CC BY
74
УДК 69:[620.9:662.6.004.18]
С. Ю. Плешков, Е. А. Степанова
ОБОСНОВАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ И РЕНТАБЕЛЬНОСТИ СТРОИТЕЛЬСТВА ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ С НИЗКИМ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕМ В ГОРОДЕ ОМСКЕ
Выявлены преимущества строительства в г. Омске жилого энергоэффективного здания с низким энергопотреблением по сравнению со строительством здания из стандартной трехслойной конструкции. Обоснована экономическая рентабельность строительства с применением энергосберегающих технологий в регионе с холодным климатом. Рассчитано требуемое сопротивление теплопередаче отдельных ограждающих конструкций рассматриваемого здания для климатических условий г. Омска. В соответствии с требованиями СП 50.13330.2012 и СП 230.1325800.2015 определено приведенное сопротивление теплопередаче наружных стен, совмещенного покрытия, цокольного перекрытия технического подвала. Рассчитан несущий теплоизоляционный элемент «Schock Isokorb®», как механизм обеспечения эффективной термоизоляции выступающих конструкций здания. Показано, что долгосрочные инвестиции в строительство энергоэффективных зданий с низким энергопотреблением в регионах с холодным климатом рентабельны.
Ключевые слова: энергосберегающие технологии, энергоэффективное строительство, энергоэффективное здание с низким энергопотреблением, приведенное сопротивление теплопередаче, несущий теплоизоляционный элемент.
Введение
Экономика России в настоящее время находится в состоянии стагнации, рецессии. Тем не менее, несмотря на существующие проблемы, российскому строительному комплексу удалось сохранить относительно высокие темпы ввода жилой недвижимости [1]. Благодаря Своду правил (СП 230.1325800.2015), введенному в действие 30 апреля 2015 г. [2], существенно увеличился уровень проектирования тепловой защиты зданий, а энергоэффективное строительство получило законодательную поддержку.
В условиях неминуемого истощения энергетических ресурсов практически все осознают, что проблема экономии энергии при эксплуатации жилых объектов должна выходить на первые позиции, однако по причине недостаточной информированности далеко не все специалисты строительной отрасли понимают, как правильно экономить энергию и рентабельны ли долгосрочные инвестиции в энергоэффективное строительство.
Именно поэтому целью нашего исследования стало выявление преимуществ строительства в г. Омске жилого энергоэффективного здания с низким энергопотреблением по сравнению со строительством здания, выполненного по стандартной технологии, а также обоснование экономической рентабельности строительства с применением энергосберегающих технологий в регионе с холодным климатом.
Общая характеристика исследуемого объекта строительства
Рассмотрим конструктивное решение наружных ограждающих конструкций энергоэффективного 12-квартирного 4-этажного жилого дома, предлагаемого к возведению в г. Омске (рис. 1).
амллЗ здаыия Ь йлак 1 — 3 файлд vjauua Ь o&at 3-1
1 1 1 1 |. D □ □ □ □ □□□ —
□ 0 пп 1
1 □ □□□ □ □Ж.
0 D □ □ 1П - Ш
- гк
<3 1
а б
Рис. 1. Схема фасадов энергоэффективного здания с низким энергопотреблением, предложенного к строительству в г. Омске: а - южного; б - восточного
Наружные стены здания - трехслойные, с внутренним и наружным слоями из кирпичной кладки на цементно-песчаном растворе толщиной 380 и 120 мм соответственно и теплоизоляционным слоем из минераловатных плит на основе базальтового волокна «Яоскдаоо1 «Кавити Баттс» толщиной 140 мм. Соединение внутреннего и наружного слоев кирпичной кладки обеспечивается гибкими стеклопластиковыми связями. Внутри предусматривается оштукатуривание цементно-песчаным раствором толщиной 20 мм.
Заполнение оконных проемов - оконные блоки из ПВХ, А1-профилей с двухкамерными стеклопакетами толщиной 40 мм (внутреннее стекло - с низкоэмиссионным покрытием).
Проектируемое здание имеет совмещенное покрытие и неотапливаемое техническое подполье под жилой частью здания. Цокольное перекрытие неотапливаемого технического подполья - сборные многопустотные железобетонные плиты перекрытия толщиной 220 мм с укладкой теплоизоляционного слоя из плит экструдированного пенополистирола «Пеноплекс-35» толщиной 120 мм, гидроизоляционного слоя из полиэтиленовой пленки и заливкой поверх цементно-песчаного фиброраствора толщиной 70 мм.
