CC BY
34Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
Крупнопанельное домостроение
УДК 699.86
В.С. БЕЛЯЕВ, канд. техн. наук, руководитель лаборатории теплового и воздушного режима зданий, окон и дверей, ЦНИИЭПжилища (Москва)
Энергоэффективность наружных стен крупнопанельного домостроения
На основе анализа конструктивных и теплотехнических особенностей наружных ограждений, а также нормативных требований к энергоэффективности и теплозащите зданий выявлены наиболее эффективные типы наружных ограждений зданий. Даны рекомендации по обеспечению нормативных требований по повышению тепловой эффетивности стен и зданий в крупнопанельном домостроении.
Ключевые слова: энергоэффективность, теплопередача, морозостойкость, наружные стены.
По данным топливно-энергетического баланса 2007 г., общее потребление первичной энергии в РФ составило 955 млн т усл. т. Расход энергии жилищно-коммунальным хозяйством страны в год 146 млн т усл. топлива, а с учетом сферы услуг, комунально-бытового обслуживания и строительства - 223 млн т усл. топлива. При этом расходы тепла на отопление жилых домов с каждым годом увеличиваются все больше за счет вводимых в эксплуатацию зданий, а не-восстанавливаемые запасы природного топлива истощаются. В последние два года энергосбережение и повышение энергоэффективности стало одним из основных направлений политики государства в России.
Требования по энергетической эффективности для зданий, строений, сооружений, устанавливаемые Министерством регионального развития Российской Федерации, должны включать:
1) нормируемые показатели, характеризующие удельную величину расхода энергетических ресурсов в здании, строении, сооружении, в том числе:
- показатели, отражающие удельный расход тепловой энергии, используемой на отопление здания, строения, сооружения, за отопительный период (на 1 м2 площади или на 1 м3 объема);
- показатели, отражающие удельный расход тепловой энергии на горячее водоснабжение;
- показатели, отражающие удельный расход электрической энергии на электроснабжение здания, строения, сооружения (в многоквартирных домах, включая общедомовые нужды - освещение помещений общего пользования, обеспечение работы лифтов и пр.);
- показатели, отражающие удельный расход газа, воды, затрачиваемые на газоснабжение и водоснабжение здания, строения, сооружения;
2) требования к влияющим на энергетическую эффективность зданий, строений, сооружений архитектурным, функционально-технологическим, конструктивным и инженерно-техническим решениям;
3) требования к отдельным элементам и конструкциям зданий, строений, сооружений и к их свойствам, к используемым в зданиях, строениях, сооружениях устройствам и технологиям, а также требования к применяемым при стро-
ительстве, реконструкции, капитальном ремонте зданий, строений, сооружений технологиям и материалам, обеспечивающие экологическую безопасность и позволяющие исключить нерациональный расход энергетических ресурсов как в процессе строительства, реконструкции, капитального ремонта, так и в процессе эксплуатации.
После выхода в 1995 г. новой редакции СНиП 11-3-79* (98) «Строительная теплотехника» нормативные требования к тепловой изоляции зданий возросли. По существу произошел переход от санитарно-гигиенических критериев тепловой защиты зданий к экономическим, направленным на снижение расходов энергоресурсов на отопление зданий.
Это потребовало радикальной переоценки материалов, применяемых в наружных ограждениях, и существенного изменения конструктивных решений наружных стен. В зависимости от того, строится ли новое или проводится реконструкция существующего здания, конструктивные решения наружных стен требуют разных подходов.
В октябре 2010 г. вышло постановление правительства Москвы «О повышении энергетической эффективности жилых, социальных и общественно-деловых зданий в г. Москве» (ППМ № 900). В нем сказано, что при проектировании новых и реконструкции многоквартирных домов следует предусматривать повышение теплозащиты наружных ограждающих конструкций до приведенного сопротивления теплопередаче:
- наружных стен - 3,5 м2 оС/Вт, с 1.01.2016 г. - до 4 м2-°С/Вт;
- перекрытий чердачных (в холодном чердаке) и цокольных - 4,6 м2-оС/Вт, с 1.01.2016 г. - до 5,2 м2-оС/Вт;
- покрытий совмещенных - 5,2 м2оС/Вт, с 1.01.2016 г. -до 6 м2-оС/Вт;
- окон, балконных дверей, витражей, за исключением помещений лестнично-лифтовых узлов - 0,8 м2оС/Вт, с 1.01.2016 г. - до 1 м2-оС/Вт.
