Енергозбереження в будівлях

Світлопрозорі фасади та енергоефективність

Сучасні світлопрозорі фасади – це комплексні системи, за якими стоїть енергоефективність усієї будівлі. Протягом останніх років в Україні розроблявся комплекс нормативних документів з енергоефективності будівельної галузі. У статті зроблено узагальнення існуючої нормативної бази (особливо, що стосується інженерних систем будинків) та її  порівняння з вимогами норм ЄС, на підставі чого визначено пріоритетні напрямки подальшого нормування.     

У сучасній архітектурній практиці широко розповсюджені будівлі (переважно громадські) із світлопрозорими стіновими огороджувальними конструкціями.  

Застосування таких конструкцій, а також стрімкий ріст відсотка будівель на їх основі, обумовлює необхідність нормативного регулювання використання світлопрозорих фасадів на етапі їх проектування, монтажу та експлуатації. Особливо це стосується врегулювання питань енергоефективності будівель з таким типом огороджень. Отже, розглянемо обмеження, які встановлені в нормативних документах України до світлопрозорих конструкцій та будівель на їх основі, щоб «будівлі-свічки» не були «палаючими» в значенні тепловтрат.

Насамперед необхідно подати чітке означення світлопрозорих огороджень.  ДБН В.2.6-33:2006 «Конструкції будинків і споруд. Конструкції зовнішніх стін із фасадною теплоізоляцією. Вимоги до проектування, улаштування та експлуатації», який є частиною розроблюваної системи нормативних документів щодо забезпечення енергоефективності будівельної галузі, дає наступне означення. Конструкції зовнішніх стін з фасадною теплоізоляцією і облицюванням прозорими елементами – конструктивне рішення зовнішніх стін, яке передбачає суцільний світлопрозорий або комбінований фасад з облицюванням прозорими елементами. Тобто, система може бути не повністю прозорою, але зовні виглядатиме як скляна.

Стіни з облицюванням світлопрозорими елементами складаються з власне прозорих елементів (скла, склопакетів), несучого каркаса, до складу якого входять стійки, ригелі, конструкції кріплення непрозорих елементів, і поділяються на системи з суцільним світлопрозорим фасадом, в якому масивною теплоізоляцією захищені лише елементи перекриттів (рис.1б), і з комбінованим фасадом із прозорими та непрозорими ділянками (рис.1а).

За конструктивним рішенням і технологією зведення світлопрозорого облицювального шару конструкції поділяються на стійково-ригельні; із структурним і напівструктурним заскленням; із спайдерним заскленням; подвійні фасадні системи. 

Заповнення непрозорих ділянок виконується дво- або тришаровими панелями з металевою обшивкою, плитами з мінеральної або скловати, розміщеними на зовнішній поверхні основи стіни.

За кількістю скла конструкції поділяються на системи із одним шаром скла, з двома і з трьома шарами. За видами заповнення проміжків між стеклами (камер) – на системи наповнені повітрям, аргоном, криптоном або сумішшю цих газів.


 
 Рис. 1. Конструктивна схема зовнішніх стін з комбінованим світлопрозорим фасадом (а)
та із суцільним світлопрозорим фасадом з теплоізоляцією плит перекриттів (б)
 

1 – плита перекриття, 2 – утеплювач, 3 – світлопрозоре облицювання, 4 – склопакети, 5 – елементи несучого каркаса (ригелі), 6 – елементи несучого каркаса (стійки), 7 – кронштейн, 8 – елемент кріплення світлопрозорого облицювання, 9 – з’єднувальні елементи

Тепер розглянемо нормативні вимоги. Основним документом, в якому встановлені теплотехнічні вимоги до огороджувальних конструкцій та вимоги до енергоефективності будівлі в цілому є ДБН В.2.6-31:2006 «Конструкції будинків і споруд. Теплова ізоляція будинків». 