В помещении тамбура используются 2 типа дверей: входные двери - металлические, утепленные, а также двери из ПВХ-профилей с двухкамерными стеклопакетами. Для здания предусмотрен коммерческий учет потребленных воды, тепловой энергии и электричества.
Для проверки требований энергоэффективности, с учетом требований СП 50.13330.2012 [3] в исследуемом здании был проведен расчет удельного теплопотребления и расчетная величина сопоставлена с нормативным значением. Обеспечение требования было достигнуто за счет выбора соответствующего уровня теплозащитных качеств отдельных ограждающих конструкций здания, его объемно-планировочного решения, типа, эффективности и метода регулирования используемых систем теплоснабжения и вентиляции.
Обоснование выбора оптимального проектного решения, обеспечивающего соответствие здания требованиям энергетической эффективности
Оценка приведенного сопротивления теплопередаче наружных стен проектируемого здания (рис. 2) была выполнена в соответствии с рекомендациями [1, 2, 4, 5], с учетом потерь тепла через торцы плит перекрытий и откосы оконных проемов:
- плоский элемент 1 - кирпичная кладка на цементно-песчаном и теплоизоляционном слое из минераловатных плит;
- линейный элемент 1 - стык стены с плитой перекрытия, толщиной 220 мм, перфорированной в соотношении пустоты/бетонные перемычки 3/1;
- линейный элемент 2 - примыкание оконного блока к стене.
^12о|14о| 380 | 20
> 660 / /
Рис. 2. Схема разреза наружной стены проектируемого здания: 1 - кирпичная кладка из кирпича обыкновенного глиняного на цементно-песчаном растворе с теплопроводностью ХА = 0,7 Вт/(м-°С); 2 - минераловатные плиты «Яоск'^о1 «Кавити Баттс», ХАприв = 0,043 Вт/(м-°С); 3 - стеклопластиковая связь; 4 - цементно-песчаный раствор, у0 = 1800 кг/м3, ХА = 0,76 Вт/(м-°С)
Таким образом, в рассматриваемом фрагменте ограждающей конструкции представлен один вид плоских и два вида линейных элементов.
Весь фасад здания, включая светопроемы, имеет общую площадь 913,17 м2. Фасад содержит следующие светопроемы размерами: 1600 х 920 мм - 54 шт., 3600 х 3000 мм - 28 шт., 3400 х 1600 мм - 2 шт., 2300 х 1600 мм - 2 шт. Суммарная площадь светопроемов 460 м2.
Площадь поверхности фрагмента ограждающей конструкции [2, п. Б.3, с. 14] для расчета приведенного сопротивления теплопередаче Л0пр составляет:
А = 913,17 - 460 = 417,17 м2.
Суммарная протяженность торцов плит перекрытий на фасаде 137,6 м. Удельная геометрическая характеристика равна:
= = 0,338 м1.
1 417,17
Общая длина оконных откосов определена по экспликации оконных проемов:
Ь2 = 344,6 м.
Длина откосов, приходящаяся на 1 м2 площади фрагмента,
1 344,6 _1
12 =-= 0,826 м .
2 417,17
Условное, рассчитанное без учета теплопроводных включений конструкции, сопротивление теплопередаче наружных стен (определено по [2, формула (5.5)]) составляет (теплозащитная характеристика для плоского элемента):
= _1_ + 0,02 + 0,38 + 0,12 + ± = М2,, С/Вт.
8,7 0,76 0,70 0,043 0,70 23
Коэффициент теплопередачи однородной части фрагмента теплозащитной оболочки здания (удельные потери теплоты через плоский элемент) рассчитан по [2, формула (5.2)]:
и =
1
пусл Л01
— = 0,232 Вт/(м2 •оС). 4,31 '
Удельные потери теплоты линейного элемента 1 приняты по [2, табл. Г.16], при
Яут = 3,3 м2• оСВт и ^ = 0,7 Вт/(м^°С), у 1 = 0,155 Вт/(м2 • оС).
Удельные потери теплоты линейного элемента 2 приняты по [2, табл. Г.33], при
Дуг = 3,3 м2 • °С/Вт и ^ = 0,7 Вт/(м^°С), у2 = 0,155 Вт/(м2 • оС).
Таким образом, мы определили все удельные потери теплоты, обусловленные всеми элементами в рассматриваемом фрагменте ограждающей конструкции. Результаты расчетов приведены в табл. 1.
