9348

Это может быть вызвано «парниковым» эффектом в многочисленных мелких воздушных порах светопрозрачного слоя. Энергоактивность такой поверхности с наибольшим эффектом реализуется в конструктивном решении ограждающей конструкции, обеспечивающем достаточно интенсивный теплообмен между инсолируемой поверхностью и воздушной средой помещения. Подобную теплоэнергетическую функцию может выполнять конструкция вентилируемого фасада, в основной стене которой предусмотрена система приточных каналов для активной конвекции нагреваемого под экраном воздуха в воздушную среду помещения.

Светопрозрачные лицевые энергоэффективные слои изготавливали из полистирольного лака, образующего при полимеризации на поверхности покрытие с мельчайшими воздушными включениями; из стеклянного заполнителя, аналогичного примененному в составах тяжелых композитов; из стекла с фракцией 0,5 ...1,5 мм по слою из полистирольного лака, а также в виде полиэтиленовой пленки. Эти слои наносили на тонкостенные керамические изделия (плитки), которые затем помешали в отсеки испытательной камеры. Ее конструкцию изготавливали по аналогии с камерой,

Испытания проводили в апреле 2000 г. при положительной температуре наружного воздуха. Ход изменения температуры нагрева воздуха отсеков у задней стенки образцов показал, что наибольший прогрев обеспечивался в присутствии полиэтиленовой пленки, отделенной от образцов воздушной прослойкой, затем - под образцами с двумя слоями полистирольного лака. Контрольный образец без лицевых слоев имел минимальный прогрев (рис.10). Интенсивное поглощение тепла солнечной радиации слоем пористого полистирольного лака, как и предполагалось в начале эксперимента, обусловливалось наличием в слое многочисленных воздушных пузырьков, теплообмен в которых происходил под действием «парникового» эффекта.

Таким образом, для повышения энергоактивности поверхности навесного экрана может быть рекомендовано покрытие из полистирольного лака (с воздушными включениями); при этом циркуляция наружного прогретого воздуха из воздушных прослоек в помещение конструктивно должна быть обеспечена притяжными каналами в наружных стенах.

По сравнению с традиционными конструктивными решениями и средствами проектирования предлагаемые способы и методы повышения тепловой эффективности наружных ограждающих конструкций имеют следующие преимущества и отличительные признаки:

1, Тепловая эффективность наружных стен для дополнительного обогрева помещений повышена за счет использования на инсолируемых фасадах

33

энергоактивного модуля, конструкция которого адаптирована к климатическим условиям, характерным для регионов Среднего Поволжья.

2.В отличии от аналога (плоский солнечный коллектор) конструкция модуля значительно упрощена; модуль собирается из общедоступных материалов застройщика; он технологичен при размещении в нишах или на частях светопрозрачных ограждений в процессе производства строительно- монтажных или ремонтных работ, являясь органической частью наружного ограждения.

3.Усовершенствован метод определения тепловой эффективности здания, имеющего на фасаде энергоактивные модули разработанного типа.

4.Используемые в настоящее время отделочные и другие лакокрасочные покрытия наносятся на поверхность наружных стен с целью улучшения их эстетических качеств и защиты от неблагоприятных воздействий атмосферы. Рассмотренные светопрозрачные лицевые слои из полистирольного лака отличаются повышенной тепловой эффективностью и могут быть рекомендованы для использования в навесных фасадах зданий.

Вшестой главе на основе системного анализа выполнены теоретические исследования по углублению и расширению представлений о характере взаимосвязей в крупномасштабной энергетической системе, охватывающей весь цикл создания объектов энергоэффективного типа, начиная с целенаправленного выбора строительных материалов с регулируемыми свойствами и заканчивая особенностями энергетического взаимодействия зданий в застройке. Для наружных ограждений, изготовленных с использованием разработанных местных строительных материалов, дана оценка комплексу теплотехнических свойств, влияющих на энергоэффективность зданий.

Предлагаемая концепция подхода к рассмотрению энергосистемы «Строительные материалы - ограждающие конструкции - здание - группа зданий» хотя и усложняет анализ действующих взаимосвязей, но дает определенные преимущества вследствие возможности комплексного рассмотрения и оптимизации в такой системе наиболее важных факторов (так называемых, локальных критериев оптимальности - ЛКО), влияющих на энерго-экологический баланс здания определенного функционального назначения. Кроме того, она позволяет наметить пути более оптимального перераспределения тепловой энергии в регулируемой энергосистеме группызданий.

