CC BY
78
Особенности теплотехнического расчёта в современном домостроении УДК 626
ОСОБЕННОСТИ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОГО РАСЧЁТА В СОВРЕМЕННОМ ДОМОСТРОЕНИИ
Н.А. Сташевская, А.П. Минина
Российский университет дружбы народов
Аннотация Ключевые слова:
Особенности теплотехнического расчёта в современном домостроении теплозащита, тепловой баланс,
оказывает влияние на сметную стоимость строительства и расходы на ограждающая конструкция.
эксплуатацию зданий. В статье приведены этапы формирования со- История статьи:
временных требований к достижению энергетической эффективности Дата поступления в редакцию 18.05.17
зданий. Дата принятия к печати 23.05.17
Одной из главных проблем современного домостроения является проектирование и строительство зданий, которые бы отвечали не только требованиям долговечности, безотказности, ремонтопригодности, сохраняемости, но экологичности и экономичности.
Раньше здания строили из строительных материалов вне зависимости от их теплотехнических качеств. Наиболее часто для возведения стен применялся глиняный (красный) кирпич. На территории древней Руси первое применение кирпича началось в Х веке. Более часто его стали использовать после крещения Руси в 988 году. Тогда со священниками из Византии приехали и строители, привезшие секрет производства кирпичей. Первой кирпичной постройкой в древней Руси была Десятинная церковь в Киеве, в Москве первые кирпичные дома были сооружены в 1450 г. Кирпич хорошо сопротивляется действию высоких температур, обладает низкой влагоёмкостью и поэтому нашёл широкое применение в стенах и столбах жилых, общественных и промышленных зданий.
Для сохранения тепла в домах делали стены значительной толщины. Так, дореволюционное жилищное строительство характеризуется возведением стен толщиной 660-1480 мм. Такое чрезмерное утолщение стен было связано с отсутствием на то время принципов расчёта каменных конструкций. Толщина стен по этажам принималась по сложившейся практике. Так, толщина стен каждых двух этажей сверху вниз, начиная с третьего этажа, увеличивалась на пол кирпича. Разумеется, такая толщина кирпичной стены обеспечивала и обеспечивает до сих пор вполне комфортное пребывание людей в этих домах даже в самые лютые морозы.
С развитием строительной науки и изобретением новых строительных материалов, подход к обеспечению комфортных микроклиматических условий внутри зданий изменился. Актуализировались требования и к энергосбережению зданий в постсоветское время после перехода к условиям рыночной экономики. Фонд построенных в советское время жилых, общественных и промышленных зданий в России, с точки зрения энергопотребления, оказался неэффективным. Анализ данных по расходу энергии показал, что на отопление зданий в России расходуется около 34% произведенной и стране тепловой энергии, тогда как в западных странах эта доля составляет 20-22%.
Высокий уровень энергопотребления и, как следствие, значительные расходы на содержание зданий и сооружений, повлекло за собой необходимость пересмотра существующих нормативов с точки зрения ужесточения требований к тепловой эффективности ограждающих конструкций.
Основным расчётным параметром при теплотехнических расчётах является сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции — способность материала не допускать пропускание тепла через свою толщу Я, м2-°С/ Вт. Чем больше сопротивление теплопередаче конструкции, тем лучше ее теплоизолирующая способность.
Первые известные технически обоснованные требования к уровню теплоизоляции были сформулированы Сокольским В.А. в 1910 г. [1] и проработаны Рошефором Н.И в Урочном положении [2]. В этих работах
подавляющая европейская часть России была отнесена к северной и средней климатическим зонам. Для этих зон наименьшая толщина наружных стен из кирпича была узаконена, в размере 2,5 кирпича, т.е. примерно 640 мм. Требования теплоизоляции были частью раздела «Устойчивость стен». Рассматривался только один тип стен — на основе кирпичной кладки.
Первыми нормами, разработанными в СССР по теплозащите зданий и строительным конструкциям, были Т.У и Н., изданные в 1929 г. В этом документе прописывалось, что «Степень теплозащиты, обеспечиваемая ограждением, определяется её сопротивлением теплопередаче и устойчивостью теплового режима внутри здания при периодическом отоплении последнего» [3]. В качестве эталона была установлена кирпичная стена с толщиной для среднего климатического района России в 2,5 кирпича (640 мм) с сопротивлением теплопередаче 0,95 м2 -°С/Вт из расчёта одной топки печи в сутки. Этот эталон использовался для сравнительной оценки различных типов наружных стен зданий. Требуемая степень теплозащиты достигалась: теплотехническим расчетом ограждающих конструкций; расчетом тепловых потерь; расчетом системы отопления.
