О требованиях к теплозащите и энергетической эффективности в проекте актуализированной редакции СНиП «Тепловая защита зданий» Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

7/)П11 ВЕСТНИК _7/2011 МГСУ

О ТРЕБОВАНИЯХ К ТЕПЛОЗАЩИТЕ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ В ПРОЕКТЕ АКТУАЛИЗИРОВАННОЙ РЕДАКЦИИ СНиП «ТЕПЛОВАЯ ЗАЩИТА ЗДАНИЙ»

ABOUT REQUIREMENTS TO THE THERMAL PERFORMANCE AND ENERGY EFFICIENCY IN THE PROJECT OF ACTUALIZA-TIONED SNiP «THERMAL PERFORMANCE OF THE BUILDINGS»

В.Г. Гагарин, B.B. Козлов

V. Gagarin, V. Kozlov

НИИСФ PAACH

Описаны требования к теплозащитным характеристикам отдельных ограждающих конструкций, всей совокупности ограждающих конструкций и к показателю энергетической эффективности здания.

Requirements to thermal performance characteristics of separate enclosures, all set of enclosures and to a parameter of energy efficiency of a building are described.

1. Введение

Актуализация СНиП 23-02 Тепловая защита зданий выполнялась на основе редакции этого документа 2003 г. [1]. При проведении актуализации СНиП необходимо было решить несколько задач, главные из которых следующие:

- сохранить основные понятия и, по возможности, требования редакции СНиП 23-02-2003;

- повысить энергоэффективность проектируемых зданий за счет неиспользованных резервов;

- провести гармонизацию СНиП с зарубежными нормами;

- включить в СНиП наиболее необходимые методики расчета нормируемых теплофизических показателей;

- по-возможности устранить выявленные недостатки СНиП 23-02-2003;

- создать предпосылки для возможности использования СНиП для проектирования новых ограждающих конструкций с повышенными теплозащитными свойствами;

- заложить основы для дальнейшего развития нормирования теплофизических свойств ограждающих конструкций.

Такое обилие задач, в том числе и противоречащих друг другу, не могло не вызвать неоднозначного отношения специалистов к разрабатываемому документу.

Основное внимание специалистов при разработке и обсуждении редакции СНиП было обращено на нормирование теплозащиты зданий и расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию зданий. Краткому изложению этих вопросов и обоснованию принятых решений посвящена данная статья.

В актуализированной редакции СНиП нормирование теплозащиты зданий и расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию зданий осуществляется тремя ви-

дами требований: требования к теплозащите отдельных ограждений, требования к теплозащите оболочки здания (к совокупности всех наружных ограждающих конструкций) и требования к показателю энергоэффективности здания, в качестве которого принята удельная энергетическая характеристика здания. Такая же структура требований принята, например, в нормах Дании [2].

2. Поэлементные требования к ограждающим конструкциям

В литературе отсутствуют корректные данные, подтверждающие экономическую целесообразность повышения сопротивления теплопередаче стен, не только выше указанных в табл. 4 [1], но и выше величин в два раза меньших. В то же время для других ограждающих конструкций, например для окон повышение сопротивления теплопередаче, может быть вполне оправданным. Существенно и различие региональных подходов при решении данной проблемы. Поэтому поэлементные требования к ограждающим конструкциям в актуализированном СНиП представлены таблицей 4 [1] с учетом п.5.13 [1]. Согласно п.5.13 требуемые значения сопротивлений теплопередаче ограждающих конструкцийК™Р из указанной таблицы допускается корректировать. В актуализированном СНиП коррекция нормируемого значения сопротивления теплопередаче учитывает особенности регионов:

^ = Кр тр , (1)

где: - базовое значение требуемого сопротивления теплопередаче ограж-

дающей конструкции, м2 °С/Вт, принимаемое в зависимости от градусо-суток отопи-

Т)НОрМ

тельного периода; А0 - нормируемое значение сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции, м2-°С/Вт; тр - коэффициент, учитывающий особенности региона строительства, принимаемый для стен не менее тр = 0,63, для светопро-

зрачных конструкций не менее тр = 0,95, для остальных ограждающих конструкций

не менее тр = 0,80 . Повышение значений коэффициента тр для конкретного региона

должно быть обосновано экономическим расчетом.

В [1] требования к «удельному расходу тепловой энергии на отопление здания» были альтернативными (необязательными), при их выполнении допускалось понижение требуемого сопротивления теплопередаче (для стен до 0,63 Я-™р). Это понижение

также было альтернативным. В актуализированной редакции СНиП соответствующие требования энергоэффективности представлены в специальном разделе и стали безальтернативными (обязательными), поэтому и снижение нормативных значений сопротивлений теплопередаче ограждающих конструкций стало безальтернативным.