Учитывая это. выбор ЛКО выполнен в рамках каждой из подсистем упомянутого единого цикла с указанием тех критериев, которые необходимо оптимизировать применительно к тому или иному зданию нового поколения или традиционной постройки (энергоэффективное, экодом, «интеллектуальное», социальное, коммерческое).

Выбор наиболее рационального варианта проектного решения

Vi (i=l, ...,m) по конечному множеству ЛКО (К11, K12, ... Kmn) производится после тщательного анализа характера и степени влияния каждого из этих оценочных показателей на энергосистему в целом.

На основании функционального анализа были определены основные ЛКО, систематизированные в три группы, позволяющие оптимизировать: объемно-планировочные решения, конструктивные решения наружных ограждений и архитектурно-конструктивные решения здания (группы зданий), энергетическую активность зданий и их наружных ограждений.

Для получения адекватного по всем оценочным показателям варианта проектирования, ЛКО преобразовали в безразмерные величины k

При выборе способа преобразования ЛКО было учтено, что максимальные или минимальные величины оценочных показателей ЕЭС здания не всегда равнозначны их оптимальным значениям. Например, значительное снижение (минимизация) коэффициента теплопередачи наружного ограждения и приведенного трансмиссионного коэффициента здания, как известно, не приводит к пропорциональному уменьшению теплопотерь здания, но влечет за собой существенное увеличение материальных затрат на устройство конструкции. С уменьшением воздухопроницаемости наружных ограждений хотя и снижаются тепловые потери здания, но возрастает вероятность ухудшения экологических показателей воздуха помещений ниже требуемых значений, что, в принципе, недопустимо для энергоэффективного здания.

35

После составления перечня оптимизируемых факторов влияния ЕЭС, определенные таким образом безразмерные показатели kij (в виде отношения ЛКО) показывают затраты тепловой энергии на отопление здания при оптимальном значении ЛКО (числитель) и его фактическом значений (знаменатель).

Для решения задачи в условиях полной определенности рассмотрен суммарный обобщенный критерий энергетической потребности Кui* здания с учетом понижающего эффекта комплексного воздействия отдельных факторов энергосистемы

в которых сочетание показателей kij не вызывает понижающего эффекта в энергосбережении, или, напротив, обеспечивает его; qj, и r - соответственно весовой коэффициент и коэффициент понижения суммарного эффекта ряда безразмерных показателей, определяемые экспериментальным или расчетным путем.

Отсутствие или слабое использование системного подхода к исследованию всего комплекса связей в технологической цепочке «Строительные материалы - конструкции - здание - группа зданий» нередко приводят к несовершенству и значительному снижению энергоэффективности проектируемого здания.

Целенаправленное регулирование комплекса свойств создаваемых строительных материалов на этапе проектирования составов, а также выбор оптимальных вариантов конструкций наружного ограждения и архитектурнопланировочного решения здания в сочетании с его инженерным оборудованием должны в полной мере обеспечить требования, предъявляемые к проектируемому типу сооружения, его конструктивной схеме, соответствовать климатическим и региональным условиям места строительства. При этом многообразие связей в упомянутой технологической цепочке можно наиболее эффективно исследовать, представив ее, как единую энергетическую и экологическую систему (ЕЭЭС), а отдельные этапы создания сооружения, как ее подсистемы «Состав, технология изготовления, структура материалов, свойства материалов -ограждающие конструкции -здание - группа зданий». Основной критерий высокой эффективности рассматриваемой системы ЕЭЭС, представляющий собой сложную целевую функцию,- это обеспеченность ее функционирования с наименьшими энергетическими затратами при поддержании комфортных, экологически безопасных условий микроклимата помещений.

Условия, которые выражаются функцией gi, могут рассматриваться как нормативные или общепринятые требования, ограничивающие выбор значений к1,..., кn. Не оказывая решающего влияния на целевые функции системы и подсистем, они, тем не менее, способствуют сохранению целостности и повышению эффективности последних. В зависимости от вида функций Zj, ..., zm в качестве условий g, приняты долговечность, прочность, пожаробезопасность, экологичность, экономичность и другие необходимые характеристики создаваемой системы и ее подсистем.

Сложная целевая функция Z, являющаяся главным системообразующим фактором, по - существу, представляет собой основной критерий, оценивающий эффективность функционирования системы. Переменные К1 ,..., кn рассматриваются как локальные критерии оптимальности (ЛКО).

