Проекты домов

 

Проекты домов, общественных зданий, посёлков и пр.

 







Архитектурное бюро Глушкова


Опубликовано: Май 18, 2017

Внедрение региональных норм по энергоэффективности зданий в России

Ю.Матросов и И.Бутовский

В последнее время в журналах строительного профиля  начинают появляться публикации, развивающие разработанные НИИСФ совместно с ЦЭНЭФ и НРДС новые подходы по нормированию теплозащиты зданий. Эти подходы, впервые реализованные в 1997 в виде проекта типовых Территориальных Строительных Норм (ТСН) по теплозащите зданий, опубликованы нами ранее в труднодоступных для широкой научно-технической общественности изданиях. Восполняя этот пробел, предлагаем программную статью о существе этого принципиально нового подхода, разработанного в полном соответствии с требованиями СНиП 10-01-94* и реализованного в типовых Территориальных Строительных Нормах (ТСН) по теплозащите зданий для регионов РФ, в ТСН 301-23-98 ЯО Ярославской области,в проекте нового московского МГСН 2.01-98 и проекте федерального СНиП по теплозащите зданий.

Жилой фонд зданий в России с точки зрения энергоиспользования является весьма неэффективным. Проводимая в прошлые годы политика "дешевых" энергоносителей привела к строительству зданий с невысоким уровнем теплозащиты, а отсутствие средств регулирования и учета расхода тепловой энергии, горячей и холодной воды и природного газа создавало условия для их расточительного потребления. Завышенному потреблению тепловой энергии способствовали также низкая эффективность автономных теплогенераторов, большие теплопотери в тепловых сетях при централизованном теплоснабжении, отсутствие оперативного управления параметрами теплоносителя и прочее. Удельные теплопотери в жилых зданиях имели тенденцию к росту в среднем с 200 Гкал/тыс.м2 в 1975 г. до 225 Гкал/тыс.м2 в 1990 г.

Введенные в 1995 г. изменения в СНиП "Строительная теплотехника", а также утвержденные Правительством Москвы в 1994 г. Московские городские строительные  нормы МГСН 2.01-94 "Энергосбережение в зданиях" уже привели к созданию новых и реконструируемых зданий с эффективным использованием энергии [1]. Однако в этих документах еще не могли найти отражение требования федерального закона "Об энергосбережении", принятого в 1996 г. (№ 28-ФЗ от 03.04.96), Федеральной целевой программы "Энергосбережение России", принятой Постановлением Правительства РФ № 80 от 24.01.98г.,  и постановления Правительства РФ №1087 1995 г. "О неотложных мерах по энергосбережению" относительно показателей энергоэффективности и проводимой Правительством РФ реформы жилилищно-коммунального хозяйства.

Известно, что Госстрой РФ также поддерживает энергосберегающую политику (Постановлениями № 18-14 от 6.06.97 г. "Об экономии энергоресурсов при проектировании и строительстве" и № 18-11 от  2.02.98 г. "О теплозащите строящихся зданий и сооружений"). По заданию Госстроя РФ НИИСФ РААСН уже разработал Свод Правил "Проектирование теплозащиты зданий". В этом документе нашли отражения те вопросы, которые вызывают наибольшие затруднения при проектировании в свете изменений  №3 и №4 СНиП II-3-79*. Для подготовки проектировщиков к новым принципам проектирования теплозащиты в Своде правил приведены энергетические параметры здания и методы их расчета. Кроме того в настоящее время в Госстрое РФ уже принято решение о разработке норм по теплозащите зданий на основе потребительского подхода к строительному проектированию в соответствии с требованиями СНиП 10-01-94*. Такое же решение приняло и московское правительство: по его заданию на той же принципиально новой основе разработан проект норм МГСН 2.01-98 "Энергосбережение в зданиях".

Постановка Задачи

В качестве главного потребительского требования с общегосударственной (или региональной) точки зрения предлагается установить нормативы по удельному расходу энергии на отопление зданий за отопительный период в местах первичного потребления топливных ресурсов (например, по расходу газа в котельных или мазута на ТЭЦ). Таким образом при нахождении уровня теплозащиты рассматривается вся цепочка от первичного преобразования топлива в тепловую энергию, теплопотери при транспортировке теплоты потребителю и преобразование ее в низко потенциальные парамеры в тепловых пунктах и эффективности систем отопления.

С другой стороны, в здании должны обеспечиваться комфортные условия пребывания в нем людей, что также является потребительским требованием. Таким образом, создание комфортных условий в здании при заданных расходах энергии на их поддержание и составляет главную задачу с точки зрения потребителя (государства и пользователя). И, наконец, санитарно-гигиенический аспект теплотехнического проектирования приводит к требованию о недопустимости образования конденсата на внутренних поверхностях ограждающих конструкций.

            Такой подход (потребительский) предусмотрен СНиП 10-01-94* и он в различных вариантах успешно аппробирован за рубежом: в США [2], Канаде [3,4], Дании [5], Объединенной Европе[6] и дал положительный результат. Основное преимущество заключается в достижении явного энергосберегающего эффектаю как для государства в целом, так и для отдельного региона.