Фактическое ужесточение поэлементных требований заключается в том, что в качестве обязательного приложения в актуализированной редакции СНиП представлен значительно модернизированный метод расчета приведенного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций. Дело в том, что метод расчета приведенного сопротивления теплопередаче, представленный в СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий» является по существу полуэмпирическим и зачастую дает завышенные результаты, вследствие неполного учета всех теплопроводных включений, имеющихся в современных ограждающих конструкциях. Теоретическое обоснование

модернизированного метода расчета (давно применяемого в НИИСФ) приведено в [3]. Метод расчета, гармонизирован с методами, применяемыми в ФРГ [4].

К поэлементным требованиям в актуализированной редакции СНиП относятся также санитарно-гигиенические требования невыпадения конденсата на внутренней поверхности ограждающих конструкций в местах расположения теплопроводных включений и ограничения температуры на поверхностях заполнения светопроемов.

3. Требование к оболочке здания

Это требование ограничивает тепловые потери через оболочку здания, т.е. через совокупность всех ограждающих конструкций [5] и обосновано следующим выводом.

Потери теплоты через оболочку здания описываются при небольшом упрощении формулой:

V 4 .........

Q =

ГСОП24/1000,

V V у

где: Q - потери теплоты зданием за отопительный период, кВт-ч/г.; А, - площади

2 пяр

■ • - приведенные сопротивления теплопередаче соответ-

.2 о г

М

наружных ограждении, ,

ствующих наружных ограждений, м2-°С/Вт; ГСОП - градусо-сутки отопительного периода, °С сут/г.; V - отапливаемый объем здания, ограниченный рассматриваемой совокупностью ограждающих конструкций, м3;

ных ограждающих конструкций, м2.

Преобразование уравнения (2) дает:

- суммарная площадь всех наруж-

Q = 0,024ГСОП 0,024ГСОППо6.

- 0,024ГСОШ

Ау

г

У

V

I

А

л

ппр Ко,1;

'Асум =

(3)

Из (4) следует:

Л.

к5 = К

где

К.......-

общ

Асум

К _

общ

I

А

К У

А

(4)

(5)

Величина коб - удельная характеристика, которую предложено называть «теплозащитной», Вт/(м3-°С). Физический смысл этого параметра заключается в том, что он численно равен количеству тепловой энергии теряемой теплопередачей через оболочку здания одним м3 отапливаемого объема здания в единицу времени (в секунду) при перепаде температуры воздуха в один °С. Если умножить удельную теплозащитную характеристику на ГСОП и на размерный коэффициент 0,024, то получится количество тепловой энергии в кВт ч, которое теряется через оболочку здания одним м3 отапливаемого объема за отопительный период, если это количество разделить на высоту этажа, то получится «удельный расход тепловой энергии на отопление здания», обусловленный теплопотерями через оболочку здания, измеряемый в кВт-ч/(м2-г.).

Удельную теплозащитную характеристику здания (под другим названием), было предложено использовать для нормирования теплопотерь через оболочку здания, еще

в 30-х годах XX века [6]. Можно отметить, что попытки нормировать общий коэффициент теплопередачи оболочки здания Кобщ или коэффициент компактности здания

Ккомп (например в МГСН 2.01-99), как следует из (3)-(5) нельзя признать состоятельными, поскольку они не полностью характеризуют теплозащитные свойства оболочки здания, в отличие от удельной теплозащитной характеристики здания к0ц.

В актуализированной редакции СНиП введено нормирование удельной теплозащитной характеристики здания. Нормирование осуществляется путем сравнения: расчетная величина должна быть не больше нормируемой (требуемой):

коб < к:!. (6) Требуемая удельная теплозащитная характеристика рассчитывается по формуле:

4,74 1

к„7 =\

0,00013ГСОП + 0,61 0,16 10

У^ < 960

V от

(7)

У,^ > 960

0,00013ГСОП + 0,61

Эта формула представляет собой аппроксимацию значений удельной теплозащитной характеристики набора зданий определенной, эталонной, формы при минимально допустимых поэлементных значениях приведенного сопротивления теплопередаче всех ограждающих конструкций. В [5] была представлена несколько другая формула для расчета нормируемых значений удельной теплозащитной характеристики зданий, она была слегка скорректирована в результате обсуждения первой редакции актуализированного СНиП. Для удобства использования в СНиП представлена таблица (табл. 1) нормируемых значений табулированная по формуле (7).