Головною вимогою до огороджувальних конструкцій, установленою ДБН В.2.6-31:2006, є забезпечення необхідних показників приведеного опору теплопередачі окремих елементів зовнішньої оболонки будівлі:

RΣпр ≥ Rq min, (1)

де,

RΣпр – приведений опір теплопередачі окремих елементів зовнішньої оболонки будівлі, м2·К/Вт;

Rq min – мінімально допустиме значення опору теплопередачі, м2·К/Вт (табл.1);

Табл. 1. Нормативні значення Rq min для температурних зон
Вид огороджувальної конструкції Температурні зони України
1 2 3 4
Зовнішні стіни 2,8 2,5 2,2 2
Вікна, балконні двері, вітрини, вітражі,
світлопрозорі фасади
0,6 0,56 0,5 0,45

Таким чином, конструкції світлопрозорих огороджень насамперед повинні відповідати вимозі (1).

Наступною особливістю норм є оцінка показників комфортності для будівель з коефіцієнтом засклення, який перевищую 0,18. Враховуючи сучасні тенденції в проектуванні огороджувальних конструкцій як житлових, так і громадських будівель – застосування фасадних систем із світлопрозорим облицювальним шаром і за рахунок цього збільшення засклення фасаду, в нормах ДБН В.2.6-31:2006 змінено вимоги до температурного перепаду між приведеною температурою внутрішньої поверхні огороджувальної конструкції і температурою внутрішнього повітря. Вимоги представлені у вигляді:

Δtпр ≤ Δt , (2)

де

Δtпр – температурний перепад між температурою внутрішнього повітря і приведеною температурою внутрішньої поверхні при розрахунковому значенні температури зовнішнього повітря, 0С;
Δt – допустимий за санітарно-гігієнічним умовами (умовами комфортності) температурний перепад, 0С; для житлових будинків складає 4,0 0С, для громадських – 5,0 0С.

На основі нормативних вимог (2), з урахуванням методики розрахунків температурного перепаду, отримана залежність коефіцієнта засклення фасадів громадських будівель від величини приведеного опору теплопередачі світлопрозорих огороджувальних конструкцій, f(RΣпр_сп). На рис.2 представлено залежність для будівель з нормативними значеннями опору теплопередачі зовнішніх стін залежно від кліматичного зонування.

 Рис. 2. Залежність коефіцієнта засклення фасадів громадських будівель від величини
приведеного опору теплопередачі світлопрозорих огороджувальних конструкцій
 
 
Як видно з рис.2, нормативна вимога (2) виконується для будівель із суцільним світлопрозорим фасадом при величині опору теплопередачі світлопрозорих огороджень на рівні 0,97 м2•К/Вт.Наступний висновок, який можна зробити, виходячи з даних рис. 3 – при характеристиках опору теплопередачі з окремих елементів зовнішньої оболонки будівлі на рівні нормативної (світлопрозорі конструкції – 0,6 мК/Вт, непрозорі - 2,8 м2·К/Вт) коефіцієнт засклення фасаду не може перевищувати 0,5. 

Умова (2) обмежує використання необґрунтованих рішень при проектуванні. Виконання умови (2) в сучасних будівлях можливе завдяки високому рівню теплоізоляції одних елементів ізоляційної оболонки при відносно низьких рівнях теплоізоляції інших, а також через забезпечення високих теплопритоків від сонячного випромінювання при низьких параметрах теплоізоляції світлопрозорих огороджень.

Таким чином, регламентація температурного режиму огороджувальних конструкцій за допустимим температурним перепадом забезпечує фізично обґрунтоване виконання теплових санітарно-гігієнічних вимог, що дозволяє оптимально використовувати сучасні конструктивні рішення.

Також дуже важливою особливістю норм є оцінка теплового стану вузлів з’єднання конструкцій одна з одною.

 Рис. 3. Наслідки неправильного проектного рішення світлопрозорої частини сучасної будівлі
 

 

 

Для будівель з сучасними архітектурними рішеннями, в яких використовуються світлопрозорі фасадні конструкції, особливого значення набуває проектна розробка конструктивних рішень вузлів з’єднань з огляду відсутності в процесі експлуатації будівлі теплових відмов у вигляді появи конденсату і утворення плісняви (рис.3). Вимоги представлені у вигляді:  

             Τв min  > tmin, (3)

де,

Τв min – мінімальне значення температури внутрішньої поверхні огородження в зонах теплопровідних включень, ºС;

tmin – мінімально допустиме значення температури внутрішньої поверхні при розрахункових значеннях температур внутрішнього і зовнішнього повітря, ºС, яке при розрахункових параметрах дорівнює 10,7 ºС.
Оцінку проектних рішень на відповідність вимогам (3) необхідно виконувати на основі розрахунків температурних полів відповідних вузлів за допомогою програмних продуктів для дво- або тривимірного моделювання (рис.4).

