CC BY
5УДК 699.86 EDN: WCTIJK
Долголаптев В. М., Николаева Е. К., Бондарчук В. В., *Бревнов А. А.
Донбасский государственный технический университет *E-mail: abrevnov@list. ru
ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АРХИТЕКТУРНО-ПЛАНИРОВОЧНЫХ РЕШЕНИЙ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ
Проведены исследования энергоэффективных проектных решений жилых домов повышенной комфортности, приведены результаты основных характеристик вариантов архитектурно-планировочных решений и произведены сравнения расчетных значений удельных теплопотерь с контрольными показателями удельного теплопотребления.
Ключевые слова: показатели компактности, энергоэффективные проектные решения, теп-лопотери здания, удельные теплопотери, теплопотребление.
Строительство
Проблема и её связь с научными и практическими задачами. Достаточно долгое время проектирование и строительство гражданских зданий ориентировалось на выполнение завещанной Витрувием триады: «польза, прочность, красота». Однако мировые энергетические кризисы XX века инициировали прогрессивные структурные перемены в мировой экономике и, как следствие, в строительной отрасли. Жизненно необходимым стало применение энергосберегающих технологий, основанных на рациональном использовании тепла и электроэнергии.
В развитых странах на строительство и эксплуатацию зданий расходуется около половины всей энергии, в развивающихся странах — примерно треть, что связано с различными потребностями в быту, в частности наличием в развитых странах большего количества бытовой техники: холодильников, кондиционеров, СВЧ-печей, стиральных машин и т. п. В России на строительство тратится примерно 40-45 % всей вырабатываемой энергии [1], что делает энергосбережение в строительной отрасли чрезвычайно актуальным.
Поэтому экономия энергоресурсов путем проектирования энергоэффективных зданий стала неотъемлемой четвертой составляющей в системе требований к зданиям.
Пути решения этой проблемы подробно рассмотрены авторами в работах [2-5]:
- увеличение сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций за счет применения высокоэффективных утеплителей;
- применение систем вентиляции с возвратом тепловой энергии удаляемого воздуха (при этом 1 кВт электроэнергии обеспечивает до 7 кВт тепловой энергии);
- использование индивидуальных или коллективных установок возобновляемой энергии и энергоэффективных отопительных систем (солнечные коллекторы и батареи, тепловые насосы, биоэнергетические установки, ветровые электростанции, инфракрасные нагреватели, карбоновые нагреватели, энергосберегающие осветительные и нагревательные приборы и др.);
- применение систем автоматического управления режимами работы инженерного оборудования и бытовых приборов (оптимизируются режимы экономии энергии и автоматически поддерживается комфортный микроклимат помещений);
- энергоэффективные архитектурно-планировочные решения (выбор энергоэффективной формы дома, энергетически рациональная ориентация здания по сторонам света и розе ветров, энергетически рациональное расположение буферных зон, зимних садов, атриумов, оконных и дверных проемов и т. д.).
Попытки решать отдельные задачи обособленно, как правило, не дают должного эффекта. Например, повышение тер-
Строительство
мического сопротивления ограждающих конструкций зданий существенно влияет на тепло-влажностный режим здания и требует изменения системы вентиляции и отопления. А повышение теплосопротив-ления стеновых ограждений не приводит к необходимым результатам без повышения термосопротивления оконных блоков и пр.
На основании вышесказанного можно дать исчерпывающее понятие энергоэффективного здания: это совокупность архитектурно-планировочных, конструктивных и инженерных решений в здании, обеспечивающих комфортность проживания и минимум затрат тепловой энергии, приходящейся на поддержание микроклимата в помещении.
Постановка задачи. В качестве основной задачи авторы выбрали теоретическое исследование зданий повышенной комфортности с различными конструктивными и объемно-планировочными решениями на предмет их энергоэффективности. Эта задача может быть решена путем выявления закономерностей между архитектурно-планировочными решениями зданий и их температурно-влажностными харак-
теристиками как элементами единой энергетической системы.
