CC BY
128
АНАЛИЗ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ УВЕЛИЧЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ТЕПЛОИЗОЛИРУЮЩЕГО СЛОЯ В СИСТЕМАХ НАВЕСНЫХ ВЕНТИЛИРУЕМЫХ ФАСАДОВ (НВФ) В ЦЕЛЯХ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ
THE ANALYSIS OF EXPEDIENCY OF INCREASE IN THE THICKNESS Of THE INSULANT IN SYSTEMS OF REAR VENTILATED FACADES WITH A VIEW OF POWER EFFICIENCY
INCREASE
Д.В. Немова D. Nemova
ФГБОУ ВПО «СП6ГПУ»
Статья посвящена определению оптимальной, экономически обоснованной толщины утеплителя в системах навесных вентилируемых фасадов. Приводятся теплотехнические и экономические расчеты. Предлагается оптимальная толщина теплоизолирующего слоя в данных системах.
Article is devoted definition of optimum, economically well-founded thickness of a insu-lant in systems of rear ventilated facades. Are resulted thermotechnical and economic calculations. The optimum thickness of the insulant in the given systems is offered.
В последнее время все чаще поднимается вопрос энергоэффективности. Разрабатываются новые методики по ее учету, вводятся новые требования и издаются законы. 27 ноября 2009 г. вступил в силу федеральный закон от № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации». Согласно ему вводятся новые требования к зданиям, строениям и сооружениям, конструктивным и инженерно-техническим решениям, отдельным элементам, конструкциям зданий, к используемым устройствам и технологиям и др., которые планируется пересматривать каждые 5 лет с целью повышения энергоэффективности. Но уже сейчас многие объекты им не соответствуют. Через 5, 10 и более лет их станет количественно больше.
Здание тем более энергоэффективно, чем меньше оно теряет теплоты, энергии, чем выше сопротивление теплопередаче его ограждающих конструкции. Есть несколько вариантов, помогающих снизить энергетические затраты [6], среди них можно выделить:
• применение новых технологий, конструкций;
• применение приточно-принудительной системы вентиляции с рекуперацией;
• использование возобновляемых источников тепловой энергии;
• применение более энергоэффективного инженерного приборов и оборудования (в том числе осветительного);
• автоматическое регулирование температуры теплоносителя;
7/)П11 ВЕСТНИК
_Z/2°ll_мгсу
• увеличение толщины теплоизолирующего слоя.
Пример увеличения толщины теплоизоляционного слоя встречается в технологии Пассивного дома (англ. passive house). Это энергоэффективное здание, соответствующее наивысшему стандарту энергосбережения в мировой практике индивидуального и многоэтажного строительства. Такая технология не так давно известна в России и уж долгое время находит применение в странах Европы и США. Для пассивного дома энергопотребление составляет около 10 % от удельной энергии на единицу объема, потребляемой большинством современных зданий. Незначительное отопление требуется лишь в период отрицательной температуры. В идеале пассивный дом является независимой энергосистемой, вообще не требующей расходов на поддержание комфортной температуры воздуха и воды [15]. Основным принципом проектирования энергоэффективного дома является использование всех возможностей сохранения теплоты. В частности, в таких зданиях предусмотрена увеличенная толщина теплоизоляции. В Швеции по стандартам для «пассивного дома» толщина изоляционного материала в стене должна быть не менее 335 мм, а в крыше - 500 мм [12]. Однако решение применения толстой теплоизоляции для резкого сокращения потерь теплоты вызывает сомнение в его экономической обоснованности. Рассмотрим это на примере систем навесных вентилируемых фасадов (НВФ). Строительство вентилируемых фасадов -это простой и одновременно надежный вариант для снижения энергопотерь дома и повышения его энергоэффективности [9]. Они позволяют легко и просто реконструировать уже эксплуатируемое здание и повысить сопротивление теплопередаче его ограждающих конструкций. Они также соответствуют недавно принятым тепловым требованиям и могут применяться для строительства зданий, улучшают внешний вид здания, звукоизоляцию, влажностной режим ограждающих стен, сопротивляемость атмосферным воздействиям и др.[13] Стоимость подконструкции НВФ напрямую зависит от толщины теплоизоляции [5]. Чем больше толщина утеплителя, тем больше должен быть вынос (расстояние от стены до облицовки). Подконструкция становится более массивной, для нее требуется большее количество элементов. Возникает необходимость использования более длинных кронштейнов, удлинителей, увеличивается количество заклепок, шайб и проч. [7]. Увеличение толщины теплоизолирующего слоя таких систем по сравнению с требуемой толщиной по теплотехническому расчету экономически нецелесообразно. Вентилируемые фасады для экономии таким способом не подходят. Чтобы убедиться в этом, проведем следующий анализ.