Допускается снижение сопротивления теплопередаче несветопрозрачных ограждений до уровня действующего на 1.07.2010 г. норматива (СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий») при достижении удельного теплопотребле-ния на отопление и вентиляцию за отопительный период нормируемому по ППМ № 900.
72011
23
Крупнопанельное домостроение
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
Таблица 1
Значения нормативных требований к наружным стенам жилых зданий
Требуемое сопротивление теплопередаче наружного ограждения стен, м2оС/Вт ГСОП РФ
по СНиП 23-02-2003 по ППМ № 900 для г. Москвы
3,13*> 1,97 3,5*) 2,2 4943
*> Максимально / минимально. Примечание. В соответствии с п. 5.13 СНиП 23-02-2003 если в результате расчета удельный расход тепловой энергии на отопление здания окажется меньше нормируемого, то допускается уменьшение сопротивления теплопередаче Ягщ отдельных элементов наружных ограждений по сравнению с данными табл. 4 СНиП 23-02-2003, но не ниже минимальных величин Ят,„ по формуле (8) этого СНиП.
В табл. 1 представлены нормируемые значения сопротивления теплопередаче наружных стен, определенные по СНиП 23-02-2003, и повышенные значения сопротивления теплопередаче для Москвы, принятые в соответствии с постановлением правительства Москвы.
В табл. 4 СНиП 23-02-2003 значения йгед стен не зависят от их типа. Тогда как расчеты экономически целесообразного сопротивления теплопередаче Яэк различных типов стен, например при стоимости тепловой энергии 20-30 усл. единиц за МВтч, показывают, что Яэк для Москвы для многослойных стен (КПД) составляет 3,4-3,6 м2-°С/Вт, а для стен из ячеисто-бетонных блоков 1,9-2,4 м2оС/Вт.
Однослойными могут быть наружные стены из таких материалов, как ячеистый бетон, полистиролбетон и ке-рамзитобетон. Основным критерием в этом случае является плотность (и зависящая от нее теплопроводность) этих материалов, которая не должна быть более 600 кг/м3. Этому показателю удовлетворяет полистиролбетон, плотность которого в конструкциях наружных стен составляет 250-350 кг/м3 при соответствующих значениях коэффициентов теплопроводности. Вместе с тем полистиролбетон такой плотности имеет низкую прочность (0,7-1,2 МПа) и недостаточную морозостойкость. При такой прочности наружные стены могут быть только ненесущими. Кроме того, проблемным является закрепление на стенах карнизов, полок и т. п. Недостаточная морозостойкость требует обязательной защиты фасадов, в качестве которой обычно используют облицовку в полкирпича.
Перспективно в однослойных наружных стенах применение ячеистых бетонов.
Важнейшими физико-механическими показателями ячеистых бетонов являются прочность, плотность, морозостойкость, теплопроводность, усадка и водопоглощение. По этим показателям ячеистые бетоны в зависимости от исходных материалов, составов и способов производства отличаются друг от друга в очень широком диапазоне. В табл. 2 представлены характеристики автоклавных газобетонов, стабильно выпускаемых в массовом порядке заводами ячеистых бетонов. Характеристики приведены применительно к наиболее распространенной продукции -блокам стен и перегородок.
Данные табл. 2 показывают, что в настоящее время в массовом производстве изделий из ячеистого бетона достигнуты показатели, соответствующие мировому уровню. Следует сказать, что для стеновых блоков плотность ячеистого бетона 400 кг/м3 является критической, поскольку при меньшей плотности хоть и достигается меньшая теплопроводность материала, но в то же время существенно снижается прочность и, что особенно важно, морозостойкость. Как показала практика проектирования, оптимальное соотношение между плотностью ячеистого бетона, с одной стороны, и его прочностью и морозостойкостью - с другой находится в диапазоне 400-600 кг/м3. В этом случае ячеисто-бетонные блоки можно применять в несущих наружных стенах домов малой и средней (до 4-5) этажности, а также в ненесущих наружных стенах многоэтажных зданий при соблюдении приемлемой по конструктивным и экономическим соображениям толщины стен при клеевых кладочных швах и использовании базальтовых связей. В ряде случаев ячеистый бетон в конструкции наружных стен может удачно сочетаться с кирпичной облицовкой и эффективным утеплителем.
