Анализ современных тенденций в мировой практике проектирования и строительства показывает, что минимизация собственного веса здания весьма актуальна. Снижение веса здания позволяет экономить арматуру и бетон за счет снижения нагрузок на фундаменты и несущие конструкции.

Целесообразно снижение веса сооружения и при строительстве в сейсмически опасных регионах, в регионах с подрабатываемыми различными горными выработками территориями, в районах вечной мерзлоты.

Уровень тепловой защиты здания должен быть максимальным, а уровень энергопотребления – минимальным. Нормируемые параметры тепловой защиты зданий и их энергетическая эффективность установлены в СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий»: классы A и B энергетической эффективности зданий – очень высокий и высокий, C – нормальный.

В конструкциях зданий должны применяться экологически безопасные, низкоэнергоемкие строительные материалы, изготавливаемые по малозатратным технологиям на базе преимущественного использования продуктов переработки техногенных отходов и/или местных природных сырьевых ресурсов.

Модифицированные легкие бетоны на пористых заполнителях и бетоны различных видов и назначения (от особо легких теплоизоляционных до конструкционных высокопрочных, в т. ч. высокой морозостойкости, водонепроницаемости, огнестойкости или жаростойкости) разработаны и исследованы в НИИЖБ (Научно-исследовательский институт бетона и железобетона). К числу современных высокоэффективных легких бетонов относится модифицированный полистиролбетон как новый класс низкоэнергоемких композиционных вяжущих, в частности, на базе продуктов переработки металлургических шлаков и шламов различных видов.

Наиболее теплотехнически эффективен для применения в наружных стенах монолитный полистиролбетон с высокопоризованной и пластифицированной матрицей. Этот материал целесообразен для утепления плит покрытий, чердачных перекрытий и перекрытий над техподпольями.

Перспективной конструктивно-технологической системой энергоэффективного здания является следующая: несущий каркас выполняется сборно-монолитным из высокопрочных легких бетонов классов до В50 включительно на базе низкоэнергоемких и низкотеплопроводных, и в то же время достаточно прочных пористых заполнителей, а наружные стены – самонесущими в пределах этажа из особо легких бетонов преимущественно на низкоэнергоемких композиционных вяжущих (монолитные в несъемной опалубке или в виде кладки из блоков и армированных перемычек).

Расчеты (прочностные в комплексе с теплотехническими) показывают, что заменяя тяжелый бетон в несущих конструкциях, выходящих за «теплые стены» зданий, на равнопрочный и низкотеплопроводный легкий, можно существенно выиграть не только в снижении массы здания (до 30 %), но и в повышении теплотехнической однородности ограждения. Последнее способствует либо сокращению расчетной толщины наружной стены от 10 до 20 %, либо при сохранении толщины – снижению энергозатрат на отопление здания, т. е. повышению его энергоэффективности. Снижение же массы здания позволяет сократить на 10–15 % расход арматуры и бетона в его несущих конструкциях.

В каркасных жилых зданиях г. Воронежа (объекты ООО «Воронежстроймонолит») наружные стены возводятся трехслойными с монолитной теплоизоляцией из полистиролбетона марки D200 в несъемной опалубке различных видов, а элементы монолитного несущего каркаса выполняются из легких бетонов классов по прочности на сжатие до В40 включительно. Применяются высокоподвижные смеси на пористом шлаковом гравии со стекловидной оболочкой, технология производства которого разработана НИИЖБ и Уральским институтом черных металлов и характеризуется на порядок меньшими энергозатратами на производство и меньшей в 3–5 раз себестоимостью в сравнении с лучшими видами керамзита, в т. ч. высокопрочного, и при этом не уступает им по основным строительно-техническим свойствам.

В последнее время при строительстве высотных зданий за рубежом все большее применение в несущих конструкциях находят легкие бетоны, в т. ч. высокопрочные, при этом руководствуются не только снижением массы конструкций, но и вопросами безопасности при пожаре.

Используя принципы проектирования энергоэффективного дома (нулевого дома, пассивного дома, энергосберегающего дома) – архитектурные, конструктивные, инженерные решения – на любом объекте могут быть существенно улучшены показатели по энергосбережению.

Энергоэффективный дом – это здание с пониженным потреблением энергии на отопление (по сравнению с действующими нормами в 2–5 раз). Пассивный дом отличается от энергоэффективного тем, что комфортный температурный режим в нем поддерживается и вовсе без применения активных систем отопления и охлаждения. Внутренняя температура в пассивном доме при отключении всех инженерных систем снижается не более чем на 1°С/сутки, даже в условиях мороза.

Существенное снижение затрат на отопление (охлаждение) в энергоэффективных зданиях достигается за счет:

♦ рациональной планировки и расположения объекта на местности с ориентацией максимального количества окон на юг, минимальной наружной поверхностью стен и т. д.;

♦ усиление в несколько (2–4) раз теплоизоляции стен, перекрытий и кровли;

♦ установка энергоэффективных окон;

♦ использование рекуперационной системы вентиляции;

♦ аккумулирование солнечного тепла в конструкциях здания;

♦ использование низкопотенциального тепла грунта и грунтовых вод в системах отопления (кондиционирования) – тепловых насосов.