Критерии по энергетической эффективности

В основу выбора критериев для зданий с эффективным использованием энергии заложен принцип удовлетворения главных потребительских требований, которым должно отвечать построенное здание [7]. Таких нормативных требований, как кратко сказано выше, установлено три:

-- предельный уровень удельного энергопотребления на отопление системой теплоснабжения здания за отопительный период;

-- требования по комфорту в помещениях здания;

-- условия невыпадения конденсата на внутренних поверхностях ограждений.

Рассмотрим эти требования более подробно.

Первое требование устанавливает предельное значение удельного энергопотребления на отопление системой теплоснабжения здания в течение отопительного периода [8]. Этот показатель определяется с учетом эффективности системы теплоснабжения в целом как количество энергии на отопление, подводимое в течение отопительного периода от первичного источника энергии (топлива) к потребителю теплоты, приходящееся на квадратный метр общей отапливаемой площади здания (или на кубический метр отапливаемого объема) по отношению градусо-суток отопительного периода. Требуемый уровень удельного энергопотребления qereq устанавливается на основе энергетической ситуации в стране или в регионе, исходя из баланса энергозатрат по секторам хозяйственной деятельности. При этом норматив qereq, по нашему мнению, не может быть больше величины, вычисляемой на базе поэлементных требований второго этапа внедрения СНиП II-3-79* (изд.1998) при условии подключения зданий к централизованной системе теплоснабжения. В результате определяется энергетическая эффективность всего комплекса теплообеспечения здания, включая его теплозащиту и систему его теплоснабжения.

Проектный удельный расход тепловой энергии системой теплоснабжения на отопление здания qedes в течение отопительного периода должен быть меньше или равен требуемому значению qereq и определяется путем выбора теплозащитных свойств оболочки здания и типа, эффективности и метода регулирования используемой системы теплоснабжения и отопления

                                    qereq ³ qedes = qhdes / hodes                                         (1)

где       qereq - требуемый удельный (на 1 м2 полезной площади [на 1 м3 отапливаемого объема]) расход тепловой энергии системой теплоснабжения на отопление здания, Вт.ч/(м2.oC.сут) [Вт.ч/(м3.oC.сут)];

            qedes - расчетный удельный расход тепловой энергии системой теплоснабжения на отопление здания, Вт.ч/(м2.oC.сут) [Вт.ч/(м3.oC.сут)];

            qhdes - расчетный удельный расход тепловой энергии на отопление здания, Вт.ч/(м2.oC.сут) [Вт.ч/(м3.oC.сут)];

            hodes - расчетный коэффициент энергетической эффективности системы теплоснабжения здания.

            Расчетный удельный расход тепловой энергии на отопление здания qhdesне должен превышать вычисляемый требуемый удельный расход qhreq по формуле

                                    qhdes Ј qhreq = qoreqhodes                                         (2)

где       qhreq - вычисляемый требуемый удельный расход тепловой энергии на отопление здания, Вт.ч/(м2.oC.сут) [Вт.ч/(м3.oC.сут)], с учетом автоматического регулирования системы и непроизводительных теплопотерь в здании.

            При проектировании здания конечный результат получают путем варьирования теплозащиты здания, объемно-планировочных решений здания и выбора тех или иных систем теплоснабжения и способов регулирования. Очевидно, что требуемая энергоэффективность может быть достигнута за счет баланса уровня теплозащиты, объемно планировочных решений и эффективности системы теплоснабжения.

            Например: Предположим, что требуемый удельный расход тепловой энергии системой теплоснабжения qereq может быть 60 Вт.ч/(м2.oC.сут). Если проектируемое многоэтажное здание подключить к системе централизованного теплоснабжения, то коэффициент эффективности hodes может быть 0,55. В этом случае удельное потребление тепловой энергии зданием должно быть qhdes = 33 Вт.ч/(м2.oC.сут), т.е. теплозащита, включая влияние объемно планировочного решения и воздухообмена, должны обеспечить это энергопотребление. Если же подключить это же здание к модульной газовой крышной котельной при hodes = 0,85, то получим qhdes = 51 Вт.ч/(м2.oC.сут), т.е. в этом случае возможно запроектировать существенно меньшую теплозащиту с достижением равного энергосберегающего эффекта для страны, что и в первом случае.

            Процесс проектирования здания включает следующие этапы:

            1. Определяется климатический район строительства и выбираются требуемые климатичаские параметры согласно СНиП 2.01.01-82;

            2. Выбираются параметры воздуха внутри здания и условия комфортности согласно назначения здания;

            3. Разрабатывается объемно-планировочное решение и рассчитываются его характеристики;

            4. Выбирается система теплоснабжения, определяется ее коэффициент эффективности hodes ;

            5. Определяется нормативное требование: удельный расход тепловой энергии системой теплоснабжения qereq по типу здания и его этажности согласно таблицы 4;

            6. Рассчитывается нормативное требование - удельного расхода тепловой энергии на отопление здания qhreq по формуле (2);

            7. Назначается первый вариант уровня теплозащиты ограждающих конструкций исходя из минимальных требований по условиям комфорта (Romin по известной формуле (1) СНиП II-3-79* (изд.1998 г.) и недопустимости образования конденсата, т.е. рассчитывается сопротивление теплопередаче стен, покрытий (чердачных перекрытий), цокольных перекрытий, окон и фонарей согласно этих минимальных требований;