Изложение материала. Коллективом преподавателей Донбасского государственного технического университета разработаны варианты архитектурно-планировочных решений жилых домов повышенной комфортности (см. рис. 1-6).
Основные характеристики представленных архитектурно-планировочных решений приведены в таблице 1.
Как можно заметить, расчетные показатели компактности несколько выше рекомендованных для соответствующих значений этажности, но, учитывая, что первый этаж не предусмотрен для жилья и может быть запроектирован как цокольный, этажность домов фактически определяется пунктом 3 таблицы 1. В таком случае рекомендации ТСН 23-339-2002 «Территориально-строительные нормы Ростовской области» вполне выполнены. Снизить расчетный показатель компактности возможно за счет увеличения высоты этажа с 3 до 3,3 м, однако это соответственно увеличит общие теплопотери здания за отопительный сезон.
Строительство
Рисунок 2 — План типового этажа (вариант 1)
Рисунок 3 — План первого этажа (вариант 2)
Рисунок 4 — План типового этажа (вариант 2)
Рисунок 6 — План типового этажа (вариант 3)
Основные характеристики архитектурно-планировочных решений
Таблица 1
№ п/п аи я « Я 0> I А ие « г Вариант архитектурно-планировочного
Название показателя решения
й з 5 1 2 3
1 Площадь застройки м2 279 439,24 285,76
2 Этажность этаж 3 4 5
3 Количество жилых этажей этаж 2 3 4
4 Высота этажа м 3 3 3
5 Количество квартир в доме, в т. ч. шт 6 6 8
- 2-комнатных шт 6 0 0
- 3-комнатных шт 0 0 8
- 5-комнатных шт 0 6 0
6 Площадь квартир в доме м2 445,12 1134 950,4
7 Жилая площадь м2 282,10 611,16 547,16
8 Площадь балконов м2 18 18 24
9 Общая площадь квартир в доме м2 450,52 1139,4 957,6
Строительство
Продолжение таблицы 1
№ п/п аи Я д Вариант архитектурно-планировочного
Название показателя Я Л ие решения
й 2 5 1 2 3
10 Общая площадь нежилых помещений (магазин) м2 76,29 0 0
11 Количество индивидуальных гаражей шт 6 0 8
12 Площадь индивидуальных гаражей м2 120,76 0 155,36
13 Площадь гаража-стоянки м2 0 176,10 0
14 Отапливаемая площадь м2 591,86 1190,82 1011,04
Общая площадь внутренних
15 поверхностей внешних ограждающих конструкций м2 990,89 1525,44 1260,72
16 Отапливаемый объем м3 1727,22 3490,43 2982,57
17 Показатель компактности дома - 0,574 0,437 0,423
Рекомендованный показатель
18 компактности дома по ТСН 23-339-2002, не более - 0,54/0,61 0,43/0,54 0,36/0,43
Примечание. Рекомендуемый показатель компактности дома приведен:
- в числителе — для этажности согласно п. 2;
- в знаменателе — для этажности согласно п. 3.
Результаты расчета приведенного коэффициента теплопередачи теплоизоляционной оболочки зданий приведены в таблице 2. Расход тепловой энергии и удельных теплозатрат на отопление дома за отопительный период сведен в таблицу 3.
Согласно СП 50.13320.2012 «Тепловая защита зданий» базовые значения требуемого сопротивления теплопередачи для
ос
стен составляют примерно 2,63 —■—, для
Вт
м2 .ОС
чердачных перекрытий — 3,48 —.—, для
Вт
„2 ос
окон — 0,60 —— при количестве граду-Вт
со-суток отопительного периода 3523 для г. Ростов-на-Дону. Соответствующие показатели (табл. 3) не превышают указанных базовых значений.
Далее в ходе исследований было проведено сравнение расчетных значений удельных теплопотерь с контрольными показателями удельного теплопотребления (приложение 25 СНиП 2.04.05-91*В), результаты которого сведены в таблицу 4.
