного співробітництва(GTZ) спільно з Міністерством регіонального розвитку та будівництва України та Міністерством охорони навколишнього природного середовища України за сприяння Федерального міністерства довкілля,

охорони природи і безпеки ядерних реакторів Німеччини (BMU)

Бюро проекту:

вул. Хрещатик, 15, оф. 71 01001 Київ, Україна

T +380 44 278 66 41 Ф +380 44 278 66 31 I www.eepp.org.ua

Відповідальний редактор: д-р Роберт Гімлер

Редакційна колегія: д-р Бербель Швайгер Фрідріх Хонерляйн д-р Роберт Гіммлер Геннадій Бінюк

Фотографії:

Пілотний проект: Енергоефективна Забудова

Переклад з німецької та редагування: Олег Блащук Тетяна Пилипчук Геннадій Бінюк Ірина Пасічник

Дизайн та макетування: Андреас Грунер д-р Бербель Швайгер Тетяна Пилипчук

Друк:

ФОП Марголіна Е.П.

Київ 2010

1 ВСТУП

Цейпосібникрозрахованийнаукраїнськихзабудовників, архітекторів та інженерів, які цікавляться проектуванням і спорудженням енергоефективних будівель. Він має надати першу допомогу на початку ознайомлення з цим широким тематичним напрямком і всеохоплюючим і зрозумілим способом відобразити такі різні аспекти, як, наприклад, концепція герметичних

2 ВИХІДНА СИТУАЦІЯ В УКРАЇНІ

Українська економіка у міжнародному порівнянні характеризується надзвичайно високим рівнем енергоспоживання. Продуктивність використання енергії (споживання первинної енергії по відношенню до внутрішнього валового продукту) в Україні перевищує середній світовий показник у 2,5 рази.

Не в останню чергу суттєва частина споживання первинної енергії пов’язана з поганим станом існуючих житлових будинків. Вони часто значною мірою не мають належної теплоізоляції та відзначаються великою кількістю нещільних місць, наприклад, у вікнах. Це призводить не лише до великого споживання енергії на опалення, а і до поганого теплового комфорту у приміщеннях (наприклад, через протяги) та до пошкодження будівельних конструкцій через конденсацію вологи та утворення плісняви.

Ще однією причиною є зношене інженерне обладнання будівель: потреба житлових будинків в Україні у гарячій воді та теплі покривається на 90% за рахунок централізованоготеплопостачання.Дотогожпочаток опалювального сезону восени та припинення постачання тепла навесні відбувається у фіксовані терміни незалежно від зовнішньої температури, а температура води у трубопроводі подачі не адаптується до температури зовнішнього повітря. Це спричинює суттєву втрату комфорту через надто низьку чи надто високу температуру повітря у приміщеннях. Через те що радіатори опалення у старих будинках не мають термостатних вентилів, користувачі помешкань можуть впливати на температуру повітря у приміщеннях лише відкриваючи вікна, що ще більше збільшує споживання тепла. Також і все ще звичайна практика паушальних розрахунків за тепло та низький рівень енерговитрат, який штучно утримується завдяки державним субсидіям, не заохочуючи до змін поведінки та заощадження енергії, див. ілюстрацію 1.

огороджувальних конструкцій, що забезпечують теплоізоляцію, енергоефективне інженерне обладнання будівлі, а також відновлювані джерела енергії. При цьому цей посібник не претендує на вичерпність і посилається на відповідні тексти літератури, що містить докладнішу інформацію.

Ілюстрація 1: Порівняння цін на електроенергію для домогосподарств у різних європейських державах (2-е півріччя 2009)

Причиною високого енергоспоживання приватних домогосподарств є широке поширення малих кондиціонерів (систем Mini-Split). Через те, що більшість житлових будинків не мають таких сонцезахисних пристроїв, як, наприклад, ролети чи нерухомі сонцезахисні пристрої, а значна частина населення влітку не згодна на температури у приміщенні понад 26 °C, ці кондиціонери у великій кількості монтують на фасадах. Ці пристрої можуть працювати у реверсному режимі, тобто виконувати не лише функцію охолодження, а і функцію опалення, тому їх застосовують для опалення помешкань, коли теплопродуктивності системи централізованого теплопостачання не вистачає чи коли вона відключена. Через особливості їхньої системи ці пристрої як у режимі охолодження, так і у режимі опалення відзначаються низьким коефіцієнтом корисної дії, що призводить до значного енер- госпоживання.Платнеюзауявний–черезнизьку температуру у приміщеннях влітку – нібито вищий рівень житлового комфорту є вищий рівень шуму пристроїв,

а також протяги у приміщеннях.