Необходимо также отметить тот факт, что увеличение плотности ячеистого бетона в случае нарушения заводской технологии не гарантирует соответствующего роста морозостойкости, особенно в диапазоне плотностей 400-550 кг/м3.
Применение «теплого» клеевого раствора в кладочных швах ячеисто-бетонных блоков повысит их теплозащиту не менее чем на 10%.
Говоря о панельных конструкциях, следует отметить, что новым теплотехническим требованиям в полной мере соответствуют трехслойные панели с гибкими связями или железобетонными шпонками.
Кроме того, трехслойные панели наружных стен с железобетонными шпонками по теплоэффективности на 9-11% уступают панелям с гибкими связями. Последние получили широкое распространение за рубежом. Трех-
Таблица 2
Физико-механические показатели выпускаемых автоклавных газобетонов
Название завода Показатели
Размеры /хвхЬ, мм Плотность, кг/м3 Прочность, МПа Коэффициент теплопроводности в сухом состоянии, Вт/(м оС) Морозостойкость, циклы Предельное отклонение от номинальных размеров, мм
Липецкий завод изделий домостроения 599Х(50-500)Х249 400-500 600-700 2-3,5 5 0,10-0,12 0,14-0,18 25 35 +1-1,5
Ступинский завод ячеистого бетона 600х(140-300)х (144-480) 600-700 3,5 0,18 25 +(2,5-3)
211-й комбинат ЖБИ (пос. Сертолово Ленинградской обл.) 200Х200Х400 400-500 2,5-3 0,10-0,12 25-30 +1-1,5
Унитарное промышленное предприятие ЗСК ОАО «Забудова» 599х(50-500)х249 400-500 600-700 1,5-2,5 3,5-5 0,09-0,12 0,14-0,18 15-25 35-50 +1-1,5
Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Крупнопанельное домостроение
Таблица 3
Сравнительная таблица основных показателей раздела «Энергоэффективность» по проектам института и в программе «Энергосберегающее домостроение в городе Москве»
Наименование проекта Показатели энергоэффективности Требуемая толщина утепления, м, при Х=0,03 Вт/(м оС)
по данным лаборатории теплового и воздушного режима зданий по программе «Энергосберегающее домостроение» по СНиП 23-02-2003
Я* Иш Иг Я* Иш Иг Я* Иш Иг
12-15-17-18-этажный семисекционный жилой дом на базе блок-секций системы ГМС-2001 с нежилым первым этажом в Москве, СВАО, р-н Марфино, мкр. 52, корп. 2 (68И) 09-2249-КПР.ЭЭ 98 2,64 0,58 75-80 3,5 0,8 95 3,13 0,54 0,16
93,5 3,5 0,54 75-80 3,5 0,8 95 3,13 0,54
80 3,4 0,8 75-80 3,5 0,8 95 3,13 0,54
79 3,5 0,8 75-80 3,5 0,8 95 3,13 0,54
88 2,64 0,8 75-80 3,5 0,8 95 3,13 0,54
Примечание. я* - удельный расход тепла на отопление кВт ч/м2; Иш - приведенное сопротивление теплопередаче стен; Иг - приведенное сопротивление теплопередаче окон и балконных блоков, м2оС/Вт.
слойные панели с железобетонными шпонками применяют в Москве.
Гибкие связи обеспечивают независимость тепловлаж-ностных деформаций наружного железобетонного слоя, исключая передачу деформаций на внутренний, как правило, несущий железобетонный слой. При наличии жестких связей между железобетонными слоями тепловлажностные деформации наружного слоя вызывают в железобетонных ребрах и шпонках концентрацию напряжений, приводящую к возникновению в них трещин, поскольку внутренний железобетонный слой находится в стабильном состоянии. Это снижает долговечность таких панелей.