Следующим этапом развития нормативных требований, посвященных строительной теплотехнике, было принятие СНиП 11-В.3 в 1955 году. Устанавливалось, что величина сопротивления теплопередаче ограждения должна быть не менее требуемого:
где К величина сопротивления теплопередаче многослойных ограждений, м2 ч-град/ккал;
Шгвеличина требуемого сопротивления теплопередаче ограждений, м2 ч-град/ккал.
Нормами предусматривалось, что величина сопротивления теплопередаче наружных ограждений должна выбираться с учётом следующих требований:
поддержание в здании расчетной температуры внутреннего воздуха не менее 18оС при расчетной зимней температуре наружного воздуха;
обеспечение недопущения выпадения конденсата на внутренней поверхности полов, наружных стен и потолков.
В следующих редакциях СНиП по теплотехнике эти требования получили название «санитарно-гигиенических».
Аналогичные требования к величине сопротивления теплопередаче ограждения были оставлены в СНиП 11-А.7-62 «Строительная теплотехника. Нормы проектирования», которые вступили в действие с 1 июля 1963 года. Были введены некоторые изменения в терминологии при расчётах величины сопротивления теплопередаче многослойных ограждений и в порядок расчёта величины требуемого сопротивления теплопередаче ограждений.
Существенное дополнительное требование к величине сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций появилось в следующей редакции СНиП П-А.7-71 по теплотехнике, утверждённой 27 октября 1971 года.
Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций должно быть не менее сопротивления теплопередаче К^, требуемого из санитарно-гигиенических условий, и Я^, определяемого экономическим расчетом в соответствии с указаниями раздела 6 данного стандарта.
Д0 >тах{Д0тр,ДП-
При расчётах экономически-целесообразный уровень сопротивления теплопередаче Я™ в большинстве случаев оказывался меньше санитарно-гигиенического уровня ЯЧ Связано это было с низкими тарифами на тепловую энергию и тем, что нормативный срок окупаемости дополнительных капитальных вложений Тн ограничивался 8 и 12 годами (при том, что расчетный срок эксплуатации новых зданий составлял от 50 до 100 лет).
Следующий нормативный документ в области теплотехники СНиП П-3-79 был утвержден с 14.03.1979 года. Произошло это из-за большого количества изменений и дополнений к СНиП 11-А.7-71. К существенным изменениям в этом документе следует отнести отсутствие требования экономического обоснования
Особенности теплотехнического расчёта в современном домостроении
при выборе уровня теплоизоляции Другими словами, нормативное требование при выборе уровня теплоизоляции ограждающих конструкций вернулось к виду
> .
Как видно из вышесказанного, делались попытки повышения уровня теплозащиты за счет включения экономических условий обоснования выбора теплозащиты наружных ограждений, но до 1995 г. сопротивление теплопередаче стен было таким же, как и в 1929 г [4].
Принципиально новый подход к тепловому проектированию зданий был применен в СНиП П-3-79*, утверждённый 11 августа 1995 года. В основу новых нормативов был положен принцип поэтапного снижения потребности в тепловой энергии на отопление зданий с тем, чтобы к началу 2000 г. снизить уровень энергопотребления строящихся и реконструируемых (капитально ремонтируемых) зданий не менее, чем на одну треть. Исходя из поставленной задачи снижения потерь тепла, были установлены нормы для различных районов страны с учетом продолжительности отопительного периода и средней температуры наружного воздуха за этот период введением показателя суровости климата. Именно эти климатические характеристики, выраженные в градусо-сутках отопительного периода, определяют общий расход тепла на отопление здания. Из планируемого снижения уровня энергопотребления были рассчитаны новые требования по сопротивлению теплопередаче для отдельных элементов ограждающих конструкций, величины которых были увязаны с градусе-сутками отопительного периода, а не с расчетной температурой наружного воздуха в зимний период.
Эти требования касались приведенных сопротивлений теплопередаче ограждающих конструкций.
2 оС
«Приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций "о <м ' следует принимать в соответствии с заданием на проектирование, но не менее требуемых значений, , определяемых, исходя из санитарно-гигиенических и комфортных условий и условий энергосбережения.
Я0 > тах{К^сан _гиг),К^эн_сб)}.
