Чтобы в доме было тепло и прохладно
Четверть энергии, производимой в стране, потребляют наши жилища и коммунально-бытовые предприятия.
Растет население, увеличиваются число и размеры квартир, высота зданий, и с ними растут расходы топлива на поддержание комфортных условий в жилищах.
О высоте упоминается не случайно. Потери тепла пропорциональны поверхности здания. Чем больше поверхность, тем больше потери тепла. Значит, самый выгодный дом должен быть в виде шара. У него наименьшее отношение поверхности к объему. Внутри можно разместить много комнат. Однако жилым такой дом делать нельзя: внутренние комнаты не будут иметь доступа к дневному свету. Поэтому архитекторы и стараются часть помещений, в которых необязателен дневной свет (коридоры, ванные, санузлы, шахты для лифтов, лестничные клетки), размещать в центральных частях зданий Через наружные стены уходит до 40 процентов тепла. Тут никаких хитростей не придумаешь; нужно просто увеличить термическое сопротивление стен. Делать это можно по-разному. В ряде стран используются трехслойные панели: между двумя железобетонными или тами располагается теплоизоляция. Потери тепла в этих панелях уменьшаются не менее чем в полтора раза.
У нас в стране пока такие панели не делают. Указываются две причины. Архитекторы и строители не удовлетворены темп решениями, которые предлагаются для соединения таких панелей между собой. Другая причина - и более простая, и более сложная - нет достаточного количества хороших теплоизоляционных материалов. Более простая потому, что организовать достаточно масштабное производство теплоизоляции можно и трудностей здесь нет. А вот сложная оттого, что теплоизоляционных материалов мало и они очень дороги.
тогда как такая тепловая изоляция нужна не только домам: ждут ее трубопроводы с горячим теплоносителем.
всевозможные печи, химическое и технологическое оборудование, автомашины, самолеты и зимняя одежда Это важнейшая проблема. Решить ее дело исследователей разных специальностей. Внесли и внесут свой вклад даже биологи.
В далекой северо-восточной точке нашей страны, па реке Колыме, есть единственный в мире стацгопар для оленей - Рангифер. Ученые Магаданского института биологических проблем Севера изучают секреты оленя.
Каким образом он, единственная зимняя пища которого всего-навсего подснежный ягель, способен пережить суровую зиму Севера? Тайн здесь много, не все они еще раскрыты. Но вот один из выводов: у северного оленя идеальная тепловая изоляция. Его мех состоит не из сплошных волосков, а из полых. Если величину теплоизоляции у оленя принять за 10 единиц, то по сравнению с ним белка просто раздета - всего 3 единицы.
Но и это не все. Зимой кончики волосков как бы разбухают, утолщаются и не пускают холодный воздух к коже. Мех становится тепловой броней. Есть чему поучиться человеку!
Использовать хорошую тепловую изоляцию можно по-разному: наклеить на стены теплоизолирующие обои (так делают в ФРГ) пли разместить ее снаружи, закрыв защитными листами (так поступают в Англии). У нас при реконструкции домов на стены напыляют смесь асбеста, минеральной теплоизоляции и цемента.
Одни из наиболее емких потребителей теплоизоляции - теплотрассы. Таких трубопроводов у нас в стране более 200 тысяч километров. Изоляция для них должна быть прочной и не разрушаться, пока трубы везут с завода. Она должна защищать металл от коррозии и не поглощать влагу. Пока еще нет удовлетворительных решений всех этих задач. Иногда изоляцию делают многослойной: один слой теплоизоляционный, другой просто изоляционный, третий - прочный. (Такие теплотрассы очень дороги. Например, один ее километр от атомной станции теплоснабжения мощностью миллион киловатт стоит пока около миллиона рублей.)
Теплопровод укладывается в специальный гидроизолированный канал с бетонными или кирпичными стенками. Однако все же грунтовые воды довольно быстро проникают в канал, изоляция намокает и разрушается, потери тепла возрастают в несколько раз. По оценкам Всесоюзного научно-исследовательского и проектного института энергетики, в промышленности только по этой причине ежегодные потери достигают 10-15 миллионов тонн условного топлива, то есть около 5 процентов тепла, требующегося для обогрева жилья и коммунально-бытовых предприятий. Неудивительно, что с этими потерями борются все и всюду. Но ведь это так и нужно: не везде оптимальные решения должны быть одинаковыми.
Вот известия из Кирова. В фенолформальдегидные смолы для вспенивания добавляют местное сырье - отходы сланцевой промышленности - гидрохлорид.