Оптимальную величину сложной целевой функции Z можно найти путем оптимизации значений одного или нескольких ЛКО.

Целевые функции подсистем выразили следующими зависимостями: для подсистемы «Состав, технология изготовления, структура материалов, свойства материалов»

где k1,..,кn - ЛКО, в число которых могут входить: к1м - характеристики состава, структуры; к2м -теплоизоляционные свойства; Кзм- удельная теплоемкость; К4М- воздухопроницаемость; к5м- паропроницаемость; КбМ -энергоемкость материала; к7м -плотность; к8м - морозостой-

В зависимости от типа здания одно или ограниченное количество регулируемых ЛКО такой системы могут иметь более выраженный характер, оптимальное или близкое к нему значение, а остальные критериисоответствовать действующим нормативным требованиям или общепринятым условиям.

В табл. 11 показано возможное ранжирование ЛКО по типам зданий, при этом верхние и нижние пунктирные линии соответствуют экстремальнымзначениямЛКО.

При создании дома социального типа во всех трех подсистемах регулируется до оптимальной величины (минимизируется) такое свойство, как критерий стоимости материала конструкций и здания в целом (соответственно K14 M, K15 °, К14 3), поскольку именно этот критерий из-за несовершенства строительных технологий является одним из основных сдерживающих факторов развития жилищного строительства и удовлетворения спроса на жилье со стороны малоимущих слоев населения.

Для энергоэффективного здания оптимизируются теплофизические критерии материала и конструкции, а также потребность в тепловой энергии здания или группы зданий (Кб м, к6°, к2 3 и др.) при обеспечении комфортныхусловиймикроклиматапомещений.

Для экодома в подсистемах рассматриваемой ЕЭЭС оптимизируются такие ЛКО, как экологическая чистота материалов, экологичность ограждающей конструкции и внутренней среды проживания (к10м, к11°, К4 3) , a для коммерческих зданий в зависимости от их назначения и пожеланий за-

39

казчика в качестве оптимизируемых ЛКО можно считать, например, декоративность строительных материалов и изделий, архитектурнохудожественную выразительность конструкций и здания, удобство его объемнопланировочного решения (к12м, К130, к123). Оптимизируемыми ЛКО для «интеллектуального» здания могут быть регулируемость определенных свойств материалов, изделий, элементов конструкций, параметров микро-

климата помещений здания (к13м, К140, к133).

По сравнению с проектируемыми зданиями для эксплуатируемых объектов диапазон регулирования свойств исследуемой системы более ограничен. Для этих зданий очень важно определить те локальные критерии эффективности, оптимизация которых может радикальным образом изменить величину основной целевой функции и повысить адаптированность сооружения к природно - климатическим условиям местности и особенностям застройки. Например, в условиях воздействия сильных ветров в холодное время года, являющихся причиной больших теплопотерь здания за счет инфильтрации холодного воздуха в помещения, на первый план выходят конструктивные и технические энергосберегающие мероприятия по оптимизации локального критерия К4° путем минимизации неконтролируемой воздухопроницаемости.

Вопросы энергосбережения рассматриваются в сформулированной методике решения задачи по распределению тепла между N числом зданий, имеющих ограждающие конструкции различной тепловой инерции D. В зависимости от величины последней она учитывает сдвиг во времени максимальных тепловых потерь QNmax-=f(D) и дополнительные теплопотери ΔQ=f(D)N через наружные ограждения, имеющие одинаковое сопротивление теплопередаче R0r. В случае разных значений R0r производится ранжи-

рование величины QNmax: QNmax =f (Ror) + ΔQN (21) Анализ результатов решения этой задачи показал, что специфика тепловой защиты зданий в единой энергосистеме застройки при воздействии различных сочетаний климатических факторов обладает определенным энергосберегающим потенциалом, особенно в условиях имеющегося ограниченного количества тепловых ресурсов. При воздействии на застройку зданий такого сочетания климатических факторов, как сильный ветер при температуре наружного воздуха ниже нуля и интенсивное солнечное облучение, изменение величины безразмерных показателей k ij , связанных с энергоактивностью незатененных и развернутых на южную сторону зданий и их наружных ограждений, может обозначать уменьшение расхода тепловой энергии на их отопление за счет использования тепла солнечной радиации. Особенности проведения мероприятий по энергосбережению в зданиях такой застройки с регулируемой энергосистемой заключаются в перераспределении возможного избытка тепловой энергии (передачи ее от этих зданий к другим, испытывающим ее дефицит).