Таблица 1
Элемент конструкции Удельный геометрический показатель Удельные потери теплоты, Вт/(м2 ■°С) Удельный поток теплоты, обусловленн^1й элементом, Вт/(м2 °С) Доля общего потока теплоты через фрагмент, %
Плоский элемент 1 а = 1 м2/м2 и = 0,232 0,232 68,4
Линейный элемент 1 11 = 0,388 м/м2 VI = 0,155 0,060 16,8
Линейный элемент 2 12 = 0,826 м/м2 ^2 = 0,01 0,008 14,8
Итого 0,300 100
Приведенное сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции рассчитано по [2, формула (5.1)]:
К =
1
0,232 + 0,06 + 0,008 0,3
■ = — = 3,33 м2 •оС/Вт.
Коэффициент теплотехнической неоднородности конструкции рассчитан по [2, формула (5.7)]:
0,232
r =-
0,3
= 0,70.
Расчет несущих теплоизоляционных элементов с целью ликвидации мостиков холода и снижения тепловых потерь
Для снижения тепловых потерь через стыки стен с плитой перекрытия на лоджиях дома возможно применение несущих теплоизоляционных элементов (НТЭ) «Schock Isokorb®». Расчет и подбор данных деталей производились с помощью программного обеспечения немецкой компании «Schöck Bauteile GmbH» [6]. При использовании рассчитанных НТЭ: K30-CV30-V8-H210 c коэффи-
циентом теплопроводности I = 0,1280 Вт/(м2 • оС); K20-CV30-V8-H210 c I = 0,0991 Вт/(м
м2•ос);
К40-СУ30-УУ-И210 с X = 0,1535 Вт/(м2 • оС); К30-СУ30-У10-И210 с X = 0,1463 Вт/( 030 + 030-И210 с X = 0,0730 Вт/(м2 • оС) доли общего потока теплоты через фрагменты ограждающей конструкции изменятся - снизятся теплопотери через мостики холода (стыки несущих стен с плитами перекрытий (табл. 2)).
Таблица 2
Элемент конструкции Удельный геометрический показатель Удельные потери теплоты, Вт/(м2 °С) Удельный поток теплоты, обусловленный элементом, Вт/(м2 •°С) Доля общего потока теплоты через фрагмент, %
Плоский элемент 1 а = 1 м2/м2 U = 0,232 0,232 81,4
Линейный элемент 1 ¡1 = 0,388 м/м2 У1 = 0,055 0,021 8,0
Линейный элемент 2 ¡2 = 0,826 м/м2 ^2 = 0,01 0,008 10,6
Итого 0,261 100
За счет применения НТЭ фирмы «Schöck Bauteile GmbH» повысится и приведенное сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции:
1
1
= 3,8 м2 •oС/Вт
0,232 + 0,021 + 0,008 0,261 Соответственно, увеличится коэффициент теплотехнической неоднородности конструкции:
0,232
r=
= 0,9.
0,261
Расчет совмещенного покрытия и цокольного перекрытия здания
Совмещенное покрытие исследуемого энергоэффективного жилого дома (рис. 3) имеет также довольно высокое значение приведенного сопротивления теплопередаче:
Л,пр = 5,69 м2 • оС/Вт.
Керамзитовый гравий
Рис. 3. Схема разреза совмещенного покрытия: Ж/Б плиты - железобетонные плиты
Схема цокольного перекрытия неотапливаемого технического подвала жилой части здания показана на рис. 4. Значение приведенного сопротивления теплопередаче вполне приемлемо:
Д0пр = 4,36 м2 • оС/Вт.
Рис. 4. Схема разреза цокольного перекрытия Сводные результаты теплозащитных качеств здания приведены в табл. 3.
Таблица 3
Итоговые результаты расчета теплозащитных качеств ограждающих конструкций исследуемого здания
Ограждение Требуемое приведенное сопротивление теплопередаче, м2-°С/Вт [7] Полученные расчетные значения
По минимальным требованиям п. 5.13 По требованиям табл. 4
Наружные стены 2,28 3,62 3,8
Совмещенное покрытие 4,30 5,37 5,69
Цокольное перекрытие технического подвала 1,22 1,53 4,36
Заполнение оконных проемов 0,59 0,62 0,59
Входные двери и ворота 1,02 1,02 1,02
Холодный климат России требует повышенных затрат при строительстве жилых энергоэффективных домов с низким энергопотреблением. Однако существенное снижение стоимости отопления таких домов в осенне-весенний и, особенно, в зимний периоды позволяет окупить эти затраты уже через 10 лет (рис. 5), используя заемные средства.