В обеспечении теплозащиты панельных наружных стен важное значение имеют стыковые соединения. От правильного исполнения стыковых соединений в значительной степени зависят эксплуатационные качества стен. Теплопотери через стыки панельных зданий достигают 20% теплопотерь через глухую часть стены. В зимних условиях эксплуатации теплозащита стыков характеризуется температурой его внутренней поверхности и количеством наружного воздуха, проникающего через него в помещение. Неудовлетворительные воздухо- и влагозащита могут снизить теплозащитные качества стен в зимних условиях. Для всех типов стыков целесообразны специальные меры, предотвращающие воздухопроницаемость. Допустимый сквозной расход воздуха ограничивается величиной 0,5 кг/(мч).
Для оценки пригодности принимаемой конструкции стыка следует производить расчет его температурных полей. Следует отметить, что аналитические расчеты теплопередачи через стыки, как правило, не учитывают фильтрацию наружного воздуха, а если и учитывают, то только величину общей воздухопроницаемости стыков, которая условно принимается одномерной. Однако входящие в общую воздухопроницаемость величины сквозной и продольной воздухопроницаемости в различной степени влияют на теплопередачу. Сквозная или поперечная воздухопроницаемость характеризует фильтрацию воздуха поперек конструкции, а продольная - вдоль нее. Поэтому помимо аналитических расчетов при применении новых решений конструкций стыковых соединений необходимо проводить их экспериментальную проверку.
Применение теплоэффективных наружных ограждений окупает единовременные затраты во вновь строящихся жи-
лых и гражданских зданиях в течение 7-8 лет, а в существующих домах - в течение 12-14 лет за счет экономии тепловых ресурсов.
С целью оценки соответствия показателей энергоэффективности величинам, установленным городской программой «Энергосберегающее домостроение в городе Москве на 2010-2014 гг. и на перспективу до 2020 года» (сопротивления теплопередаче стен И„ = 3,5 м2 оС/Вт, окон и балконных блоков Иг = 0,8-1 м2оС/Вт), удельного расхода тепловой энергии на отопление (я* = 75-80 кВтч/м2), лабораторией теплового и воздушного режима зданий, окон и дверей выполнен расчетный анализ раздела «Энергоэффективность» проектов ЦНИИЭП жилища.
В табл. 3 приведены основные показатели тепловой эффективности жилых зданий на примере многоэтажного жилого дома на базе блок-секций системы ГМС-2001 в г. Москве (СВАО, Марфино, мкр. 52, корп. 2 (09-2249-КПР.ЭЭ).
Как следует из анализа данных табл. 3, увеличение приведенного сопротивления теплопередаче окон и балконных дверей Иг = с 0,54 до 0,8 м2оС/Вт уменьшает удельный расход тепла на отопление на 15,5%.
Увеличение приведенного сопротивления теплопередаче стен И' = с 3,13 до 3,5 кВтч/м2 уменьшает расход тепла на 1,5%, а И' = с 2,64 до 3,5 кВт-ч/м2 на 4,5%.
Необходимой толщиной утеплителя с X = 0,03 Вт/(моС) данных проектных решений для достижения величины Игед = 3,5 м2-оС/Вт является бут = 0,16 м.
Применение базальтовых или стеклопластиковых связей вместо металлических повысит теплозащиту наружных стен на 10%.
Трехслойные стены толщиной 350-450 мм с утеплителем толщиной 200-300 мм* из пенополистирола и минеральной ваты на гибких связях могут применяться в регионах, где показатель ГСОП достигает 6000-7000оСсут.
В настоящее время имеются многочисленные примеры изготовления трехслойных ограждающих конструкций, отвечающих требованиям СНиП 23-02-2003. Например, московские ДСК и предприятия промышленности строительных материалов на основе энергосберегающих проектных решений успешно освоили производство жилых домов серии П44Т, ПЗМ, КОПЭ, П46М, ПД4 общей площадью более 2,2 млн м2 в год с приведенным сопротивлением теплопе-
* При поэлементном подходе.