Проведем теплотехнический расчет, методика которого базируется на требованиях СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» и СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий», а также на рекомендациях для систем НВФ [3]. Для расчета в качестве несущей подконструкции фасада принимается решение компании «Юкон Инжиниринг» ATS 234а с видимым методом крепления облицовки. И следующая конструкция внешней стены с различной толщиной теплоизолирующего слоя [10]:
- кирпичная кладка (250 мм);
- утеплитель ROCKWOOL ВЕНТИ БАТТС Д (80-250 мм);
- воздушная прослойка (60 мм);
- плитки керамогранита 600x600 (10 мм).
Полученные по теплотехническому расчету результаты сводим в табл. 1. Таблица 1. Результаты теплотехнического расчета
№ Наименование Ед. изм. Показатель
1 Градусо-сутки отопительного периода , °С-сут 4796
2 Требуемое сопротивление теплопередаче, Ягед м2-°С/Вт 3,08
3 Термическое сопротивление ограждающей конструкции, Як * м2-°С/Вт 2,526-6,304
4 Сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, * м2-°С/Вт 2,684-6,462
5 Потери теплоты, Р на 1 м2* Вт 17-8
6 Минимальная величина сопротивления теплопере-дaчe, Ят1п м2-°С/Вт 1,94
• для каждой толщины утеплителя от 80 до 250 мм.
Далее делаем расчет затрат на отопление. Для этого находим потери теплоты за 10 лет по формуле [11]:
п-(п-1)
п
]>0*)сЬ
п-1
где: Р -теплопотери, Вт; п- срок (10 лет); 0 - теплопотери за определенный срок (10 лет).
При этом изменение теплопотерь со временем имеет следующую зависимость (рис. 1) [11]:
р = 13 +1,1* .
Р.Вт
25
20
15
10
ш, Ш
о ДОП ш 11
/
ш : "ШШ;
о пост ш ¡ш
11 II 11 III
10
20 30 40 50 1,годы
Рис.1. График изменения теплопотерь (за 50 лет): 0иост - постоянные теплопотери, 0йои - теплопотери , связанные с деградацией
утеплителя
Зависимость была определена на 50 лет, что соответствует безремонтному сроку эксплуатации систем навесных вентилируемых фасадов [1].
Далее, учитывая изменения тарифа, определяем затраты на электроэнергию (отопление принимаем электрическое) за 10 лет [11]:
7/2011
ВЕСТНИК _МГСУ
Бп = (1,13(п2-(п-1)^) + 13)(0,32и +1,62).
Стоимость за электроэнергию за любой год Бп определяется как произведение тарифа Сп на электроэнергию Jп , израсходованную за п-ый год.
Далее рассчитываем стоимость подконструкции системы НВФ для каждой толщины утеплителя прибавляем к ней затраты на теплоизоляцию и строим график зависимости стоимости подконструкции + утеплитель и затрат на электроэнергию, выраженную в рублях, от толщины утеплителя (см. рис. 2).
1800,00
1600,00
1400,00
п 1200,00.
1000,00
300,00
■В 600,90 .
400,00
200,00 .
0,00
■
¿яШЙМШШШШШ^
"Г
80 90
¡00 ПО Щ Ш !40 150 160 170 !80 Ш 200 230 250 Тащим утешютет Ь ш
Рис. 2. График зависимости стоимости подконструкция + утеплитель и затрат
на электроэнергию
Толщина утеплителя, равная 120 мм - это оптимальная толщина утеплителя в рассматриваемой системе, при описанной выше конструкции внешней стены [16]. Сопротивление теплопередаче стены с такой толщиной теплоизоляции соответствует требованиям нормативных документов. Соответственно, если увеличивается толщина теплоизоляции, повышается сопротивление теплопередаче, снижаются затраты на отопление и повышается стоимость подконструкции и утеплителя. И как можно увидеть на рис. 2, в результате на подконструкцию и теплоизоляцию мы потратим больше, чем сэкономим на электроэнергии за 10 лет.
Для решения вопроса энергоэффективности необходим комплексный подход. Экономия за счет только лишь увеличения сопротивления теплопередаче бессмысленна. Важно заранее просчитать окупаемость энергосберегающих мероприятий, предусмотреть все возможные затраты, найти новые решения, пути. Одним из возможных решений, при применении навесных вентилируемых фасадов, может стать разработка и внедрение новых энергосберегающих технологий для этих систем. Примером реали-
зации такой разработки может выступить навесной вентилируемый энергосберегающий фасад с применением технологии солнечных батарей (разработка «Юкон Инжиниринг», 2007 г.) и активные фасадные системы.