В СНиП 11-3-79* понижен нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждения, принимаемый для жилых зданий равным для наружных стен на 2 °С — с 6 до 4 °С, для полов — до 2 °С и для бесчердачных покрытий и чердачных перекрытий — до 3 °С;
В табл. 1а (первый этап) приведены минимальные значения сопротивления теплопередаче, которые должны приниматься в проектах с 1 октября 1995 г. и обеспечиваться в строительстве начиная с 1 июля 1996 г., кроме зданий высотой до 3-х этажей со стенами из мелкоштучных материалов. В заданиях на проектирование могут быть установлены более высокие показатели теплозащиты, в том числе соответствующие нормам табл.1б.
В табл. 1б (второй этап) приведены минимальные значения сопротивления теплопередаче для зданий, строительство которых начинается с 1 января 2000 г. При этом для вновь строящихся зданий высотой до 3-х этажей со стенами из мелкоштучных материалов, а также реконструируемых и капитально ремонтируемых независимо от этажности, сроки введения в действие требований табл. 1б устанавливаются как для первого этапа».
В 2003 году был введен в действие СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий». Этот документ установил следующие показатели тепловой защиты зданий:
а) приведенное сопротивление теплопередаче отдельных элементов ограждающих конструкций здания;
б) санитарно-гигиенический показатель, включающий температурный перепад между температурами внутреннего воздуха и на поверхности ограждающих конструкций и температуру на внутренней поверхности выше температуры точки росы;
в) показатель удельного расхода тепловой энергии на отопление здания.
Приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций К0 ,м2 • —, следовало прини-
п ..2 ££.
мать не менее нормируемых значений ЛгеЧ, м ' Вт- :
Сейчас в области теплотехники СП 50.13330.2012 (Актуализированная редакция СНиП 23- 02-2003) «Тепловая защита зданий». Согласно условиям, приведённым в СП 50.13330.2012 теплозащитная оболочка здания должна отвечать следующим требованиям:
а) приведенные сопротивления теплопередаче отдельных ограждающих конструкций должны быть не меньше нормируемых значений (поэлементные требования):
С ^ R?;
б) удельная теплозащитная характеристика здания должна быть не больше нормируемого значения (комплексное требование):
kЬб < k^g;
в) температура на внутренних поверхностях ограждающих конструкций должна быть не ниже минимально допустимых значений (санитарно-гигиеническое требование).
При этом требования тепловой защиты здания считаются выполненными при одновременном выполнении требований а), б) и в).
Для составления энергетического паспорта объекта в современной практике пользуются СТО НОП 2.12014, разработанного с учётом европейских стандартов. Вводится таблица классов энергетической эффективности многоквартирных домов и зданий общественного назначения. Классификация осуществляется латинскими буквами по шкале от A до G, нормальное соответствует шкале D, наилучшее — шкале А.
В целях приближения к европейским стандартам по энергопотреблению эксплуатирующихся зданий Правительством страны поставлена задача по повышению энергетической эффективности зданий на 40 % до 2020 года. Важнейшей составляющей решения этой задачи является совершенствование нормативно-технической документации в области теплотехнического расчёта в современном домостроении.
ЛИТЕРАТУРА
1. Сокольский В.А. Принципы экономичности и их выражение в современном строительстве. — С.-Петербург, 1910 — 538 с.
2. Рошефор Н.И. Иллюстрированное урочное положение. Пособие при составлении и проверке смет, проектировании и исполнении работ. Изд. 6-е исправленное. — Петроград: Склад издания у К.Л. Риккера, 1916. — 694 с.
3. Матросов Ю.А. Энергосбережение в зданиях, проблема и пути решения. -М., НИИСФ, 2008. — 495 с.
4. Горшков А.С., Ливчак В.И. Строительство уникальных зданий и сооружений, 2015, №3 (30).
Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:
Сташевская Н.А., Минина А.П. Особенности теплотехнического расчёта в современном домостроении. — Системные технологии. — 2017. — № 23. — С. 47—50.
FEATURES OF HEAT ENGINEERING CALCULATION IN MODERN HOUSING CONSTRUCTION Stashevskaya NA, Minina A.P., Peoples' Friendship University of Russia
Abstract Keywords:
Features of heat engineering calculation in modern housing construction heat protection, heat balance, enclosing
influences the estimated cost of construction and the cost of building structure.
maintenance. The article describes the stages in the formation of modern Date of receipt in edition:
requirements for achieving energy efficiency of buildings. 18.05.17
Date of acceptance for printing:
23.05.17