7'2011
25
Крупнопанельное домостроение
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
редаче стеновых панелей 3,16-3,28 м2оС/Вт. Аналогичные трехслойные панели применяют при возведении зданий домостроительные комбинаты в Московской и Челябинской областях, Республике Татарстан, Бурятии, Карелии, Хабаровском крае, Свердловской, Ленинградской, Архангельской, Орловской, Псковской, Новгородской, Томской и Самарской областях.
Повышение тепловой защиты и энергоэффективности наружных стен должно быть неразрывно связано с повышением качества теплового и воздушного режима здания, действующего при эксплуатации как единая энергетическая система, при этом доля вентиляционных теплопотерь может быть даже больше, чем потери тепла через наружные стены.
Существующие системы естественной вентиляции в жилых зданиях недостаточно обеспечивают требуемый микроклимат помещений. Поэтому в институте разрабатываются способы повышения энергоэффективности систем вентиляции.
Экономии тепла способствует вентиляция через окна и наружные стены с регулируемым воздухообменом и рекуперацией тепла. Принцип такой вентиляции заключается в том, что наружный холодный воздух, проходя через наружное ограждение, нагревается и входит в помещение, возвращая часть теряемого тепла.
Указанные способы вентиляции помещений разрабатываются применительно как к окнам, так и к наружным стенам.
Экономия тепла за счет рекуперации трансмиссионного теплового потока при применении в воздушных прослойках вентилируемых стен теплоотражающих экранов может
составить до 30%, а при утилизации вентиляционного тепла более 50%.
При этом применение вентилируемых стен может повысить их условное сопротивление теплопередаче (по выходящему тепловому потоку в 2-3 раза и более для окон).
Выводы
1. Повышенным требованиям к теплозащите в системе КПД отвечают панели на гибких связях, а также стены из ячеистого и полистиролбетона на клеевых кладочных швах с базальтовыми связями.
2. Целесообразно проведение дополнительных исследований по применению в наружных стенах базальтовых и стеклопластиковых связей и получение технического свидетельства.
3. Необходимо повысить однородность стен, исключив необоснованные теплопроводные включения.
4. При проектировании панельных стен определять расчетом влияние продольной и поперечной фильтрации воздуха, а в натурных условиях необходимо контролировать эти виды фильтрации.
5. В теплотехнических нормах необходимо дифференцировать требования к легкобетонным однослойным и многослойным стенам.
6. Следует провести дополнительные исследования и ввести в практику проектирования и строительства вентилируемые наружные стены с теплоотражающими экранами и покрытиями с рекуперацией и утилизацией тепла, что позволит получить до 50% и более экономии тепла и выполнить повышенные требования по теплозащите наружных ограждающих конструкций.
ПЯТАЯ МЕЖРЕГИОНАЛЬНАЯ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННАЯ ВЫСТАВКА
дом, коттППк квИртира
> АРХИТЕКТУРА, ДИЗАЙН ИНТЕРЬЕРОВ И ЛАНДШАФТОВ;
> СТРОИТЕЛЬНЫЕ И ОТДЕЛ ОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ;
> ВОДА, КЛИМАТИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА, ТЕПЛО, ГАЗ, СВЕТ, ВЕНТИЛЯЦИЯ;
> ФАСАДЫ, КРОВЛИ, ОКНА, ДВЕРИ, САНТЕХНИКА;
> "УМНЫЙ ДОН", СИСТЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ И ОХРАНЫ;
> МЕБЕЛЬ, БЫТОВАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКА РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ;
> БАНИ, САУНЫ, БАССЕЙНЫ;
> ИПОТЕКА, ЖИЛИЩНОЕ СТРАХОВАНИЕ;
> ЖИЛАЯ И КОММЕРЧЕСКАЯ НЕДВИЖИМОСТЬ.
П!р|!«.подд¥ри<чо;
Администрации г. Якутска, Союза архитекторов Якутии,
СНАаНСПОСЕСВИС
ОЧБНРрН
Тел./факс; (383) 335-63-50 Е-та1): [email protected] л at.ni