Законодавчі ініціативи українського уряду та зміни у свідомості населення та суб’єктів прийняття рішень призвели останнім часом у новобудовах до посиленого застосування заходів енергоефективності, наприклад, забезпечення кращої теплоізоляції чи встановлення більш високоякісних вікон. Але ці зусилля часто зводяться нанівець через відсутність досвіду у проектувальників стосовно застосування інноваційних енергетичних концепцій і новітніх технологій. Також і неправильна робота з новими будівельними матеріалами (наприклад, композитними теплоізоляційними системами) та некоректне встановлення технічних систем (наприклад, вентиляційного обладнання) час- топризводять–зважаючинависокийрівеньочікувань

щодо високих технологій – до результатів, які розчаровують.

Німецько-український пілотний проект: Енергоефективн Забудова, який фінансується Федеральним міністерством довкілля, охорони природи і безпеки ядерних реакторів Німеччини та реалізується товариством GTZ GmbH, повинен шляхом конкретної дорадчої підтримки спорудження будівельних об’єктів (пілотних проектів), навчання архітекторів, а також інженерів і шляхом зміни свідомості населення створити передумови для сталого майбутнього України. Цей посібник створений у рамках пілотного проекту та має послужити зацікавленим забудовникам, проектувальникам і архітекторам для першого ознайомлення з темою «Енергоефективні житлові будинки».

3.1 ВСТУП

Якщо проаналізувати баланс теплової енергії якогось добре теплоізольованого індивідуального житлового будинку, то виявиться, що приблизно 50% втрат тепла спричинюються теплопередачею (тепловою трансмісією) і 50% - вентиляцією, див. ілюстрацію 2. Втрати тепла, спричинені вентиляцією, складаються з втрат внаслідок просочування (інфільтрації) і втрат через вікна чи систему вентиляції. У той час як інфільтрація є непередбаченою, а наслідком її може бути підвищена потреба у тепловій енергії, а в екстремальному випадку навіть і пошкодження будівельних конструкцій, подача свіжого повітря через вікна чи систему вентиляції є навмисною та служить для забезпечення доброго клімату у приміщеннях. До «статті прибутків» належить додаткова сонячна теплова енергія, отримана пасивним способом через вікна, та додаткова теплова енергія внаслідок випромінювання тепла людьми та обладнанням. Різниця втрат і обсягу додаткової теплової енергії складає потребу у тепловій енергії. Вона виражається у кіловат-годинах на рік (кВт-год/рік) або – для кращої можливості порівняння будинків із різною житловою площею – у кіловат-годинах на квадратний метр і на рік (кВт-год/(м²-рік)). Поряд із показниками потреби у гарячій воді та електроенергії це є вирішальним чинником для оцінки енергоефективності будинку. Таким чином, огороджувальні конструкції мають

вирішальний вплив на потребу в енергії. Вони не лише відповідають за теплові втрати внаслідок теплопередачі,аізачастинутепловихвтратвнаслідок вентиляції(інфільтрації)тадодатковусонячнуенергію. Тому метою зусиль із досягнення вищого рівня енергоефективності у секторі будівель повинне бути енергетичне вдосконалення огороджувальних конструкцій. Теплові втрати внаслідок теплової

за допомогою яких цього можна досягти.

3.2 КОМПАКТНА ФОРМА БУДІВЛІ

Завдяки компактній формі будинку зменшується площа огороджувальних конструкцій і, таким чином, також і теплові втрати внаслідок теплової трансмісії. Томуупроцесіпроектуваннябудинкуслідпрагнутидо якомога компактнішої форми будинку.

Форма будинку характеризується як співвідношення між площею огороджувальних конструкцій і об’єму будівлі – так зване співвідношення A/V. Малі будинки (наприклад, індивідуальні житлові будинки), таким чином, мають за визначенням більш невигідне співвідношенняA/V,ніжвеликібудинки,такіякбудинки ряової забудови («таун-хаузи») багатоквартирні будинки, див. ілюстрацію 3.