Как свидетельствуют результаты, приведенные в таблицах 3 и 4, удельные теп-лопотери всех предлагаемых архитектурно-планировочных решений не превышают нормативных максимальных теплопо-терь и значительно ниже контрольных показателей удельного теплопотребления, а следовательно, существует возможность спрогнозировать, что тепловая мощность систем отопления и годовое теплопотреб-ление не будут превышать нормативных показателей для Ростовской области.
Разработанные архитектурно-
планировочные решения отвечают требованиям к теплотехническим показателям ограждающих конструкций (теплоизоляционной оболочки) домов, что обеспечивает рациональное использование энергетических ресурсов на обогрев. Предлагаемые решения предусматривают использование конструктивной схемы с полным и неполным каркасом, монолитного железобетона или железобетонного каркаса конструкций серии 1.020-83 и ее модификаций.
Строительство
Таблица 2
Приведенный коэффициент теплопередачи теплоизоляционной оболочки зданий
№ п/п аи цн ие Вариант архитектурно-
Название показателя нр ие « 2 планировочного решения
_ 1 2 3
1 Площадь:
1а - стен ^нп м2 408,31 592,96 612,2
1б - окон и балконных дверей ^С м2 93,24 135,60 139,4
1в - внешних дверей ^ м2 5,7 3,6 3,6
1г - чердачных перекрытий ^Лк м2 241,82 396,64 252,76
1д - цокольних перекрытий м2 241,82 396,64 252,76
2 Приведенное сопротивление м2 -К
теплопередачи Вт
2а - стен ЛЕпр нп 2,8 2,8 2,8
2б - окон и балконных дверей Лепр сп 0,6 0,6 0,6
2в - внешних дверей Лхпр д 0,6 0,6 0,6
2г - чердачных пере-крытий Лепр пк 4,95 4,95 4,95
2д - цокольних пере-крытий Лепр ц 3,5 3,5 3,5
3 Внутренняя общая площадь ограждающих конструкций ^е м2 990,89 1525,44 1260,72
Коэффициент который
4 учитывает дополнительные теплопотери - 1,13 1,13 1,13
5 Приведенный коэффициент теплопередачи Аепр Вт м2 -К 0,483 0,467 0,520
Таблица 3
Затраты тепловой энергии и удельные теплозатраты на отопление дома за отопительный период
№ п/п Название показателя Единица измерения Вариант архитектурно-планировочного решения
1 2 3
1 Общие теплопотери дома через ограждающую оболочку Ок кВт-час 81243 123012 113238
2 Бытовые теплопоступления Овн п кВт-час 33881 44858 40161
3 Тепловые поступления через окна от солнечной радиации Об, если главный фасад выходит на: кВт-час
3а - север 8423 13723 13476
3б - юг 8906 11921 12039
3в - запад 8985 11372 13080
3г - восток 6958 11372 11150
4 Затраты тепловой энергии на отопление дома в течение отопительного периода Огод, если главный фасад выходит на: кВт-час
4а - север 53562 86046 79471
4б - юг 53125 87675 80770
Строительство
Продолжение таблицы 3
№ п/п Название показателя Единица измерения Вариант архитектурно-планировочного решения
1 2 3
4в - запад 53054 88172 79829
4г - восток 54886 88172 81574
5 Отапливаемая площадь м2 591,86 1190,82 1011,04
6 Удельные теплопотери Цзд, если главный фасад выходит на: кВт-час 2 м
6а - север 90,50 72,26 78,60
6б - юг 89,76 73,63 79,89
6в - запад 89,64 74,04 78,96
6г - восток 92,73 74,04 80,68
7 Нормативные максимальные теплопотери Етах кВт-час м2 99 / 94 83 / 78 89 / 83
Таблица 4
Сравнение расчетных значений удельных теплопотерь с контрольными показателями удельного теплопотребления
№ п/п Название показателя Единица измерения Вариант архитектурно-планировочного решения
1 2 3
1 Удельные теплопотери qзд, если главный фасад выходит на: ГДж м2 -час
1а - север 0,326 0,260 0,283
1б - юг 0,323 0,2658 0,288
1в - запад 0,323 0,267 0,284
1г - восток 0,334 0,267 0,291
2 Удельное теплопотребление, не более ГДж м2-час 0,36 0,31 0,32
Примечание. 1 кВт-час = 3,602-10 3 ГДж.