В качестве наполнителя используют мелкую щепу - отходы фанерного шпона. Получается теплоизоляция с хорошими свойствами. В Тюменской области теплоизоляция - дефицитный материал. Вязкость тюменской нефти при низкой температуре велика, и чтобы ее перекачать, нужно подогреть. Поэтому нефтепровод изолируется Необходимо изолировать и газопроводы. В общем, изоляция нужна. А минеральных ископаемых для производства изоляции в Тюмени нет. В Тюменском институте изоляционных материалов нашли выход: на основе торфа, имеющегося в избытке вокруг промыслов, научрлтсь получать теплоизоляционные материалы. Из смеси торфяной крошки, жидкого стекла, золы топок получили гранулы для изготовления теплоизоляционных материалов. Из торфяной крошки и обычных невспенивающихся глин стали производить керамзит - заполнитель легких бетонов.
Во многих районах теплоизоляция производится из материалов, имеющихся в изобилии вокруг. Попыток было много. Однако различные виды армопенобетона, битумоперлита, фенолыюго поропласта быстро увлажнялись, старели. Сейчас по способу, разработанному во ВНИИэнергопроме, строятся цеха для производства труб диаметром 300-400 миллиметров, покрытых изоляцией из пенополимербетона. Создателям удалось сделать изоляцию с закрытой пористостью. Поры в материале обусловливают хорошие теплоизолирующие свойства, по если они соединены между собой, то такой материал подвержен быстрому увлажнению.
Прч создании изоляции смесь готовится в стандартком растворосмесителе и заливается в форму, в которую уложена труба. После процесса вспенивания в течение получаса оболочка остывает и твердеет. Процесс полимеризации завершается через несколько суток.
Если надежды, связанные с этим способом создания изоляции, оправдаются, это будет большим успехом в деле экономии энергии и создания дешевых средств передачи тепла на большие расстояния.
Атака на материалы продолжается. Сообщение гн Польши - "Огнеупорная броня". Польские ученые создали материал, который по теплоизоляционным свойствам в 600 раз лучше огнеупорного кирпича. Это пористая угольная пена. Она не горит и легко обрабатывается. На воздухе легко выдерживает температуру до 300 градусов Цельсия.
Газета "Социалистическая индустрия" в заметке "Черный снег" сообщает, что в институте электроугольных изделий разработан способ получения "вспученного", или термически расщепленного, графита. Графитовые частицы, прошедшие специальную обработку серной кислотой под действием теплового удара, взрывообразно вспучиваются, увеличиваясь в объеме в 100- 200 раз. Из этого материала можно получить почти невесомые толстые теплоизоляционные плиты, выдерживающие в бескислородной среде температуру до 3 тысяч градусов Цельсия.
Такой поток сообщений и радует и настораживает.
Часто желаемое выдается за достигнутое. А ведь любой научный вывод требует многократной проверки "на прочность". Скажем, материал с теплопроводностью, меньшей в 600 раз теплопроводности огнеупорного кирпича, должен быть лучшим теплоизолятором, чем воздух.
А такое вряд ли возможно. Но это, пожалуй, другая тема, которую развивать здесь мы не собирались. Вернемся в квартиру.
Любое здание должно вентилироваться. В жилых домах это происходит за счет естественной конвекции воздуха. Дом - как тяговая печная труба: снизу через лестничные клетки, через различные неплотности в него поступает холодный, а главное, свежий воздух, а через специальные вентиляционные каналы из здания выходит грязный и подогретый. Понятно, с ним уходит и тепло, но с этим почти ничего не сделаешь. Кухни, ванные, санузлы нужно вентилировать. Использовать это уходящее тепло в жилых зданиях и камеральных административных помещениях пока неэкономично. Нужно только позаботиться, чтобы вентиляция не была избыточной, то есть чтобы не уходил лишний подогретый воздух.
Если же говорить о промышленных зданиях и цехах, то картина меняется. Здесь количество выбрасываемого тепла с вентиляцией возрастает, поскольку интенсивность замены воздуха часто должна быть очень высокой.
В первую очередь это относится к производствам, технология которых связана с сильным загрязнением воздуха. Здесь становится выгодным организовать отбор тепла от выбрасываемого из цеха воздуха и подогревать его при входе.
Есть и такие виды технологий, для которых целесообразно организовать полную замкнутую систему циркуляции воздуха.
Во многих гостиничных и административных помещениях, в которых воздух почти не загрязняется, а также в промышленных зданиях со специальной технологией, требующей воздуха особой чистоты, целесообразно организовать замкнутые системы циркуляции воздуха с его очисткой, охлаждением или подогревом. Здесь также нужно предусматривать регенерацию тепла зимой.
Через окна в наши дома вливаются свет и воздух.
А зимой через эти же окна уходит до 40-50 процентов тепла. Как уменьшить эти потери? Ранее наши предки просто делали маленькие окошки. Сейчас - напротив.