            8. Назначается требуемый воздухообмен согласно СНиП 2.08.01-89* и СНиП 2.08.02-89* и другим нормам проектирования соответствующих зданий и сооружений;

            9. Рассчитывается удельное энергопотребление здания qhdes и сравнивается с требуемым значением qhreq согласно п.6. Расчет заканчивают в случае, если расчетное значение меньше или равно требуемому;

            10. Если расчетное значение больше требуемого, осуществляется перебор вариантов до достижения предыдущего условия. При этом возможны четыре варианта:

           а. изменение объемно - планировочного решения здания (размеров и формы),

           б. повышение уровня теплозащиты для отдельных ограждений здания,

           в. выбор более эффективных систем отопления, вентиляции и теплоснабжения, и пересчет требуемого значения qhreq согласно п.6.

           г. комбинирование вариантов б и в используя принцип взаимозаменяемости.

           11. Проверяются принятые конструктивные решения наружных ограждений на удовлетворение требований СНиП II-3-79* (изд.1998) по теплоустойчивости, воздухопроницаемости и паропроницаемости, обеспечивая, при необходимости, конструктивными изменениями выполнение этих требований.

           В таблице 1 приведена классификация жилых зданий по степени энергетической эффективности -- по удельному энергопотреблению qo системой теплоснабжения здания. Данные в таблице базируются на результатах исследований авторов [9]. В таблице 2 приведена аналогичная классификация зданий ФРГ [10]. Как видно из таблицы 1, здания, построенные в соответствии с первыми этапами внедрения СНиП II-3-79* и МГСН 2.01-94, уже являются зданиями с эффективным использованием энергии, а в соответствии со вторым этапом внедрения-- обеспечат снижение энергопотребления на 20-25% по сравнению с первым этапом. Так, например, 17 этажное здание П44/17, возведенное в Москве в соответствии с 1 этапом внедрения МГСН 2.01-94 при подключении его к централизованной системе теплоснабжения с коэффициентом эффективности 0,5 будет иметь удельный расход тепловой энергии системой теплоснабжения  68 Вт.ч/(м2.oC.сут), а в соответствии со 2 этапом внедрения СНиП II-3-79* -- 53 Вт.ч/(м2.oC.сут), что на 22 % снижает энергопотребление.

            Возможен и второй альтернативный вариант, когда норматив устанавливантся по удельному расходу тепловой энергии на отопление зданий qhreq. В этом случае эффективность системы теплоснабжении не учитывается, что значительно снижает возможности этого подхода.

           Вторым стандартизированным показателем потребительского подхода является нормируемый перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции Dtn , который отражает условия температурного комфорта в помещении. Известно, что условия комфорта обуславливаются температурной обстановкой в помещении, характеризуемой как температурой внутреннего воздуха, так и радиационной температурой, формируемой температурами поверхностей всех ограждений помещения, а также асимметрией радиационной температуры на границе зоны обитания. С целью стантизации параметров микроклимата в жилых и общественных зданиях нами с участием Сантехпроекта и АВОК был разработан новый ГОСТ 30494-96 "Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях". Многочисленными расчетами было установлено [11], что принятое ранее Dtn = 6 oC для стен не обеспечивает условия комфорта, а при Dtn = 4 oC заданный комфорт обеспечивает. Аналогичные исследования влияния на комфортные условия были проведены и для других видов наружных ограждающих конструкций. Следует отметить, что по величине этого показателя возможно рассчитать только минимально допустимый уровень теплозащиты элементов ограждающей оболочки здания. При практическом проектировании эти величины обычно не обеспечивают первого требования и возникает необходимость в повышении теплозащиты отдельных элементов.

            Третьим стандартизируемым показателем является известное условие о недопустимости выпадения конденсата на внутренних поверхностях непрозрачных ограждений, которое определяется требованием поддержать температуру внутренней поверхности в любой точке ограждения не ниже температуры точки росы при расчетных условиях. Это условие существенно для теплотехнически неоднородных ограждающих конструкций, как, например, трехслойных с бетонными шпонками, ребрами, а также из листовых материалов.

Таблица 1

Классификация жилых зданий РФ по удельному расходу
тепловой энергии системой теплоснабжения здания

Категория

Характеристика зданий по степени

энергоэффективности

Уровень удельного расхода энергии, qe, Вт.ч/(м2.oC.сут)

I

Здания по СНиП II-3-79**
(Изд.1986 г.)

150 - 100

II

Новые здания по 1 этапу внедрения СНиП II-3-79* (Изд.1998г.) (сегодня)

95 - 65

III

Энергоэффективные здания по 2 этапу внедрения
СНиП II-3-79*(Изд. 1998 г.)
(с 1.01.2000 г.)