Возврат заемных средств с учетом дополнительного инвестирования за счет энергосбережения при исполазовании заемного капитала, евро
Возврат средств с учетом дополнительного инвестирования за счет энергосбережения без использования заемного капитала, евро
Прогнозируемая прибыль за счет энергосбережения при использовании заемные срндств, %
Прогнозируемая прибыль за счет энергосбережения без использования иаемнею врндств, %
Рис. 5. Динамика возврата заемных средств при долгосрочных инвестициях в строительство энергоэффективных зданий с низким уровнем энергопотребления с учетом дополнительного инвестирования, евро
О? ^ .«й?
Без использования заемных средств дополнительные затраты окупятся к 2022 г. (с учетом нынешней динамики роста цен на энергоресурсы (рис. 5)). Это подтверждается расчетами, выполненными по методике, предоставленной нам специалистами проектно-консалтингового института «Luwoge consult» (Людвигсхафен, Германия).
Заключение
Результаты исследования позволяют сделать следующие выводы.
1. Долгосрочные инвестиции в строительство энергоэффективных зданий с низким энергопотреблением в регионах с холодным климатом рентабельны.
2. Теплозащитные качества ограждающих конструкций энергоэффективного здания с низким уровнем энергопотребления, предлагаемого к строительству, соответствуют требованиям нормативного документа [5] по санитарно-гигиеническим и комфортным условиям, а также требованиям [2, 3].
3. Расчетные показатели удельного расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию 1 м3 отапливаемого объема исследуемого здания соответствуют нормативным требованиям [3].
4. Расчетный удельный расход тепловой энергии системы отопления здания с учетом автоматического регулировании теплоотдачи отопительных приборов составляет qhde * = 18,8 кДж/(м • С-сут). Нормативное значение удельного расхода тепловой энергии qhreg = 31,0 кДж/(м3-°С-сут). В соответствии с требованиями [3] спроектированному зданию жилого дома может быть присвоен класс энергетической эффективности «А» («Очень высокий»). В здании предусмотрен учет потребляемых энергетических ресурсов, а именно тепловой энергии, электрической энергии и воды, путем установки приборов учета.
5. Принятые в проекте конструктивные, инженерно-технические и архитектурно-планировочные решения по тепловой защите здания соответствуют требованиям [5].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Строительный рынок: итоги 2015 года и тенденции развития. URL: http://www.radidomapro. ru/ryedktzij/stroytelstvo/kapitalnoye/stroitelignyj-rynok--itogi-2015-goda-i-tendentzii--25900.php (дата обращения: 16.08.2016).
2. СП 230.1325800.2015. Конструкции ограждающие зданий. Характеристики теплотехнических неоднородностей. Утвержден приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства РФ от 8 апреля 2015 г. № 261/пр. Введен в действие с 30 апреля 2015 г. URL: http://docs.cntd.ru/ document/1200123088 (дата обращения: 16.08.2016).
3. СП 50.13330.2012. Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003. URL: http://files.stroyinf.ru/Data2/1/4293799/4293799306.htm (дата обращения: 22.08.2016).
4. СП 23-101-2004. Проектирование тепловой защиты зданий. URL. http://files.stroyinf.ru/Data1/43/ 43635/ (дата обращения: 22.08.2016).
5. Система нормативных документов в строительстве. Территориальные строительные нормы. Администрация Омской области. Энергосбережение в гражданских зданиях. Нормативы по теплопотреб-лению и теплозащите. ТСН 23-338-2002 Омской области. URL: http://gostisnip.ru/dokumenty/territorialnye_ stroitelnye_normy_tsn/tsn_23-338-2002_omskoy_oblasti/ (дата обращения: 22.08.2016).
6. Wärmebrücken-Rechner. URL: https://psi.schoeck.de/isokorb (дата обращения: 25.06.2015).
7. СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий. URL: http://www.vashdom.ru/snip/23-02-2003/ (дата обращения: 22.08.2016).
Статья поступила в редакцию 2.09.2016
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Плешков Сергей Юрьевич — Россия, 620002, Екатеринбург; Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б. Н. Ельцина; канд. экон. наук, доцент; доцент кафедры гидравлики; [email protected].
Степанова Екатерина Александровна — Россия, 620002, Екатеринбург; Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б. Н. Ельцина; магистрант кафедры гидравлики; [email protected].