В некоторых административных зданиях стены состоят целиком из стекла. Отдельные архитекторы утверждают, что это не только светло, но красиво и дешево. Спору нет. Но летом жарко и душно. А зимой? Потери тепла возрастают многократно. Следовательно, остекление должно быть оптимальным, и здесь недопустимо шараханье. Сейчас выработана такая норма: площадь окон не должна быть больше 15 процентов площади комнат.
Оптимальна ли такая норма с точки зрения создания комфортных условий?
Время покажет. Сейчас же идут поиски способов, применив которые можно несколько примирить противоречивые требования к размерам остекления. Один из них - создание трехслойных окон. При этом световой поток немного уменьшится, ухудшатся условия эксплуатации, но потери тепла через окна уменьшатся на одну треть.
Это предложение родилось давно, но сам я трехслойных окон еще не видел. Хотя обещания ответственных за это лиц применять их читал. Конечно, такие окна дороже. Но у них есть еще одно качество, ценное для больших городов: уменьшение шума в административных и жилых помещениях. Вот в этих городах мы и должны в первую очередь увидеть такое новшество.
Да и жители сурового климата не откажутся от него.
Рождаются и новые идеи. Несколько лет назад на конкурсе по экономии энергии, проводившемся за рубежом, победило изобретенное нового вида стекло, которое, свободно пропуская подавляющую часть светового спектра, не дает уходить из помещения тепловому излучению. С помощью таких стекол комнаты превращаются в хорошие ловушки для солнечной энергии. Достигается это специальной обработкой, называемой металлизацией стекла.
Изобретение получило широкое признание зарубежных специалистов. А ведь, по сути дела, оно было сделано у нас в стране более трех пятилеток назад. Более того, две пятилетки назад наша промышленность уже выпускала "теплое" стекло. Это обычное стекло, покрытое тонкой пленкой из двуокиси олова, резко уменьшало поток тепла из комнат. Эксперимент, проведенный в 1974 году на одной из новостроек Москвы, показал, что при установке в доме этих стекол поток тепла уменьшился вдвое.
К сожалению, сейчас такие стекла не выпускаются.
Как сказано в одной из статей журналистки Л. Великановой в "Литературной газете", проводившей обсуждение проблем по экономии энергии, "секрет его изготовления утрачен". Звучит анекдотично, но близко к истине. Министерство промышленности строительных материалов до сих пор не развернуло промышленного изготовления подобных стекол. А зарубежные проспекты рекламируют: "Покупайте теплоотражающее стекло "термоплюс".
Теперь - об экономике. Поскольку стекло не выпускается, то и стоимости его нет. Но в уже упомянутой статье одно число приведено. Дополнительные затраты составляют 25 копеек на квадратный метр стекла. Приняв, что на десять квадратных метров площади помещеиия достаточно 1,5 квадратного метра окна, получим, что в пересчете на один квадратный метр площади дополнительные затраты составят около 3 копеек. Расходы тепловой энергии на тот же квадратный метр помещения существенно зависят от климатических условий.
Возьмем некоторую среднюю величину расхода, скажем, 50 килограммов условного топлива в год. Если "теплое"
стекло сэкономит 15 процентов, то есть 7 килограммов в год, то только по стоимости топлива это дает около 20 копеек, а с учетом всех других затрат на производство энергии - 30 копеек на квадратный метр зданий.
Вернемся к жилым домам. Большинству знакома такая ситуация: светит солнце, температура на улице начала подниматься, радиаторы в комнатах тоже горячие, и сверх нормы начинает расти температура. Единственный выход открыть форточку или даже окно и выпустить тепло наружу.
Работа системы обогрева жилых помещений городского микрорайона не так проста, как кажется на первый взгляд. Распределение горячей воды отрегулировано на определенный тепловой оптимум. Но вот условия изменились. Подул ветер - значит, в одних квартирах стало прохладнее, вышло яркое солнце - в других стало теплее. И если на теплоэлектростанции вдвое уменьшить расход горячей воды, то это не значит, что во всех квартирах температура уменьшится во столько же раз.
Все будет сложнее, и в разных точках системы подвод тепла изменится разным образом.
Все это говорится для того, чтобы было понятно, что только регулированием расхода горячей воды, отпускаемого котельной или теплоэлектростанцией, создать нужное распределение тепла невозможно. Квартиры находятся в разных условиях.
Решение как будто бы лежит на поверхности. Нужно установить регулятор расхода горячей воды в каждой квартире, а еще лучше - в каждой комнате: ведь иногда в квартире одни окна выходят на юг, а другие на север.
Такой регулятор должен состоять из регулирующего вентиля, его электропривода, датчика температуры и релейного устройства, дающего команду на включение и выключение двигателя. Перечислен, конечно, очень упрощенный набор. Создать его нетрудно даже из выпускаемых нашей промышленностью узлов.
Необходимость установки автоматических регуляторов в некоторых странах уже диктуется законом.