80 - 50

IV

Энергоэффективные здания будущего

40 - 35

Таблица 2

Классификация жилых зданий ФРГ по удельному расходу тепловой
энергии системой теплоснабжения здания

Категория

Характеристика зданий по степени энергоэффективности

Уровень удельного расхода энергии, qe, Вт.ч/(м2.oC.сут)

I

Старые здания

126 - 95

II

Новые здания по стандартам ФРГ

63 - 47

III

Энергетически эффективные здания сегодня

25 - 16

IV

Энергоэффективные здания будущего

12,5 - 6,5

            Предложенный (потребительский) подход имеет следующие преимущества:

  • Обеспечивает удовлетворение требованиям СНиП 10-01-94, регламентирующим современные подходы к разработке нормативных документов,
  • Устанавливает в качестве основного норматива удельное энергопотребление здания в целом,
  • Предусматривает достижение заданного энергопотребления комплексным проектированием здания не только за счет повышения теплозащиты ограждающих конструкций, а и за счет применения более эффективных систем отопления и способов их регулирования, за счет эффективности систем теплоснабжения,
  • Устанавливает простые правила и формы по проверке удовлетворения нормативным требованиям,
  • Позволяет осуществлять оперативный перебор вариантов снижения энергопотребления для выявления соответствия нормативным требованиям с помощью персонального компьютера.
  • Обеспечивается возможность более качественного проектирования.

            К недостаткам этого подхода следует отнести:

  • Увеличение объема вычислений,
  • Для достижение большей энергоэффективности необходима более высокая квалификация,
  • Здания в регионе могут иметь различия по уровню теплозащиты в зависимости от источников теплоснабжения.

            Поэлементные требования является традиционными - предлагается их также сохранить для реализации постепенности перехода к новым принципам нормирования и для обеспечения требуемого результата при менее квалифицированном проектировании. Основной недостаток этого подхода в том, что жесткие поэлементные нормативы связывают руки проектировщику, не позволяя использовать для достижения требуемого результата возможности учета влияния объемно-планировочных решений, солнечной радиации и вариаций по ограждающим конструкциям. Он также не соответствует требованиям СНиП 10-01-94.

            Что касается учета эффективности систем теплоснабжения, то работе [19] рассмотрен один из вариантов ее определения. Энергетическая эффективность системы теплоснабжения здания hodes формируется показателями эффективности добычи (hb), транспортировки (htr), сжигания (hboi) топлива, распределения (hall) и регулирования (hreq) тепловой энергии

                                    hodes = hb htr hboi hall hreg                                          (3)

Численные значения этих показателей приведены в табл.3.

Таблица 3

Значения показателей эффективности систем теплоснабжения

Показатель
эффективности

Индивидуаль-
ные системы отопление

Котельная

при доме

квартальная

микрорайона

hb

0,99

0,99

0,99

0,99

htr

0,94

0,94

0,94

0,94

hboi

0,85

0,9

0,81

0,85

hall

--

--

0,97

0,89

hreg

--

0,67 (0,87)

0,67 (0,87)

0,67 (0,87)

hodes

0,79

0,56 (0,73)

0,49 (0,64)

0,47 (0,61)

Примечание: В скобках приведены значения h, условно учитывающие возможность усовершенствования систем теплоснабжения

 

Существующая и разрабатываемая нормативная база

            В результате внесения в 1995 и 1998 годах изменений в СНиП по строительной теплотехнике принятые поэлементные нормативы уже предьявляют высокие требования к  теплозащите отдельных элементов ограждающих конструкций, обеспечивающие главное потребительское требование по снижению энергопотребления здания. Исходя из этого требования, в основу изменений были положены фиксированные величины удельных энергозатрат на отопление зданий в отопительный период, приходящихся на кв.м отапливаемой площади (куб.м отапливаемого объема) и одни градусо-сутки, которые регламентируют теплозащитные свойства отдельных элементов ограждающих конструкций оболочки зданий [12]. При проектировании соответствующих ограждающих конструкций их приведенное сопротивление теплопередаче должно быть не ниже требуемых значений, приведенных в табл. 1а и 1б упомянутого СНиП соответственно для первого (c 1995 г.) и второго (с 2000 г.) этапов внедрения.

            Следует отметить, что утвержденные нормативные требования по сопротивлению теплопередаче ограждающих конструкций установлены едиными независимо от типов конструкций. Также необходимо отметить, что второй этап для малоэтажных зданий из штучных материалов и для всех реконструируемых зданий введен с 1 сентября 1995 г. Таким образом, законодательно стимулируется применение эффективных теплоизоляционных материалов, таких как минеральная вата, пенополиуретан и пенополистирол в многослойных ограждающих конструкциях,.

            Остановимся на вопросе, связанном с исключением в последней редакции редакции СНиП II-3-79* (1995 и 1998 г.г.) нормирования уровня теплозащиты зданий на основе расчета экономически целесообразного сопротивления теплопередаче элементов наружных ограждений и попытками некоторых специалистов реанимировать этот метод. Практика использования этого подхода в течение десятилетий при проектировании зданий так и не позволила установить действительного народнохозяйственного эффекта от его применения. Следующие причины сделали этот подход недеспособным:

