CC BY
18Расчет конструкций
-----мшпшццдь
СТРОИТЕЛЬСТВО
УДК 699.86
В.А. ТАТАРИНОВ, инженер, государственный эксперт ГАУ КК «Краснодаркрайгосэкспертиза»
Практические результаты повышения теплоизоляции стен существующего индивидуального жилого дома
Рассмотрены вопросы экономической целесообразности теплоизоляции стен жидким керамическим теплоизоляционным материалом на примере существующего объекта. Установлена разница между представленными производителем теплотехническими свойствами материала и результатами по ожидаемому снижению энергопотребления жилого дома. Сделан вывод, что это противоречие связано с отсутствием сертификации технических характеристик данного материала в Российской Федерации.
Ключевые слова: приведенное сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, оболочка здания, энергопотребление, энергетическая эффективность.
В России активно растет количество наименований и производителей жидкого керамического теплоизоляционного материала: «Альфатек», «Актерм», «TSM Ceramic», «Изолат», «Теплометт», «MOUTRICAL», «ТЕПЛОС-Топ», «Астротек», «Корунд», «RE-TERM» и др., которые по сути являются аналогами американского керамического теплоизоляционного материала «Termal Coat» (производитель «Capstone Manufacturing LLC», США).
Ввиду отсутствия стандарта на данный вид материала объективное сравнение технических характеристик различных производителей произвести невозможно.
Дилеры и производители утверждают, что в сравнении с традиционными способами наружного утепления технология, использующая данный вид материала, имеет ряд существенных преимуществ: сокращение толщины теплоизоляционного слоя, однородность поверхности теплоизоляции (практически исключены теплопроводные включения -мостики холода), экономичность, достаточно высокие эстетические свойства, возможность применения при реконструкции без изменения пластики фасада и т. д.
Таблица 1
До теплоизоляции Дополнительные слои после теплоизоляции
Штукатурка внутренняя, сложный известково-цементно-песчаный раствор - 20 мм Штукатурка цементная теплоизоляционная КНАУФ-Грюндбанд плотностью 1100 кг/м3; теплопроводность 0,55 Вт/(м оС); толщина - 15 мм*
Кирпич керамический обыкновенный, плотность 1800 кг/м3- 120 мм Жидкий керамический теплоизоляционный материал «Корунд» - 2 мм (5 слоев по 0,4 мм)
Воздушная прослойка - 140 мм Силиконовая фасадная краска «Сараго!»
Кирпич керамический обыкновенный, плотность 1800 кг/м3, под «расшивку швов» - 120 мм
* Дополнительное приращение сопротивления теплопередаче от слоя штукатурки цементной теплоизоляционной КНАУФ Грюндбанд составит 0,027 м2 оС/Вт.
Данные, представленные в статье, были получены в результате расчета энергопотребления здания после выполнения теплоизоляции наружных стен жидким керамическим теплоизоляционным материалом «Корунд Фасад» (далее по тексту «термокраска»). Теплопроводность, указанная производителем, составляет 0,0012 Вт/(м°С), что человек с минимальными знаниями в области теплофизики может рассматривать только как опечатку или попытку ввести потребителя в заблуждение.
Объектом исследования стал существующий индивидуальный жилой дом в Краснодаре. Жилой дом имеет следующие характеристики:
- общая отапливаемая площадь 132 м2;
- этажность - 1 этаж + мансарда;
- отопление водяное от газового котла мощностью 23 кВт.
Градусо-сутки отопительного периода (ГСОП) Dd рассчитываются по формуле 2 [1]:
Dd = Ум -
где - средняя температура воздуха внутри жилого здания; - средняя температура наружного воздуха за отопительный период; 1Ь{ - отопительный период.
Таким образом, для Краснодара в соответствии с [1]:
Dd = (20-2) 149 = 2682.
Нормативное требование для приведенного сопротивления теплопередаче стены жилого дома при этом должно быть не менее 2,43 м2-°С/Вт.
В июле-августе 2009 г. была выполнена теплоизоляция стен жидким керамическим теплоизоляционным материалом «Корунд Фасад» производства Волгоградского инновационного ресурсного центра.