Окрім цього, в нормах ДБН В.2.6-31:2006 встановлено вимоги енергоефективності будівлі в цілому. Норми викладено в наступному вигляді:

qбуд ≤ Еmax , (4)

де

qбуд – розрахункове значення питомих тепловтрат на опалення будівлі за опалювальний період, кВт•год/м2 або кВт•год/м3;

Еmax – максимально допустиме значення питомих тепловтрат, яке встановлюється залежно від призначення будівлі, поверховості та температурної зони експлуатації.

В основі забезпечення нормативної умови (4) лежить принцип альтернативного проектування теплоізоляційної оболонки будівлі – визначення інтегральної характеристики будівлі в цілому (питомих тепловтрат на опалення), величина яких залежить від об′ємно-планувальних рішень будівлі в цілому і конструктивних особливостей її окремих елементів. Визначення цього показника здійснюється під час заповнення енергетичного паспорта будівлі згідно методики поданої в ДСТУ-Н Б А.2.2-5:2007 «Проектування. Настанова з розроблення та складання енергетичного паспорта будинків при новому будівництві та реконструкції». При порівнянні розрахункових тепловтрат з нормативними значеннями встановлюється клас енергетичної ефективності будівлі згідно ДБН В.2.6-31:2006.

 Рис. 5. Температурне поле ригеля 

     

Для оцінки впливу об′ємно-планувальних рішень будівлі, які характеризуються коефіцієнтом компактності, Λк буд, м-1 (відношення загальної площі огороджувальних конструкцій до її внутрішнього об’єму), було розроблено модель циліндричної будівлі, для якої прийнято коефіцієнт засклення фасадів, що дорівнює 0,95. Дослідження містили розрахункову оцінку питомих тепловтрат вибраної моделі, а відповідно і класу енергетичної ефективності будівлі, залежно від форми будівлі при незмінних теплотехнічних характеристиках її огороджень та інших супутніх коефіцієнтів, H, і радіуса, r, циліндра при постійній величині внутрішнього об’єму, Vh (рис.5).

В результаті досліджень встановлено, що при зменшенні коефіцієнта компактності будівлі («витягування» будівлі вверх, рис.5) її тепловтрати на опалення зменшуються, а клас енергетичної ефективності збільшується за інших рівних умов (рис.6).

 Рис. 6. Геометрична модель досліджуваної будівлі
 

 

У ДБН В.2.2-24:2009 «Будинки і споруди. Проектування висотних житлових і громадських будинків» встановлено вимоги до класу енергетичної ефективності висотних будівель, де сказано, що при проектуванні встановлюється клас енергетичної ефективності не нижче ніж В. Виходячи з результатів розрахунків (рис.6) можна зробити висновок про те, що будівля з коефіцієнтом засклення фасадів, який дорівнює 0,95 та характеристиками теплопередачі огороджень, які відповідають умові (рис.2), буде відповідати вимогам з тепловтрат на опалення при коефіцієнті компактності не нижчому ніж 0,17.

На даному етапі розробляється Стандарт України на конструкції зовнішніх стін з облицюванням прозорими елементами, який регламентуватиме питання проектування, монтажу та експлуатації таких конструкцій. Даний Стандарт є частиною розроблюваного в останні роки комплексу нормативних  документів, які відносяться до конструктивних особливостей зовнішніх стін з фасадною теплоізоляцією. У вказаному Стандарті необхідно відобразити результати проведених досліджень для забезпечення енергоефективності будівель, до яких він застосовуватиметься. 

 Рис. 6 Результати розрахунків тепловтрат моделі досліджуваної будівлі
 

Євген Колесник Друкувати сторінку Відіслати на E-mail