  • математически задача была решена только для однородного бесконечного слоя теплоизоляции в наружном ограждении, тогда как  проектирование ограждающей оболочки здания связано с различного рода теплотехническими неоднородностями (оконными проемами, углами, связями между слоями), которые делают практически невозможным правильный выбор уровня теплозащиты по этому методу;
  • метод применяется только к отдельным элементам ограждений (стенам, окнам и др.) и не учитывает совокупность всех ограждающих конструкций, образующих оболочку здания;
  • зависимость приведенных затрат от переменной толщины теплоизоляционного слоя имеет очень пологую кривизну, поэтому поиск минимума функции для установления оптимальной толщины затруднен.
  • непредсказуемость изменения цен на топливо, теплоизоляционные материалы и их монтаж делает нереальным правильный выбор толщины теплоизоляции в мало мальски долговременной (7-10 лет) перспективе; недавнее резкое снижение мировых цен на нефть, обесценивание рубля и невозможность создания устойчивых ценников на все виды строительной продукции доказывают это положение и делает невозможным практические расчеты;
  • метод не учитывает капитальные затраты на создание теплогенерирующих мощностей и стоимость транспортировки теплоты до здания, т.е. по существу не учитывает конечный народно-хозяйственный эффект;

            В практике реального проектирования этот метод не использовался вследствие многочисленных неопределенностей, заложенных в метод. Расчет по нему больше напоминал искусство, чем инженерный расчет.

Несмотря на критику со стороны непрогрессивных специалистов процесс внедрения изменений №3 и №4 СНиП II-3-79* [11] идет успешно. В настоящее время уже 47 из 96 регионов страны перешли на энергоэффективные ограждения. Распространенным решением является повышение теплозащиты панелей при неизменной толщине стен (и существующего парка металлических форм) путем перехода предприятий крупнопанельного домостроения с однослойных панелей на трехслойные. При этом используется реальная возможность для проектировщиков уложиться в существующую градацию металлических форм: 300, 350, 400 и 450 мм. (cм. табл.4). Одним из возможных направлений является переход на двухслойные индустриальные ограждения с наружной теплоизоляцией [12]. Распространенное в Москве решение - несущая или самонесущая бетонная или кирпичная стена, наружная теплоизоляция и облицовка (штукатурка, кирпич или плитки). В связи с этим происходит техническое перевооружение промышленности теплоизоляционных материалов. На ряде предприятий РФ используются прогрессивные технологии и оборудование зарубежных партнеров: по изготовлению минераловатных изделий - в г. Железнодорожный Московской области, Челябинске, Тюмени, по пенополистиролу - в Санкт-Петербурге, в г. Реж Свердловской области. Модернизированы технологические линии на Пермском, Самарском и Волгоградском заводах теплоизоляционных материалов. На семи российских предприятиях организован выпуск теплоизоляционных изделий на основе стекловолокна.

С целью реализации описанного выше потребительского подхода НИИСФ РААСН и АВОК совместно с ЦЭНЭф (Центром Энергетической Эффективности) завершает подготовку новой редакции федерального СНиП по теплозащите зданий [13]. Новый СНиП регламентирует основной показатель отапливаемого здания - удельный (на 1 м2 полезной площади и на 1 м3 отапливаемого объема) расход тепловой энергии системой теплоснабжения здания qereq, приходящийся на одни градусосутки отопительного периода. В зависимости от типа здания и его этажности разработаны нормативные значения этого показателя (табл.5).


Таблица 4

Приведенное сопротивление теплопередаче индустриальных
стеновых панелей (без оконных проемов)

Наружные стены

Приведенное сопротивление теплопередаче
Ro
r, м2 oC/Вт

 

для условий эксплуатации

 

A

Б

1

2

3

1. Из трехслойных железобетонных панелей с утеплителем из пенополистирола плотностью 40 кг/м3 и гибкими металлическими связями
 (r = 0,7)
толщиной       300мм
                         350мм
                         400мм
                         450мм

 

 


2,7
3,6
4,4
5,3

 

 


2,3
3,0
3,7
4,4

2. Из трехслойных железобетонных панелей с утеплителем из минераловатных плит плотностью 100 кг/м3  и гибкими металлическими связями (r = 0,7)
толщиной       300мм
                         350мм
                         400мм
                         450мм

 

 

1,9
2,5
3,1
3,7

 

 

1,7
2,2
2,7
3,2

3. Из трехслойных железобетонных панелей с утеплителем из пенополистирола плотностью 40 кг/м3 и железобетонными шпонками (r=0,6)
 толщиной      300мм
                         350мм
                         400мм

 

 

2,3
3,1
3,8

 

 

1,9
2,5
3,1

4. Из трехслойных железобетонных панелей с утеплителем из минераловатных плит плотностью 100 кг/м3 и железобетонными шпонками (r = 0,6)
 толщиной      300мм
                         350мм
                         400мм
                        

 

 

1,6
2,1
2,6

 

 

1,4
1,9
2,3

5. Из трехслойных панелей на деревянном каркасе с утеплителем из минераловатных прошивных матов плотностью 125 кг/ми обшивками из водостойкой фанеры или твердых древесноволокнистых плит
  (r = 0,7)
 толщина          150мм
                           200мм
                           250мм

 

 

 

2,3
3,3
3,4

 

 

 

2,0
2,5
3,0

 

Таблица 5

Требуемый удельный расход тепловой энергии
системой теплоснабжения здания
qereq, Вт.ч/(м2.oC/сут) / [Вт.ч/(м3.oC/сут)]