S. Yu. Pleshkov, Е. А. Stepanova
SUBSTANTIATION OF POWER EFFICIENCY AND PROFITABILITY OF CONSTRUCTING RESIDENTIAL BUILDINGS WITH LOW POWER CONSUMPTION IN OMSK
Abstract. The advantages of construction of residential power effective building with low power consumption in comparison with construction of the building from a standard three-layer design in Omsk are revealed. Economic profitability of construction with application of power saving up technologies in the region with a cold climate is proved. The demanded resistance to a heat transfer of separate protecting designs of the considered building for environmental conditions of Omsk is calculated. The resulted resistance to a heat transfer of the external walls, the combined covering and basement floor are determined according to the requirements of Construction Rules 50.13330.2012 and 230.1325800.2015. The bearing heat-insulating element "Schock Isokorb®" is calculated as the mechanism of maintenance of effective thermoisolation of acting designs of a building. It is shown that long-term investment into construction of power effective buildings with low per consumption in the regions with cold climate are profitable.
Key words: power saving up technologies, power effective construction, power effective building with low power consumption, resulted resistance to heat transfer, bearing heat-insulating element.
REFERENCES
1. Stroitel'nyi rynok: itogi 2015 goda i tendentsii razvitiia [The Building market: results of 2015 and tendencies for development]. Available at: http://www.radidomapro.ru/ryedktzij/stroytelstvo/kapitalnoye/stroitelignyj-rynok--itogi-2015-goda-i-tendentzii--25900.php (accessed: 16.08.2016).
2. SP 230.1325800.2015. Konstruktsii ograzhdaiushchie zdanii. Kharakteristiki teplotekhnicheskikh neodnorod-nostei [Construction Rules 230.1325800.2015. Designs characteristics, protecting buildings, of heat engineering non-homogenity]. Utverzhden prikazom Ministerstva stroitel'stva i zhilishchno-kommunal'nogo khoziaistva RF ot 8 aprelia 2015 g. № 261/pr. Vveden v deistvie s 30 aprelia 2015 g. Available at: http://docs.cntd.ru/document/1200123088 (accessed: 16.08.2016).
3. SP 50.13330.2012. Teplovaia zashchita zdanii. Aktualizirovannaia redaktsiia SNiP 23-02-2003 [Construction Rules 50.13330.2012. Thermal protection of buildings. Staticized edition of SNiP 23-02-2003]. Available at: http://files.stroyinf.ru/Data2/1/4293799/ 4293799306.htm (accessed: 22.08.2016).
4. SP 23-101-2004. Proektirovanie teplovoi zashchity zdanii [Construction rules 23-101-2004. Designing of thermal protection of buildings]. Available at: http://files.stroyinf.ru/Data1/43/43635 (accessed: 22.08.2016).
5. Sistema normativnykh dokumentov v stroitel'stve. Territorial'nye stroitel'nye normy. Administratsiia Omskoi oblasti. Energosberezhenie v grazhdanskikh zdaniiakh. Normativy po teplopotrebleniiu i teplozashchite. TSN 23338-2002 Omskoi oblasti [System of standard documents in building. Territorial building norms. Administration of the Omsk region. Power savings in civil buildings. Specifications on heat con-sumption and heat-shielding. TSN 23-338-2002 Omsk region]. Available at: http://gostismp.ru/dokumenty/territorialnye_stroitelnye_nomy_tsn/tsn_23-338-2002_omskoy_oblasti (accessed: 22.08.2016).
6. Wärmebrücken-Rechner. Available at: https://psi.schoeck.de/isokorb (accessed: 25.06.2015).
7. SNiP 23-02-2003. Teplovaia zashchita zdanii [Construction rules and regulations 23-02-2003. Thermal protection of buildings.]. Available at: http://www.vashdom.ru/snip/23-02-2003/ (accessed: 22.08.2016).
The article submitted to the editors 2.09.2016
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Pleshkov Sergey Yurievich — Russia, 620002, Ekaterinburg; Ural Federal University named after the first President of Russia B. N. Yeltsin; Candidate of Economics, Assistant Professor; Assistant Professor of the Department of Hydraulics; [email protected].
Stepanova Ekaterina Aleksandrovna — Russia, 620002, Ekaterinburg; Ural Federal University named after the first President of Russia B. N. Yeltsin; Master's Course Student of the Department of Hydraulics; [email protected].