Ожидаемое приращение сопротивления теплопередаче от 2 мм слоя «термокраски» составило 1,66 м2-оС/Вт.
Работа выполнялась в строгом соответствии с инструкциями фирмы-производителя. Для достижения расчетной
--------- Ц П ШЦ Ы П Е
СТРОИТЕЛЬСТВО
Расчет конструкций
26,2%
38,7%
□ Условная фильтрация П Стены
□ Окна и двери
□ Полы
□ Покрытие мансарды
□ Чердачное покрытие
Рис. 1. Распределение теплопотерь: а — до выполнения работ по теплоизоляции здания; б — после выполнения работ по теплоизоляции здания
Таблица 2
Конструкция Расчетное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций, м2оС/Вт
до выполнения теплоизоляции после выполнения теплоизоляции
Стена мансарды 1,62 1,62
Стена 1-го этажа 0,67 2,36
Приведенное сопротивление стен (в целом по зданию) 0,84 2,23
толщины слоя теплоизоляции после нанесения грунтовочного слоя было нанесено пять слоев «термокраски» с периодом высыхания 24 ч. Общая толщина определена по расходу материала на 1 м2 поверхности стен. Размешивание окрасочного состава выполнялось вручную или механически на минимальных оборотах в пределах рекомендуемых значений. Нанесение «термокраски» на поверхность выполнено кистью. Работы проводились утром, температура на поверхности стены не превышала 30-40оС.
Конструкция стен первого этажа до и после теплоизоляции приведена в табл. 1.
Изменения расчетного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций до и после проведения работ приведены в табл. 2.
Расчетный удельный расход тепловой энергии на отопление здания за период, выполненный согласно формуле Г.1 приложения Г [2], для существующего здания без дополнительного утепления составил 265,26 кДж/(м2 °С сут);
Расход тепловой энергии на отопление здания в течение отопительного периода Оу, определяемый по формуле Г.2 [2], для существующего здания без дополнительного утепления составил 96831 мДж.
Расчеты с конкретными показателями удельного расхода и расхода тепловой энергии на отопление здания выполнены по электронной версии энергетического паспорта, разработанного Ю.А. Матросовым (НИИСФ РААСН) в соответствии с методикой, изложенной в СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий». Такой метод позволяет вывести зависимость энергопотребления здания от теплопередачи отдельного элемента оболочки при прочих
постоянных значениях. Распределение расчетного расхода теплопотерь здания приведено на рис. 1.
Приведенный трансмиссионный коэффициент теплопередачи здания составил К^ = 0,847 Вт/(м2-оС); приведенный инфильтрационный (условный) коэффициент теплопередачи здания К'Щ = 0,301 Вт (м2-оС).
В соответствии с формулой Г.1 приложения Г [2] расчетный удельный расход тепловой энергии после выполнения теплоизоляции
стен
составляет
ц^е = 187,65 кДж/(м2-оС-сут), а расход тепловой энергии Оу на отопление здания в течение отопительного периода согласно формуле Г.2 [2] составляет 66434 мДж.
Расчетное снижение расхода тепловой энергии после теплоизоляции стен здания составит 30% (187,65/265,26).
Распределение теплопотерь изменится (рис. 1, б).
Контроль изменений энергопотребления здания выполнялся с 1 ноября по 1 апреля двух отопительных периодов 2008-2009 гг. и 2009-2010 гг. Ежедневно проводились замеры следующих параметров: tint - температура внутри здания; text - температура наружного воздуха; Уда$ - объем потребляемого топлива (газа).
Учитывая, что используемые в нормативах расчеты опираются на среднюю расчетную температуру внутри помещения tint = 20оС и среднюю температуру наружного воздуха, принимаемую по СНиП 23-01-99*, данные по месяцам были систематизированы и приведены к аналогичным параметрам (табл. 3, 4).
Согласно [1] в Краснодаре средняя температура воздуха периода со средней суточной температурой воздуха <8оС составляет 2оС.