Литература
1. Ананьев A.A., Гохберг. Ю.Ц. Пути повышения строка безремонтной службы наружных стен жилых зданий, облицованных кирпичем// Промышленное и гражданское строительство. 2011. № 1.
2. Бердюгин И.А.Теплоизоляционные материалы в строительстве. Каменная вата или стекловолокно: сравнительный анализ / И.А Бердюгин // Инженерно-строительный журнал. 2010. № 1. - С. 26-31.
3. Бутовский И.Н. Особенности теплотехнического расчета теплозащиты и энергопотребления современных жилых и общественных зданий при оценке их энергоэффективности. / И.Н. Бутовский// Academia. Архитектура и строительство. 2009. № 5. - С. 356-361.
4. Гагарин В. Г. Теплофизические свойства современных стеновых ограждающих конструкций многоэтажных зданий / В.Г. Гагарин// Сборник трудов II Всероссийской научно-технической конференции «Строительная теплофизика и энергоэффективное проектирование ограждающих конструкций зданий» 10-11.12.2009. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2009. - С. 33-45.
5. Гликин С.М., Кодыш Э.Н. Навесные фасадные системы с эффективной тепоизоляцией и вентилируемым воздушным зазором//Промышленное и гражданское строительство. 2008. № 9.
- С. 36-37.
6. Горшков А. С. Энергоэффективность в строительстве: вопросы нормирования и меры по снижению энергопотребления зданий / A.C. Горшков// Инженерно-строительный журнал. 2010. №1. - С. 9-13.
7. Горшков A.C. Конструктивное исполнение вентилируемого фасада повышенной надежности / A.C. Горшков, Д.Ю. Попов, A.B. Глумов // Инженерно-строительный журнал. - 2010.
- №8(18). - С. 5-9.
8. Кнатько М.В. К вопросу о долговечности и энергоэффективности современных ограждающих стеновых конструкций жилых, административных и производственных зданий / М.В. Кнатько, М.Н. Ефименко, A.C. Горшков// Инженерно-строительный журнал. 2008. № 2. - С. 50-53.
9. Малоедов С.Д., Выгузов В.Н. Вентилируемы фасады-эффективное решение проблемы энергосбережения. // Строительные материалы. 2001. № 5. - С. 24-24.
10. Мехнецов И.А. Критерии выбора утеплителей для навесных вентилируемых фаса-дов//Промышленное и гражданское строительство. 2006. № 7. - С. 54-58.
11. Сапегина Е. А. Энергоэффективность системы навесного фасада с воздушным вентилируемым зазором : дисс. магистра техники и технологии : защищена 17.06.09 / ГОУ СПбГПУ, кафедра «Технология, организация и экономика строительства»
12. Смирнова Т. Требования к теплоизоляции в конструкции вентилируемой фасадной системы. / Т. Смирнова// Academia.ApxHTeKTypa и строительство. 2009. № 5. - С. 427-429.
13. Стародубцев В.Г., Поветкин C.B. Обеспечение эксплуатационных свойств ограждающих конструкций//Промышленное и гражданское строительство. 2009. № 5. С. 45-46.
14. Ступаков А.А.Обследование и мониторинг вентилируемого фасада с облицовкой плитами из натурального гранита / A.A. Ступаков // Academia. Архитектура и строительство. 2009. № 5. - С. 530-533.
15. Тазеева Е.Т., Горшков A.C. Расчет энергоэффективных зданий // Строительная теплофизика и энергоэффективное проектирование ограждающих конструкций зданий: сборник трудов Всеросс. научно-технич. конф. - СПб.: Изд-во Политехи. ун-та, 2011. - С. 74-75.
16. Умнякова Н.П. Элеменнты навесных вентилируемых фасадов, определяющие их теплозащитные Ka4ecTBa//Academia. Архитектура и строительство. 2009. № 5. - С. 372-380.
17. Широкородюк В.К. Влияние волокнистой структуры на прочность и теплопроводность минераоватных//Труды Кубанского государственного аграрного университета. 2008. № 12. - С. 203-208.
7/)П11 ВЕСТНИК _7/2011 МГСУ
Literature
1. Anan'ev A.A., Goxberg. Yu.C. Puti povysheniya stroka bezremontnoj sluzhby naruzhnyx sten zhilyx zdanij, oblicovannyx kirpichem// Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo. 2011. № 1.
2. Berdyugin I.A.Teploizolyacionnye materialy v stroitel'stve. Kamennaya vata ili steklovolokno: sravnitel'nyj analiz / I.A Berdyugin // Inzhenerno-stroitel'nyj zhurnal. 2010. № 1. - S. 26-31.