Бажана з причин енергозаощадження проста „невигадлива“ форма будинку відповідає вимогам сучасноїтапрямолінійноїархітектурноїмови.Дотогож завдяки меншій площі фасадів і простішій будівельній конструкції можна заощадити кошти, які знов-таки можна інвестувати у заходи з енергоефективності.

Ілюстрація 3: Порівняння різних форм будинків і їхніх співвідношеньA/V [джерело: Lammeyer & Co]

3.3 ОРІЄНТАЦІЯ/ ЧАСТКА ПЛОЩІ ВІКОН

Найпростішим і найбільш маловитратним способом отримання сонячної теплової енергії є пасивне використання сонячного випромінювання через вікна протягом опалювального періоду з метою скорочення

потреби у тепловій енергії. Тому у процесі розробкиконцепціїтапроектуванняенергоефективнихбудинків намагаються збільшити обсяг додаткової сонячної теплової енергії.

При цьому слід звернути увагу на те, що навіть високоякісне вікно з низьким коефіцієнтом теплопередачі U завжди спричинює більші теплові втрати внаслідок теплової трансмісії, ніж непрозора теплоізольована стіна. Для того, щоб обсяги додаткової сонячної теплової енергії, отриманої пасивним способом через вікна були більшими за теплові втрати внаслідок теплової трансмісії і завдяки цьому вікно мало чистий прибуток енергії, це вікно повинне мати коефіцієнт теплопередачі U нижче 1,4 Вт/(м²K), коефіцієнт енергопроникності g вище 55% та мати південну орієнтацію.

Зазазначенихвищепередумовдоцільнопередбачати у проекті якомога більшу площу поверхні вікон, орієнтованих на південь. І навпаки, на фасадах, орієнтованих на схід, захід і північ, слід передбачити лише незначну частку поверхні вікон для природного освітлення приміщень. У процесі проектування функціональних зон будинку слід зважати на розташування приміщень для перебування людей (вітальні, їдальні) з орієнтацією на південь. Допоміжні приміщення, такі як, наприклад, кухні, ванні кімнати та туалети, слід орієнтувати на північ. По можливості слід уникати затінення вікон сусідніми будинками, зеленими насадженнями та власним затіненням самого будинку.

3.4 ЛІТНІЙ ТЕПЛОВИЙ ЗАХИСТ

Описана у попередньому розділі максимізація площі поверхні вікон, орієнтованих на південь, і зменшення площі поверхні вікон, орієнтованих на схід і захід, не лише скорочує потребу будинку у тепловій енергії, а також поліпшує літній тепловий захист проти перегрівання та скорочує потребу можливо наявного кондиціонеру в енергії для охолодження.

Внаслідок того, що влітку Сонце стоїть високо, обсяг додаткової теплової сонячної енергії скорочуються внаслідок довшого проходження променів через орієнтовані на південь вікна. З тої самої причини південнівікнаособливодобрепридатнідлянерухомих сонцезахисних пристроїв, наприклад, балконів або виступів.

У випадку засклення, орієнтованого на схід і захід, унаслідок малого куту падіння променів ранкового та вечірнього сонця, має місце більший ризик перегрівання. Але у випадку східної/західної орієнтації значно складніше влаштувати нерухомі сонцезахисні пристрої, бо це зазвичай заважає візуальному контакту з оточенням.

Якщо слід повністю відмовитися від кондиціонування приміщень, а охолодження будинку має здійснюватися виключно за рахунок пасивних заходів, доцільно влаштування рухомого, розташованого зовні захисту відсонця.Наринкупропонуютьсярізнісистеми.Ролети не лише зменшують небажані літні обсяги додаткової сонячної теплової енергії, а і також у разі належної якості виконання захищають від злому та допитливих поглядів ззовні. З причин захисту від атмосферних впливів жалюзі зазвичай керуються модулем управління,оснащенимдатчикамипогодитаосвітлення.Це не лише запобігає пошкодженню чутливих пластин у разі непогоди, а і також за допомогою датчика випромінювання зменшує перегрівання приміщень у час відсутності мешканців.