Типы

Этажность

зданий

1-3

4 и более

Жилые и офисы

76 / [27 (22)]

42 / [15 (12)]

Общеобразовательные, лечебные учреждения, поликлиники

70 / [20]

70 / [20]

Дошкольные учреждения

90 / [26]

--

Примечание: Величины, приведенные в круглых скобках, относятся к офисам

            В качестве научного задела в 1996-97 годах НИИСФ совместно с ЦЭНЭФ и Советом по защите природных ресурсов (НРДС, США) разработали проект типовых Территориальных Строительных Норм (ТСН) по теплозащите зданий для регионов Российской Федереции [14]. Этот документ включает приведенные выше критерии по энергетической эффективности здания. Основная идея типовых ТСН заключается в обеспечении гарантированного уровня энергопотребления здания. Затруднения, связанные с повышением уровня теплозащиты отдельных видов наружных ограждений, могут быть устранены применением более эффективных систем теплоснабжения. Для реализации контроля качества при проектировании в ТСН приведена методика теплотехнического проектирования здания, форма энергетического паспорта и руководство по его заполнению [15].

            Утвержденные в 1994 г. Московские городские нормы "Энергосбережение в зданиях. Нормативы по теплозащите и тепло-, водо- и электроснабжению" [16] уже привели в среднем к 20% -ному снижению энергопотребления во вновь построенных зданиях, что привело к экономии 0,3 ТВт.ч тепловой энергии или около 18 млрд.руб (3 млн долл.США) из 3 трлн.руб. (500 млн.долл. США) за счет сокращения бюджетных дотаций за тепловую энергию, а также снижение ежегодных выбросов двуокиси углерода в атмосферу Москвы на 56 тыс тонн ежегодно.

            При разработке в 1997-98 г.г. новых нормативов для Москвы по теплозащите и теплоснабжению зданий МГСН 2.01-98 исходили из условия обязательного удовлетворения потребительских требований пользователей. Это привело к разработке двух принципиальных положений новых норм - о повышении уровня теплового комфорта для обеспечения нормальной жизнедеятельности людей, находящихся в здании, и обеспечении снижения уровня энергопотребления в здании не менее, чем на 20%.

            В связи с этим при выборе уровня тепловой защиты зданий и сооружений по проекту МГСН 2.01-98 предложено руководствоваться двумя подходами: а) нормированием здания в целом как единой энергетической системы с учетом эффективности систем отопления; б) поэлементным нормированием различных видов ограждающих конструкций.

            В табл.6 приведены данные по требуемому удельному расходу тепловой энергии на отопление здания qhreq согласно проекту МГСН по первому и второму этапам внедрения. В этом варианте занормировано удельное энергопотребление здания без учета эффективности системы теплоснабжения и градусосуток. Нормативы установлены в соответствии с первым и вторым этапами внедрения повышеного уровня теплозащиты зданий, предусмотренными федеральным СНиП II-3-79* (1998 г.). Однако величины сопротивлений теплопередаче стен при проектировании могут быть выбраны в пределах 2,6-2,7 м2.oC/Вт за счет влияния повышенных сопротивлений теплопередач других элементов ограждений, за счет влияния объемно планировочных решений и учета влияния солнечной радиации (и соответствующего регулирований систем отопления).

Таблица 6

Требуемый удельный расход тепловой энергии
системой отопления здания
qhreq , кВт.ч/м2 / кВт.ч/м3, за отопительный период

 

Этажность:

Типы зданий:

1 - 3

4 и более

 

I этап

II этап

I этап

II этап

жилые

240/84,5

190/67

135/47,5

105/37

общеобразовательные, лечебные учреждения, поликлиники


215/62


175/50,5


215/62


175/50,5

дошкольные
учреждения


300/86,5


250/72


--


--

            Нормами предусматривается, что проекты теплозащиты зданий должны содержать энергетический паспорт, который включается в раздел "Энергосбережение" проекта здания. Такой паспорт уже утвержден Московским правительством. Назначение энергетического паспорта - установить  проектное значение уровня энергопотребления здания и его реальное значение в  построенном здании. Внедрение энергетического паспорта в практику проектирования и строительства будет обеспечивать действие экономического механизма стимулирования энергосбережения (льготное налогообложение, кредитование, дотации и др.) и давать возможность для объективной оценки стоимости на рынке жилья.

            В этом же разделе должны быть сформулированы основные энергосберегающие решения, заложенные при проектировании теплозащиты здания, теплового пункта, систем отопления, вентиляции, водоснабжения, освещения и электроснабжения.

            Вторым примером являются Территориальные строительные нормы Ярославской области ТСН 301-23-98 ЯО "Теплозащита зданий жилищно - гражданского назначения", которые также разработаны с учетом положений, изложенных выше. Нормы введены в действие с 1 июня 1998 г. постановлением Правительства Ярославской области с переходом на них строительства с 1 января 1999 г. [17].

            Нормирование теплозащиты в целом, предусмотренное этими нормами, предполагает многовариантное проектирование с использованием компьютерной техники и предоставляет большие возможности в разработке проектов с лучшими технико - экономическими показателями.