3. Butovskij I.N. Osobennosti teplotexnicheskogo rascheta teplozashhity i ehnergopotrebleniya sovremennyx zhilyx i obshhestvennyx zdanij pri ocenke ix ehnergoehffektivnosti. / I.N. Butovskij// Academia. Arxitektura i stroitel'stvo. 2009. № 5. - S. 356-361.
4. Gagarin V. G. Teplofizicheskie svojstva sovremennyx stenovyx ograzhdayushhix konstrukcij mnogoehtazhnyx zdanij / V.G. Gagarin// Sbornik trudov II Vserossijskoj nauchno-texnicheskoj konferencii «Stroitel'naya teplofizika i ehnergoehffektivnoe proektirovanie ograzhdayushhix konstrukcij zdanij» 1011.12.2009. SPb.: Izd-vo SPbGPU, 2009. - S. 33-45.
5. Glikin S.M., Kodysh Eh.N. Navesnye fasadnye sistemy s ehffektivnoj tepoizolyaciej i ventiliruemym vozdushnym zazorom//Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo. 2008. № 9. - S. 36-37.
6. Gorshkov A. S. Ehnergoehffektivnost' v stroitel'stve: voprosy normirovaniya i mery po snizheniyu ehnergopotrebleniya zdanij / A.S. Gorshkov// Inzhenerno-stroitel'nyj zhurnal. 2010. №1. - S. 9 13.
7. Gorshkov A.S. Konstruktivnoe ispolnenie ventiliruemogo fasada povyshennoj nadezhnosti / A.S. Gorshkov, D.Yu. Popov, A.V. Glumov // Inzhenerno-stroitel'nyj zhurnal. - 2010. - 8(18). - S. 5-9.
8. Knat'ko M.V. K voprosu o dolgovechnosti i ehnergoehffektivnosti sovremennyx ograzhdayushhix stenovyx konstrukcij zhilyx, administrativnyx i proizvodstvennyx zdanij / M.V. Knat'ko, M.N. Efimenko, A.S. Gorshkov// Inzhenerno-stroitel'nyj zhurnal. 2008. № 2. - S. 50-53.
9. Maloedov S.D., Vyguzov V.N. Ventiliruemy fasady-ehffektivnoe reshenie problemy ehnergosberezheniya. // Stroitel'nye materialy. 2001. № 5. - S. 24-24.
10. Mexnecov I.A. Kriterii vybora uteplitelej dlya navesnyx ventiliruemyx fasadov//Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo. 2006. № 7. - S. 54-58.
11. Sapegina E. A. Ehnergoehffektivnost' sistemy navesnogo fasada s vozdushnym ventiliruemym zazorom : diss. magistra texniki i texnologii : zashhishhena 17.06.09 / GOU SPbGPU, kafedra «Texnologiya, organizaciya i ehkonomika stroitel'stva»
12. Smirnova T. Trebovaniya k teploizolyacii v konstrukcii ventiliruemoj fasadnoj sistemy. / T. Smirnova// Academia.Arxitektura i stroitel'stvo. 2009. № 5. - S. 427-429.
13. Starodubcev V.G., Povetkin S.V. Obespechenie ehkspluatacionnyx svojstv ograzhdayushhix konstrukcij//Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo. 2009. № 5. - S. 45-46.
14. Stupakov A.A.Obsledovanie i monitoring ventiliruemogo fasada s oblicovkoj plitami iz natu-ral'nogo granita / A.A. Stupakov // Academia. Arxitektura i stroitel'stvo. 2009. № 5. - S. 530-533.
15. Tazeeva E.T., Gorshkov A.S. Raschet ehnergoehffektivnyx zdanij // Stroitel'naya teplofizika i eh-nergoehffektivnoe proektirovanie ograzhdayushhix konstrukcij zdanij: sbornik trudov Vseross. nauchno-texnich. konf. - SPb.: Izd-vo Politexn. un-ta, 2011. - S. 74-75.
16. Umnyakova N.P. Ehlemennty navesnyx ventiliruemyx fasadov, opredelyayushhie ix teplozashhit-nye kachestva//Academia. Arxitektura i stroitel'stvo. 2009. № 5. - S. 372-380.
17. Shirokorodyuk V.K. Vliyanie voloknistoj struktury na prochnost' i teploprovodnost' mineraovat-nyx//Trudy Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2008. № 12. - S. 203-208.
Ключевые слова: энергосбержение, энергоэффективностъ, теплозащита, теплотехнические расчеты, навесные вентилируемые фасады, ограждающие конструкции, теплопотери, повышения класса энергоэффективности
Key words: energy saving, energy efficiency, heat protection, thermotechnical calculations , rear ventilated facades, external envelops, heat losses, improving of the class of the energy efficiency, class of energy efficiency
e-mail: [email protected]