Методика расчета удельной теплозащитной характеристики здания представлена в обязательном приложении к СНиП. Если здание имеет форму близкую к эталонной, и сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций близкие к нормируемым значениям, то его теплозащитная характеристика не превысит требуемое значение, определенное по формуле (7). Если же здание будет иметь более сложную форму, например, развитую поверхность стен, то его теплозащитная характеристика может превосходить требуемое значение вычисленное по формуле (7). В последнем случае для удовлетворения рассматриваемого требования необходимо будет увеличить сопроти-вения теплопередаче отдельных ограждающих конструкций здания.

Поскольку удельная теплозащитная характеристика вычисляется с использованием значений сопротивлений теплопередаче, нормируемые значения которых зависят от ГСОП, то и нормируемые значения этой характеристики также зависят от ГСОП.

Таблица 1. Нормируемые значения удельной теплозащитной характеристики

здания

Отапливаемый объем здания, Уот, м3 Значения , Вт/(м3 оС), при значениях ГСОП, °С сут/г.

1000 3000 5000 8000 12000

300 0,957 0,708 0,562 0,429 0,326

600 0,759 0,562 0,446 0,341 0,259

1200 0,606 0,449 0,356 0,272 0,207

2500 0,486 0,360 0,286 0,218 0,166

6000 0,391 0,289 0,229 0,175 0,133

15000 0,327 0,242 0,192 0,146 0,111

50000 0,277 0,205 0,162 0,124 0,094

200000 0,269 0,182 0,145 0,111 0,084

4. Требование к показателю энергоэффективности здания

В актуализированной редакции СНиП 23-02 выполнено совершенствование расчета показателя энергоэффективности здания. Анализ методики расчета «удельного расхода тепловой энергии на отопление здания» используемой в СНиП 23-02-2003 показал, что расчетная величина, фактически может измеряться в Вт/(м3-°С) и представляется в виде:

^ = [к0б + квент -(к6ыт + крад)<](1 -£)/}„. (8)

Здесь: к0в - удельная теплозащитная характеристика здания, Вт/(м3 -°С), определяемая по формулам (4) и (5);квент - удельная вентиляционная характеристика здания, Вт/(м3 -°С); квыт - удельная характеристика бытовых тепловыделений здания, Вт/(м3-°С); крад - удельная характеристика теплопоступлений в здание от солнечной радиации, Вт/(м3 -°С);рА , V, ^ - коэффициенты, которые определены в приложении Г в СНиП 23-02-2003 и которые характеризуют систему отопления и не связаны со свойствами ограждающих конструкций; - коэффициент, учитывающий снижение тепло-потребления жилых зданий при наличии поквартирного учета тепловой энергии на отопление, принимается до получения статистических данных фактического снижения 4 =0,1 (данный коэффициент предложен В.И. Ливчаком).

Расчетные формулы для кеент , квыт и крад получаются из методики расчета в приложении Г [1] (вследствие ограниченного объема здесь не приводятся).

Параметр цот назван в актуализированной редакции СНиП «удельная характеристика расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания». Этот параметр и принят в актуализированной редакции СНиП в качестве «показателем энергетической эффективности здания». Требование к показателю энергетической эффективности здания выглядят традиционно: расчетное значение должно быть не больше нормируемой величины:

ар < атр (9)

1 от 1 от V /

Таблица нормируемых значений удельной характеристики расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания (табл. 2) получена умножением на 0,0116 соответствующих значений таблицы 9 из [1]. Пересчет осуществлялся исходя из следующего соотношения единиц измерения:

кДж /(м3 0С ■ сут ) = —1000---3—— = 0,0116 Вт /(м3 0С ).

24■3600 м 0С

По рассчитанному значению удельной характеристики расхода тепловой энергии вычисляется удельный расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию по формулам:

д = 0,024 • ГСОПд^ , кВт ч/(м3 г.) ; (10)

д = 0,024 ■ ГСОПд^к, кВт ч/(м2 г.) . (10а)

Расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию зависят от климатической характеристики региона строительства, в отличие от удельной характеристики.

Таким образом, представленный в актуализированной редакции СНиП подход позволил избежать логических просчетов в [1] при расчете удельного расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию и в то же время сохранить базовые нормы энергетической эффективности зданий.

Равенство (8) показывает, что удельная характеристика расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания является линейной комбинацией четырех удельных характеристик здания. При этом используется четыре коэффициента, значения которых назначены с неизвестной погрешностью и из соображений практически не связанных с ограждающими конструкциями. Кроме этого три из четырех удельных характеристик в правой части (8) существенно зависят от особенностей эксплуатации здания и не могут быть адекватно рассчитаны на стадии проектирования. Рассчитываются лишь некоторые модели теплопотерь вследствие вентиляции, теплопоступлений от бытовых источников и теплопоступлений от солнечной радиации. Эти модели далеки от реальных процессов, происходящих в здании. На этом фоне удельная теплозащитная характеристика здания может быть достаточно точно спрогнозирована на стадии проектирования, поскольку в расчет этой характеристики не входят климатические показатели, особенности поведения жильцов дома, надежность работы системы отопления и т.д. Это обстоятельство явилось предпосылкой для ее отдельного нормирования, что и было реализовано в актуализированной редакции СНиП.