            Разработанные нормы содержат процедуру работы с ними, методику определения энергетических параметров зданий, требования по контролю качества теплозащиты зданий, методику расчета потребности тепловой энергии на отопление здания за отопительный период, методику определения эффективности систем теплоснабжения, требования к конструктивным и объемно - планировочным решениям зданий и к проекту теплозащиты здания в целом.

            Территориальные строительные нормы Ярославской области по теплозащите зданий позволяют проектировать ограждающие конструкции из местных материалов с меньшим, чем по федеральным нормам их расходом, обеспечивая в то же время снижение теплопотерь на 20%.

            Существующие и перспективные технические решения теплозащиты зданий

            Развитие нормативной базы невозможно без создания новых типов энергоэффективных термически однородных ограждающих конструкций  зданий с повышенной теплозащитой. При этом  основными направлениями при проектировании этих конструкций является оптимизация теплозащитных и теплоинерционных свойств на  основе преимущественного использования многослойных конструкций с малотеплопроводными теплоизоляционнными материалами, разработка инженерных методов расчета приведенного сопротивления теплопередаче многокомпонентных непрозрачных ограждающих конструкций, обеспечивающих проектирование термически однородных конструкций.

            Несмотря на то, что теплотехнические нормы содержат поэлементное нормирование, у проектировщика имеется довольно широкая возможность выбора проектных решений и тем самым воздействия на энергетические показатели. При этом выбираются проектные решения обеспечивающие наименьшие значения энергетических показателей. На эти показатели влияет:

  •  геометрия и размеры здания, размеры светопроемов, ориентация здания;
  •  типы непрозрачных ограждающих конструкций (однослойные, многослойные с эффективной теплоизоляцией, с вентилируемой прослойкой);
  • типы светопрозрачных ограждающих конструкций (вид и конструкция переплета, конструкция светопрозрачной части, вентилируемые межстекольные пространства, светопрозрачная теплоизоляция);
  • дополнительная подвижная теплоизоляция светопрозрачных конструкций в темное время;
  • воздействие на тепловую инерцию ограждающих конструкций;
  • воздействие на воздухопроницаемость ограждающих конструкций;
  • воздействие на термическую однородность ограждающих конструкций и узлов их сопряжений;
  • динамическая теплоизоляция;
  • расположение отопительных приборов относительно ограждающих конструкций;
  • устройство специальных приточных отверстий для обеспечения необходимой кратности воздухообмена.

         В отечественной  и зарубежной практике используются разнообразные приемы повышения уровня теплозащиты зданий. Предлагается следующая схема классификации этих приемов (табл.7).

Таблица 7

Классификация энергеэффективных ограждающих конструкций

Пути создания энергоэкономичных
ограждающих конструкций

Непрозрачные ограждения

Светопропускающие ограждения

Применение высокоэффективных теплоизоляционных материалов

Увеличение числа слоев остекления

Повышение термической однородности ограждений (стыки, теплопроводные включения

Уменьшение площади остекления до нормативных требований по освещенности

Оптимизация толщин и размещения теплоизоляционных и теплоаккумулирующих слоев ограждения

Применение теплоотражающих, солнцезащитных (меняющих прозрачность под действием ультрафиолетовых лучей) стекол

Устройство в ограждении прослоек, вентилируемых удаляемым из помещения воздухом

Повышение теплозащитных качеств оконных переплетов (применение малотеплопроводных материалов, разрыв мостиков холода)

Остекление фасадов для утилизации тепла солнечной радиации

Снижение воздухопроницаемости примыканий элементов конструкций

Применение водонаполненных покрытий в южных районах

Повышение теплозащиты светопроемов в ночное время

Использование грунта в качестве ограждающих конструкций

Обеспечение снижения теплопоступлений от  солнечной радиации летом и повышение зимой

Приток воздуха через специальные отверстия

Удаление воздуха через межстекольное пространство

Приток воздуха через специальные отверстия

            Современные тенденции развития индустриальных ограждающих конструкций предусматривают возможность существенного повышения термического сопротивления конструкций наружных ограждений и увеличения термической однородности ограждений, конечным пределом которой является равенство приведенного сопротивления теплопередаче ограждения и сопротивления теплопередаче по глади. Эта задача успешно решается применением таких эффективных теплоизоляционных материалов, как пенопласты и изделия из минеральных волокон, из которых наиболее широкое распространение получили пенополистирол, пенополиуретан, плиты из базальтовых и стеклянных волокон.

            Применение гибких связей для соединения железобетонных слоев панели позволяет повысить термическую однородность по всей площади  стены, включая зоны стыковых соединений, однако требует разработки специальных методов расчета. Дальнейшее повышение термической однородности возможно при создании в панельном стеновом ограждении непрерывного теплоизоляционного  слоя, для чего используются заливочные пенопласты. Разрабатывается технология изготовления трехслойных железобетонных панелей на гибких связях с незаполненным средним слоем (два железобетонных слоя, соединенных гибкими связями), который в последующем заполняется вспенивающимся под воздействием температуры или заливочным пенопластом. Заполнение внутренней полости  трехслойных панелей заливочным пенопластом осуществляется на строительной площадке в процессе монтажа панелей, что позволяет создать непрерывный теплоизоляционный слой по всему полю ограждения.