Ми не рекомендуємо застосовувати розташовані зсерединисистеми,такіяк,наприклад,жалюзічишториз тканини, бо вони перетворюють випромінювання, що потрапляє, у приміщенні на теплову енергію та відбивають лише незначну частину у довкілля.

3.5 ТЕПЛОІЗОЛЯЦІЯ

Теплові втрати внаслідок теплової трансмісії – отже теплові втрати через огороджувальні конструкції

– складають у випадку добре теплоізольованого будинку близько 50% загального обсягу теплових втрат. Тому важливо, щоб поряд з установкою теплозахисного засклення була забезпечена достатня теплоізоляція непрозорих конструктивних елементів. При цьому слід зважати на те, щоб усі огороджувальні конструкції (зовнішні стіни, дах, підлога) були повністю теплоізольовані. Коефіцієнт теплоізоляції, наприклад, стіни, крім товщини стінових шарів залежить також і від теплових властивостей застосованих матеріалів і має назву коефіцієнт теплопередачі. У сучасних, добре теплоізольованих будинках цей показник складає від 0,35 до 0,15 Вт/ (м²K).

У принципі, цього коефіцієнту теплоізоляції можна досягнути за допомогою різних стінових конструкцій.

Далі ми хотіли б далі стисло представити їх.

3.5.1 КОНСТРУКЦІЇ СТІН

Укомпозитнихтеплоізоляційнихсистемахрізні ви-

моги розподіляються по шарах конструкції стіни: внутрішня штукатурка забезпечує щільність конструкції, цегляна кладка – статичну несучу здатність, теплоізоляція – тепловий захист, а зовнішня штукатурка

– захист від впливу погоди. В якості теплоізоляції, зазвичай, застосовується мінеральна вата чи полістирол. Ці матеріали або прибивають цвяхами, або приклеюють до стіни. Вирішальними чинниками для довговічної конструкції є правильна комбінація матеріалів, високий рівень якості виконання робіт та їх встановлення кваліфікованими спеціалістами. Тому виробники високоякісних композитних теплоізоляційних систем дають гарантію на всю конструкцію, а не лише на окремі матеріали.

Увипадку масивних стін, наприклад, з пористого бетону чи пустотної цегли, кладка, крім функцій несучої конструкції перебирає на себе також і тепловий захист. Обумовлені системою, застосовувані матеріали мають більшу теплопровідність і тому їх необхідно застосовувати з більшою товщиною стін, щоб досягти аналогічного коефіцієнту теплоізоляції, як у теплоізоляційного матеріалу, наприклад, композитної теплоізоляційної системи. До того ж неминуче виникають містки холоду на місцях скріплення цегляної кладки, стельових панелей і місцях, де конструкції пронизують бетон.

Побудова стін з серцевинною теплоізоляцією аналогічні побудові композитної теплоізоляційної системи: замість зовнішньої штукатурки влаштований вентиляційний шов завширшки приблизно 2 см, а потім лицювальнакладка.Такаконструкціяєвідносновитратною та дорогою. Необхідні анкери кладки проходять через теплоізоляційний шар і призводять до утворення містків холоду.

На підприємствах, які виробляють збірні будівельні елементи, здійснюється індустріальне виробництво багатошарових елементів, що мають теплоізоляцію міждвомашарамибетону.Туттакожчерезвластивості системи утворюються містки холоду між стрижнями арматури, що проходять через шар теплоізоляції та скріплюють бетонні панелі. Вирішальним для якості багатошарової системи є якість виробництва елементівназаводітаякістьмонтажунабудівельному

майданчику. В результаті того, що розмірів не дотримуються точно чи монтаж панелей здійснюється неправильно, виникають містки холоду та нещільності.

Фасади, що виконані з фасадних елементів, а також на основі стояків і ригелів, зазвичай влашто-

вуються в офісних будинках, але в Україні їх можна часто зустріти також і у житловому будівництві. Фасади складаються з горизонтальних і вертикальних металевих, пластмасових і (рідше) дерев’яних профілів, у які вставляють непрозорі утеплені панелі чи вікна. В результаті значної частки рамних конструкцій і – у порівнянні з теплоізоляційним матеріалом – нижчого коефіцієнту теплоізоляції мають місце гірші показники коефіцієнту теплопередачі навіть у разі застосування високоякісних и дорогих рамних систем.