Таблица 3
Таблица 4
Месяц, год Среднемесячная температура text, оС Расход газа, м3 ^даБ
Ноябрь 2008 г. +7 526
Декабрь 2008 г. -0,16 872
Январь 2009 г. -1,7 833
Февраль 2009 г. +4,75 823
Март 2009 г. +5,96 486
За период в 151 день +3,17 3540
Месяц, год Среднемесячная температура text, оС Расход газа, м3 ^даБ
Ноябрь 2009 г. +5,3 443
Декабрь 2009 г. +2,9 615
Январь 2010 г. -0,9 743
Февраль 2010 г. +2,36 557
Март 2010 г. +5,26 531
За период в 151 день +2,98 2889
Расчет конструкций
-----мшпшццдь
СТРОИТЕЛЬСТВО
Таблица 5
Приращение Р), м2оС/Вт Приращение Р), % Изменение приращения Д Р) Снижение (Ф, % Изменение снижения Д М
С 0,84 до 1,0 19 8
до 1,2 43 24 14 6
до 1,4 66 23 19 5
до1,6 90 24 22 3
до 1,8 114 24 25 3
до 2 138 24 27 2
до 2,23 165 27 29 2
В наблюдаемые периоды 2008-2009 гг. и 2009-2010 гг. отклонения средней суточной температуры воздуха соответственно составили +24,2% и +19,3%.
Изменения среднемесячных температур приведены на рис. 2.
Отклонение средней температуры отопительного периода 2008-2009 гг. от показателей 2009-2010 гг. не превысило 6% (0,19оС), что позволяет считать рассматриваемые периоды близкими по температурным условиям.
Фактическое сокращение расхода газа (энергопотребления) на отопление жилого дома составило:
[(3540-2889) Х100]/3540 = 18,3%.
Согласно формуле Г.1 приложения Г [2] выполнен расчет зависимости удельного расхода тепловой энергии от приведенного сопротивления теплопередаче стен при прочих равных условиях для Краснодара (рис. 3).
Снижение расчетного удельного расхода тепловой энер-
гии (д) при росте приведенного сопротивления теплопередаче стен (Я) в условиях Краснодара (ГСОП = 2682оСсут/год) приведено в табл. 5.
Анализируя зависимость, следует отметить, что наиболее динамичным является влияние прироста приведенного сопротивления теплопередаче стен на удельный расход тепловой энергии в диапазоне до Я = 1,8 м2-оС/Вт.
Снижение эксплуатационных расходов на отопление получается за счет снижения теплопотерь через ограждающие конструкции здания. Расчет основан на положениях «Методических рекомендаций по оценке эффективности инвестиционных проектов» [3].
Для оценки экономической эффективности применяется метод дисконтирования предстоящих результатов и затрат в пределах расчетного периода (горизонт расчета), который принят равным 20 лет. Шаг расчета принимается равный одному году. Индекс повышения цен на газ по годам принят в соответствии с рекомендациями [3]. Расчет энергетического эффекта и индекса доходности приведен в табл. 6. Исходные данные:
- инвестиции в энергосберегающие мероприятия 352 тыс. р.;
- стоимость 1 м3 газа в период проведения расчета 2,46 р.;
- гарантийный срок эксплуатации теплоизоляционного материала 20 лет;
- общая площадь жилого дома 132 м2;
- увеличение сопротивления теплопередаче стен с 0,84 до 2,23 м2-оС/Вт;
- площадь теплоизолируемой поверхности стен 126 м2. Коэффициент дисконтирования при переменной во времени норме дисконта определяется по формуле:
аг = / ПП + Е), (1)
/ ,=0
Рис. 2. График среднемесячных температур отопительного периода для Краснодара: 1 - по СНиП23-01-99*; 2 - 2008-2009 гг.; 3 - 2009-2010 г.
где аь - коэффициент дисконтирования на шаге £ Е{ - норма дисконта на шаге I, доли ед.; t - номер шага расчета Ц = 1,2...Т); Т - горизонт расчета, годы.
В качестве нормы дисконта принимается сумма прогнозируемой ставки рефинансирования ЦБ и ставки за риск.