Наиболее экономичным и технологичным решением для хорошо утепленного здания является каркасная стена толщиной 45–50 см, заполненная эффективным целлюлозным утеплителем – эковатой. Эковата – целлюлозное волокно с добавками антипиренов и антисептиков.

Эковата, подаваемая в конструкцию по шлангу выдувными машинами, проникает в самые труднодоступные полости и зазоры, образуя непрерывный и бесшовный теплоизоляционный контур. Сохраняет теплопроводность при значительном увлажнении материала (до 20 %). Отпадает необходимость в устройстве пароизоляции с внутренней стороны стены. Здания, утепленные эковатой, «дышат» аналогично деревянным.

Благодаря добавкам антисептиков и антипиренов (нетоксичных, нелетучих, безопасных для человека), эковата относится к группе трудновоспламеняемых материалов, сохраняет изолирующую способность при пожаре, эффективно замедляет распространение огня в конструкциях, исключает появление грибка, плесени, грызунов и насекомых.

Технология позволяет:

♦ снизить затраты на утепление дома за счет низкой цены эковаты (от 500 до 900 рублей за м³ при плотности 35–45 кг/м³) и за счет высокопроизводительной механизированной подачи утеплителя в конструкцию;

♦ сократить сроки строительства дома за счет использования пневмотранспортных машин для подачи эковаты в конструкции с производительностью до 20 м³/час;

♦ внедрить в практику малоэтажного строительства возведение доступных, энергоэффективных домов с ультранизкими затратами на отопление с толщиной изоляции в стенах до 45–50 см, стоимость строительства которых лишь на 10 % превышает стоимость традиционного дома с толщиной изоляции 15 см.

Затраты на утепление фасада по описанной технологии (без учета чистовой отделки и усиления фундамента) в среднем составляют 350–400 руб./м², что в несколько раз дешевле использования любого другого теплоизоляционного материала. Срок окупаемости составляет не более 3 лет. Затраты на отопление снижены в 8 раз.

Работы по утеплению зданий (рис. 7.52) актуальны для всех типов строений и жилых сооружений на территории РФ. Природные аномалии в виде холодов и заморозков вероятны на всем пространстве, поэтому работы по утеплению фасадов, полов, фундамента, крыши могут быть рекомендованы во всех регионах страны.

Рис. 7.52. Утепление здания

Исследования, проводимые в Европе, показывают выгоду уже только от одного утепления. Например, благодаря качественной теплоизоляции крыши можно экономить около 7,5 евро/м² площади крыши в год, инвестиции, потраченные на утепление (около 30 евро/м²), окупятся в течение четырех лет. На протяжении срока службы крыши экономия составит 226 евро/м², а это означает, что на 1 евро, потраченный в процессе строительства на изоляцию, прибыль составит 7 евро. Экономить ресурсы, средства, а также сохранять экологию окружающей среды можно без ущерба для комфорта и качества жизни.

Общая площадь эксплуатируемых зданий в России составляет около 5 млрд м². На их отопление расходуется 400 млн тонн условного топлива в год или более трети энергоресурсов страны. Особенно остро эта проблема встает в коммунальном хозяйстве, которое потребляет до 20 % электрической и 45 % тепловой энергии, производимой в стране. На единицу жилой площади в России расходуется в 2–3 раза больше энергии, чем в Европе. И это не следствие холодного климата! Несмотря на суровые условия, вопросам энергосбережения у нас не придавалось сколько-нибудь серьезного значения – благодаря крайне низкой стоимости энергии. В табл. 7.9 можно видеть, насколько расточительным было отечественное строительство.

Таблица 7.9. Расход тепловой энергии по типам зданий в России

В Европе существует следующая классификация зданий в зависимости от их уровня энергопотребления:

♦ «Старое здание» (здания, построенные до 1970-х годов) – требуют для своего отопления около трехсот киловатт-часов на квадратный метр в год: 300 кВтч/м² в год;

♦ «Новое здание» (с 1970 до 2000 года) – не более 150 кВтч/м² в год;

♦ «Дом низкого потребления энергии» (с 2002 года в Европе не разрешено строительство домов более низкого стандарта) – не более 60 кВтч/м² в год;

♦ «Пассивный дом» – не более 15 кВтч/м² в год;

♦ «Дом нулевой энергии» (здание, архитектурно имеющее тот же стандарт, что и пассивный дом, но инженерно оснащенное таким образом, чтобы потреблять исключительно только ту энергию, которую само и вырабатывает) – 0 кВтч/м² в год;

♦ «Активный дом» – здание, которое с помощью установленного на нем инженерного оборудования: солнечных батарей, коллекторов, тепловых насосов, рекуператоров, грунтовых теплообменников и т. п. вырабатывает больше энергии, чем само потребляет.

В России также существует ряд документов (постановления, рекомендации, указы, нормативы, территориальные нормы), регулирующих энергопотребление зданий и сооружений. Например, ВСН 52–86, определяющий расчет и требования для системы горячего водоснабжения с использованием солнечной энергии.

Во всем мире к 2006 году построено более 6000 пассивных домов, офисных зданий, магазинов, школ, детских садов. Большая их часть находится в Европе.

В ряде европейских стран (Дания, Германия, Финляндия и др.) разработаны специальные целевые государственные программы по приведению всех объектов регулярной застройки к условно-пассивному уровню потребления энергии (дома ультранизкого потребления – до 30 кВтч/м²в год).