Увипадку будинків із стінами на дерев’яному кар-

касі несуча конструкція формується фахверком з дерев’яних балок. Завдяки її гнучкості, в якості теплоізоляційного матеріалу застосовується мінеральна вата, що закладається між балками. Завдяки цьому попри порівняно незначну товщину стін досягається дуже високий показник теплоізоляції. Деревина – це конструктивний матеріал із низьким коефіцієнтом теплопровідності, що знижує ефект утворення містків холоду. Зважаючи на те, що ним все ж таки не можна нехтувати, частку балок каркасу слід оптимізувати та в разі необхідності встановити тонкі, але щодо статики оптимізовані двотаврові балки. У будь-якому випадку у разі стін на дерев’яному каркасі на внутрішню поверхню стіни нанести герметичний шар (пароізоляцію) для запобігання утворенню конденсату у теплоізоляційному шарі. Часто цю конструкцію фасаду доповнюють ще одним шаром теплоізоляції зсередини, щобзнизити ефект утвореннямістків холоду та захистити пароізоляцію від непередбаченого проникання (рівень установки). Якщо бажаний особливо значний теплоізоляційний ефект, ззовні може бути влаштований ще один шар теплоізоляції, наприклад, в якості композитної теплоізоляційної системи.

Уразі суцільних дерев’яних стін конструкційний матеріал перебирає на себе всі завдання стіни: статику, герметичність, теплоізоляцію та захист від впливу погоди. Деревина як конструкційний матеріал має відносно низький показник теплопровідності, але як теплоізоляційний матеріал вона придатна лише умовно: наприклад, для того щоб досягти теплоізоляційного ефекту, аналогічного 10 см полістиролу, суцільна

деревна стіна повинна бути близько 32 см завтовшки.

Увипадкуфасадів,яківиконанізфасаднихелементів, наосновістояківіригелів,атакожстіннадерев’яному каркасі та суцільних дерев’яних стін слід зважити на те, що здатність стін до накопичення тепла є нижчою, ніж у кладки та бетону, наслідком чого може бути нижчий рівень теплового комфорту влітку.

Упринципі не рекомендується влаштування внутрішньої теплоізоляції, бо вона через особливості конструкції може часто призводити до утворення містків холоду. До того ж у такому випадку абсолютно необхідним є влаштування зсередини пароізоляційного шару, бо інакше може утворюватися конденсат і пліснява. Герметичне примикання пароізоляції, наприклад, до внутрішньої штукатурки пов’язане із значними витратами та вимагає високого рівня якості проектування та виконання робіт.

3.5.2 ДАХ З точки зору будівельної фізики розрізняють прові-

трювані, непровітрювані та зворотні дахи.

Длянепровітрюванихдахів(теплихпласкихдахів)

гідроізоляція даху наноситься безпосередньо на шар теплоізоляції, тобто дах не провітрюється. Для того щоб тепле і вологе повітря з внутрішніх приміщень потрапляло до шару теплоізоляції і не конденсувалося там, між теплоізоляцією і приміщенням необхідно влаштувати шар пароізоляції. Порівняно з провітрюваними дахами непровітрюваний дах має той недолік, що літній тепловий захист гірше через відсутність заднього провітрюваного простору. Він придатний як крутим, так і пласким дахам.

У разі провітрюваних дахів (неутеплений дах) во-

лога, що дифузує з приміщення через пароізоляційну прокладкуташартеплоізоляції,видаляєтьсячереззадній провітрюваний простір. Тому пароізоляційна прокладкаможебутиубільшіймірітакою,щонеперешкоджаєдифузії,ніжпароізоляціятаутворює герметичний шар,якуразінепровітрюваногодаху.Упринципі,провітрювана покрівля придатна лише для скатних дахів.

Зворотній дах – це особлива форма непровітрюваної покрівлі та використовується головним чином для пласких дахів. Водонепроникний шар у цьому випадку розташований під шаром теплоізоляції так, що може застосовуватися лише така водостійка теплоізоляція із закритими порами, як, наприклад,

часто покривають гравієм або бетонними плитами.