            Наиболее перспективным  способом повышения теплозащиты как вновь строящихся, так и реконструируемых зданий является наружная теплоизоляция стен [18].

            Способ наружной теплоизоляции стен  с оштукатуриванием плитного утеплителя по ряду преимуществ - относительно невысокой стоимости, простоты устройства, традиционности внешнего вида - получил наибольшее распространение. Способ состоит в приклеивании или механическом креплении к стенам теплоизоляционных плит, обычно из пенополистирола  и минеральной ваты, и нанесении по ним полимерцементного покрытия или цементной штукатурки, армированных сетками из стекловолокна или стали.

            Из наружных покрытий наибольшее применение получили полимерцементные, обладающие более высокой трещиностойкостью, а следовательно, долговечностью по сравнению с цементными штукатурками. Они водонепроницаемы, но паропроницаемы, что важно для поддержания нормального влажностного состояния стены.

            Клеевое крепление пенополистирольных плит к стенам является более простым в исполнении по сравнению с механическим, но менее надежным при плохом качестве склеивания. Поэтому область применения этого крепления ограничивается  стенами с ровной поверхностью без штукатурного покрытия. Клеящий состав наносят на поверхность  плит пятнами и по контуру. Для повышения надежности крепления  используют дюбели из нержавеющей стали или пластмассы устанавливаемые с шагом 0,5-1,0 м, способные полностью воспринять нагрузку от  системы теплоизоляции.

            Способ наружной теплоизоляции стен с облицовкой на относе состоит в креплении к стенам теплоизоляционного материала и устройстве защитно -декоративной облицовки на относе по заанкеренному в стену каркасу из деревянных реек или металлических профилей и анкеров.

            Основным преимуществом конструкции является наличие естественно вентилируемого воздушного промежутка между слоем утеплителя и облицовкой, обеспечивающего вывод из конструкции конденсационной и построечной влаги и защиту теплоизоляционного материала от атмосферных осадков. Воздушная прослойка улучшает теплоизоляционные качества стеновой конструкции за счет экранирующего действия облицовки по отношению к лучистой составляющей теплового потока, проходящего через стену.

            Перспективным способом наружной теплоизоляции стен, освоенным в России и за рубежом (ФРГ, Франции и др.) , является нанесение на наружную поверхность теплоизоляционного штукатурного покрытия. Достоинства способа заключается в простоте и высокой скорости производства работ благодаря использованию современных средств механизации.

            Теплоизоляционные растворы приготавливают сразу перед началом штукатурных работ путем затворения водой  и перемешивания сухих теплоизоляционных смесей заводского изготовления. В состав смесей входит теплоизоляционный заполнитель, связующее, минеральные наполнители и добавки. Среди теплоизоляционных заполнителей наиболее эффективен заполнитель из гранул пенополистирола, хотя могут применяться и другие материалы: гранулы пеностекла, вспученного перлита и т.д. Связующее - цемент, гипс и др.

            Теплопотери за счет инфильтрации воздуха составляют существенную долю (в некоторых случаях до 40%) в балансе теплопотерь здания. В существующих зданиях при наличии естественной вентиляции основной приток осуществляется за счет воздухопроницаемости светопрозрачных конструкций. С  внедрением в строительную практику светопрозрачных конструкций в пластмассовых переплетах, а также конструкций в деревянных переплетах с хорошим уплотнением их  притворов воздухопроницаемость резко  снизилась. Результаты наших сертификационных испытаний показали, что воздухопроницаемость притворов этих конструкций  находится в пределах от 0,4 до 1 кг/(м2.ч) при разности давлений 10 Па, что значительно ниже нормативных требований (5-6 кг/(м2.ч)), учитывающих прохождение воздуха через  примыкания  окон  к непрозрачным ограждениям. В этом случае необходимое количество воздуха для требуемого воздухообмена может поступать либо через примыкания оконных блоков к оконным откосам, либо через специально  выполненные в ограждениях отверстия для приточного воздуха. Последние должны относится к системе вентиляции, и не учитываться при определении воздухопроницаемости светопрозрачных конструкций.

В связи с вышеизложенным следует  предусмотреть разделение нормативов по воздухопроницаемости собственно светопрозрачных конструкций и их примыканий к несветопрозрачным конструкциям.

* * *

            В заключение следует отметить, что авторы специально не затронули проблему повышения эффективности систем теплоснабжения, а только предложили учитывать их эффективность. Так как в существующих системах теплоснабжения в процессе преобразования первичного топлива и доставки произведенной теплоты потребителю (зданию) происходит до 45-55% потерь теплоты, то очевиден огромный потенциал энергосбережения и в этой области.

 

источник: ООО европейская промышленно-строительная корпорация РусФиН,





От: nero,  595 просмотров (а)




-

Скрыть комментарии (0)


Вход/Регистрация - Присоединяйтесь!

Ваше имя: (или войдите через соц. сети ниже)
Комментарий:
Avatar
Обновить
Введите код, который Вы видите на изображении выше (чувствителен к регистру).
Для обновления изображения нажмите на него.


Похожие темы:

« Из чего строить дом - выбор материала Быстровозводимые канадские дома сэндвичного типа »