Оценка экономической эффективности производится при помощи величины чистого дисконтированного дохода ЧДД. Интегральный ИЧДД за расчетный период определяется по формуле:
ИЧДД = ¿(ЭЭГ - З,) -а,, (2)
г=0
0,84 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1 2,22,23
Сопротивление теплопередаче стен, м2 оС/Вт
Рис. 3. График зависимости расчетного удельного расхода тепловой энергии от сопротивления теплопередаче стен
Расчет конструкций
Таблица 6
Год 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029
Индекс повышения цен на газ - 1,2 1,2 1,1 1,1 1,1 1,1 1,1 1,1 1,1 1,1 1,1 1,1 1,1 1,1 1,1 1,1 1,1 1,1 1,1
Прогноз цены на газ (1 м3), р. 2,46 2,95 3,54 3,90 4,29 4,71 5,18 5,7 6,28 6,9 7,59 8,35 9,19 10,1 11,11 12,23 13,45 14,8 16,28 19,9
ЭЭ1 1599 1918 2301 2535 2788 3062 3367 3705 4082 4485 4934 5428 5973 6565 7221 7950 8743 9620 10582 11635
ИЧДД -310105 1726 2094 2307 2557 2807 3118 3431 3812 4189 4653 5119 5686 6250 6874 7568 8323 9158 10074 11077
где ЭЭ; - энергетический эффект, получаемый при теплоизоляции стен здания на шаге расчетного периода ; тыс. р.; З; - затраты на шаге расчетного периода р.
Энергетический эффект на шаге расчетного периода определяется по формуле:
ЭЭ, = АО • С,,
(3)
где С; - цена единицы тепловой энергии, принимаемая на основе прогнозных тарифов.
Критерием эффективности проекта является значение индекса доходности дисконтированных инвестиций, который должен быть больше единицы и определяться по формуле:
ИДД = 1 + ИЧДД
!К( а,
,=0
(4)
где К; - инвестиции на шаге ? расчетного периода.
Экономия тепловой энергии за год в результате выполненного утепления здания обозначается АО, м3/год.
Разница расхода тепловой энергии до и после проведения теплоизоляции стен составляет 650 м3/год. За расчетный период (20 лет) экономия газа составит 13 тыс. м3. Инвестиции на шаге 1 расчетного периода составили 352 тыс. р.
ИЧДД по формуле (2) за расчетный период составил (-209282) р.
Индекс доходности дисконтированных инвестиций по формуле 4 составил:
ИДД = 1 + (-209282/352000x0,885) = 0,328.
Отрицательное значение ИЧДД за рассматриваемый период (20 лет) и значение ИДД меньше единицы свидетельствуют о неэффективности мероприятия по утеплению здания: суммарные дисконтированные результаты меньше суммарных дисконтированных затрат.
На основании расчета можно сделать вывод о нецелесообразности с экономической точки зрения инвестиционных затрат.
На основании выполненных работ и расчетов можно сделать следующие выводы:
1. Расчеты прямой зависимости общих теплопотерь от показателя теплопроводности стен и практические измерения привели к следующему результату: при теоретически ожидаемом снижении энергопотребления на 30% фактическое снижение не превысило 18,3%.
2. Влияние прироста приведенного сопротивления теплопередаче стен на удельный расход тепловой энергии существующего жилого дома в условиях Краснодара является наиболее эффективным до показателя И = 1,8 м2 °С/Вт.
3. Рассматриваемая в данной работе выполненная теплоизоляция стен экономически нецелесообразна. Срок окупаемости значительно превышает гарантийный срок эксплуата-
ции теплоизоляционного материала. В современных условиях стоимость работ и материалов по теплоизоляции ограждающих конструкций существующего здания в Российской Федерации несоизмерима с затратами на его отопление.
4. Распространение новых высокотехнологичных строительных материалов должно быть напрямую связано с ответственностью за их технические характеристики. Энергетическая эффективность должна подтверждаться не только теоретическими выкладками, но и реальным уменьшением объемов потребляемого топлива и соответственно снижением финансовых затрат.
Список литературы
1. СНиП 23-01-99* «Строительная климатология». М.: Госстрой РФ, 2003.
2. СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий». М.: Госстрой РФ, 2004.
3. «Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов». М.: «Экономика», 2000. 421 с.