Дах з висячими кроквяними фермами має теплоізоляцію, зазвичай, між кроквами. Оскільки теплоізоляційний матеріал є відносно недорогим, слід заповнювати ним по всій висоті крокв. Крокви – це конструктивні містки холоду у конструкції даху. Ефект містків холоду може бути, наприклад, зменшений шляхом розташування ізольованої монтажної площини знизу крокв. Пароізоляційна прокладка/ пароізоляція укладається між монтажною площиною та кроквами і, таким чином, захищена від ушкоджень. Якщо бажаний високий теплоізоляційний ефект, на рівні крокв можна розташувати додатковий шар теплоізоляції.

У всіх варіантів дахів пароізоляційна прокладка/ пароізоляція утворюєгерметичнийшар.Якщоцейшарвиконуєтьсязпластмасовоїплівки,важливозабезпечити герметичне та міцне склеювання окремих полотнищ. Крім того, необхідно звернути увагу на герметичне та міцнез’єднанняміжпароізоляційноюпрокладкою/пароізоляцією і, наприклад, внутрішньою штукатуркою, щоб уникнути негерметичності. Тому рекомендується, щоб дах не нависав над стінами, бо крокви можна герметизувати лише з великими труднощами.

3.5.3 ТЕПЛОІЗОЛЯЦІЯ ПІДЛОГИ ТА ПЕРЕКРИТТЯ Крім фасаду та даху, велику частку теплопровідної зовнішньої поверхні будівлі складають фундамент і підвальне перекриття будівлі. Коефіцієнт теплопередачі (значення U) може бути зменшений у порівнянні з фасадом, бо середня різниця температур протягом опалювального сезону між опалювавальними приміщеннями та ґрунтом або неопалюваними підвалами є меншою, ніж із зовнішнім повітрям. У принципі, треба розрізняти будинки з неопалюваним чи опалюваним підвалом, а також будинки без підвалу. У випадку будинків без підвалу та будинків з опалюваним підвалом необхідна теплоізоляція від ґрунту. Теплоізолюючий шар може проходити поверх фундаментної плити чи під нею. Якщо теплоізоляція влаштована під фундаментною плитою, слід звернути увагу на застосування міцного на стиснення та нечутливого до вологи теплоізоляційного матеріалу (наприклад, піноскла чи пінополістиролу із закритими порами). При укладанні ізоляції на фундаментну

плиту слід зважати на ефект містків холоду через наявність висхідних зовнішніх стін і перегородок.

Якщо підвальне приміщення не опалюється, до-

цільно нанести шар теплоізоляції на стелю під-

валу. Завдяки застосуванню багатошарових легких будівельних плит теплоізоляцію можна захистити і від пошкоджень. Слід зважити на те, що опалюване житлове приміщення має бути відокремлене від неопалюваного підвалу дверима з аналогічними тепловими властивостями, як і зовнішні двері.

3.5.4УНИКНЕННЯ/ЗМЕНШЕННЯМІСТКІВХОЛОДУ Містки холоду – це слабкі місця огороджувальних конструкцій будівлі, де втрати тепла у порівнянні з навколишніми частинами конструкції є значно вищими. Чим краще утеплені звичайні частини будівлі, тим більшою є відносна частка втрат тепла через містки холоду. Тому у разі добре теплоізольованих будівель особливу увагу необхідно приділити зменшенню чи уникненню утворення містків холоду.

Ще одним важливим аспектом є більш низькі температури на поверхні конструктивного елемента з боку приміщення. Якщо ці температури будуть нижче за температуру точки роси повітря, це може призвести до появи конденсату. Наприклад, при 20 ° C температури повітря у приміщенні і 50% вологості повітря температура точки роси складає 12,6 °C, тому температура повітря у приміщенні не повинна бути тривалий час нижчою за неї. Якщо це однак станеться, то це може призвести до утворення цвілі та пошкоджень будівельних конструкцій.

Здебільшого розрізняють геометричні, конструктивні містки холоду та містки холоду, обумовлені особливостями матеріалу:

Геометричні містки холоду виникають там, де внутрішня поверхня, що поглинає тепло, є меншою, ніж зовнішня поверхня, що тепло віддає. Це, наприклад, має місце по краях та на розі будинку. Геометричних містків холоду уникнути не

це тоді, коли через особливості конструкції (наприклад, залізобетонна колона, що перериває зовнішню стіну) пронизують одне одного матеріали з різними показниками теплопровідності.