5. Заключение.

В описанной системе нормирования теплозащиты и энергетической эффективности в актуализированном СНиП «Тепловая защита зданий» повышение требований к энергетической эффективности зданий осуществляется за счет:

• нормирования метода расчета приведенного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций;

• нормирования удельной теплозащитной характеристики здания.

Эти мероприятия позволят задействовать резервы повышения теплозащиты зданий: проектирование конструкций с пониженным влиянием теплотехнических неод-нородностей и с оптимальными архитектурно-планировочными решениями. В то же время они не вызовут существенного удорожания стоимости строительства.

Методика расчета показателя энергетической эффективности зданий по своему содержанию практически соответствует методике в СНиП 23-02-2003 (с небольшими

изменениями), но по форме видоизменена с целью удобства использования ее в практических расчетах и анализах показателя энергетической эффективности.

Система нормирования обладает потенциалом для развития. Наиболее важным при этом представляется переход при нормирования показателя энергетической эффективности от зависимости от этажности к зависимости от объема здания.

Таблица 2. Нормируемая (базовая) удельная характеристика расхода тепловой

тр

энергии на отопление и вентиляцию здании за отопительный период здании,

Вт/(м3-°С)

Тип здания Этажность здания

1 2 3 4, 5 6, 7 8, 9 10, 11 12 и выше

1 Жилые многоквартирные, гостиницы, общежития 0,455 0,414 0,372 0,359 0,336 0,319 0,301 0,290

2 Общественные, кроме перечисленных в строках 3-6 таблицы 0,487 0,440 0,417 0,371 0,359 0,342 0,324 -

3 Поликлиники и лечебные учреждения, дома-интернаты 0,394 0,382 0,371 0,359 0,348 0,336 0,324 -

4 Дошкольные учреждения, хосписы 0,521 0,521 0,521 - - - - -

5 Сервисного обслуживания, культурно-досуговой деятельности, технопарки, склады 0,266 0,255 0,243 0,232 0,232 -

6 Административного назначения (офисы) 0,417 0,394 0,382 0,313 0,278 0,255 0,232 0,232

Литература

1. СНиП 23-02-2003. «Тепловая защита зданий». - М: Стройиздат, 2003. - 30. с.

2. Bygningsreglementet 2010. (http://www.ebst.dk/bygningsreglementet.dk/forside/0/2).

3. Гагарин В.Г., Козлов В.В. «Теоретические предпосылки расчета приведенного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций». // Строительные материалы. 2010, № 12. -с. 4 - 12.

4. DIN 4108 Beiblatt 2. Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden - Wärmebrücken -Planungs- und Ausführungsbeispiele.

5. Гагарин В.Г., Козлов В.В. О комплексном показателе тепловой защиты оболочки здания. // Журнал АВОК. 2010. № 4. - с. 52-60.

6. Нормы определения теплопотерь через ограждения зданий и расчетных температур. ОСТ 90008-39. Комитет по делам строительства при СНК Союза ССР. М.-Л., 1939.

Literature

1. SNiP 23-02-2003 «Thermal performance of the buildings»

2. Bygningsreglementet 2010. (http://www.ebst.dk/bygningsreglementet.dk/forside/0/2)

3. Gagarin V.G., Kozlov V.V. « Theoretical preconditions of calculation of the reduced resistance to a heat transfer of enclosures». // Building materials. 2010, №12, p. 4 - 12.

4. DIN 4108 Beiblatt 2. Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden - Wärmebrücken -Planungs- und Ausführungsbeispiele.

5. Gagarin V.G., Kozlov V.V. About a complex parameter of Thermal performance of an envelopment of a building. // AVOK. 2010. №4, p. 52-60.

6. Norms of determination of heat losses through enclosures of buildings and of design temperatures. OST 90008-39. Committee on affairs of construction at Council of National commissioners of the USSR. M.-L. 1939.

Ключевые слова: тепловая защита зданий, энергетическая эффективность, приведенное сопротивление теплопередаче, удельная теплозащитная характеристика здания, удельная характеристика расхода тепловой энергии, удельный расход тепловой энергии

Keywords: thermal performance of buildings, energy efficiency, reduced resistance to a heat transfer of enclosures, the specific thermal performance characteristic of a building, the specific characteristic of the consumption of thermal energy, the specific consumption of thermal energy

e-mail: [email protected]