Выводы:
1. Понятие энергоэффективного здания включает в себя совокупность архитектурно-планировочных, конструктивных и инженерных решений в здании, обеспечивающих комфортность проживания и минимум затрат тепловой энергии, приходящейся на поддержание микроклимата в помещении.
2. Разработанные архитектурно-планировочные решения жилых зданий повышенной комфортности предусматривают использование конструктивной схе-
мы с полным и неполным каркасом, монолитного железобетона или железобетонного каркаса конструкций серии 1.020-83 и ее модификаций.
3. В ходе теоретических исследований были определены основные характеристики представленных архитектурно-планировочных решений, выполнено их сравнение с нормативными показателями.
4. С целью оценки энергоэффективности разработанных проектов выполнен расчет приведенного коэффициента теп-
Строительство
лопередачи, а также расхода тепловой энергии и удельных теплозатрат на отопление за отопительный период.
5. Сравнение расчетных значений удельных теплопотерь предложенных вариантов
Список источников
зданий между собой и с контрольными показателями удельного теплопотребления дало возможность определить наиболее рациональный вариант архитектурно планировочного решения — вариант № 2.
1. Москалёва Е. Г., Чегодайкина Ю. А., Шукшина М. А. Проблемы и перспективы развития энергосбережения в российской строительной отрасли // Молодой ученый. 2015. № 8 (88). С. 585-587. URL: https://moluch.ru/archive/88/17125/(дата обращения: 14.03.2024). EDNTPUGFJ
2. Проблемы теплозащиты зданий и задачи исследования энергоэффективных проектных решений жилых домов / И. Н. Симонова, В. М. Долголаптев, Е. К. Николаева, С. И. Симонов // Коммунальное хозяйство городов : науч.-техн. сборник. Харьков, 2008. № 84. С. 159-162.
3. «Энергоэффективные здания» как новое направление в строительстве / И. Н. Симонова, В. М. Долголаптев, Е. К. Николаева, С. И. Симонов // Сборник научных трудов ДонГТУ. 2008. № 27. С. 367-375.
4. Пути снижения энергозатрат жилых зданий на стадии проектирования /И. Н. Симонова, В. М. Долголаптев, Е. К. Николаева, С. И. Симонов // Сборник научных трудов ДонГТУ. 2008. № 27. С. 376-383.
5. Вопросы энергосбережения при реконструкции жилъа домов : монография / В. М. Долголаптев, И. Н. Симонова, С. И. Симонов, Е. К. Николаева ; Донбасский государственный технический университет. Луганск : СПДРезников В. С., 2010. 322 с.
© Долголаптев В. М., Николаева Е. К., Бондарчук В. В., Бревнов А. А.
Рекомендована к печати к.т.н., доц., и. о. зав. каф. ПС ДонГТУПсюком В. В., д.т.н., проф. каф. проектирования с/х объектовЛГАУ им. К. Е. Ворошилова Давиденко А. И.
Статья поступила в редакцию 27.03.2024.
Сведения об авторах
Долголаптев Виктор Михайлович, канд. техн. наук, доцент каф. архитектурного дизайна и строительных конструкций
Донбасский государственный технический университет, г. Алчевск, Луганская Народная Республика, Россия
Николаева Елена Климовна, канд. техн. наук, доцент каф. архитектурного дизайна и строительных конструкций
Донбасский государственный технический университет, г. Алчевск, Луганская Народная Республика, Россия
Бондарчук Владимир Витальевич, канд. техн. наук, доцент, зав. каф. архитектурного дизайна и строительных конструкций
Донбасский государственный технический университет, г. Алчевск, Луганская Народная Республика, Россия
Бревнов Александр Аркадьевич, канд. техн. наук, доцент, и. о. зав. каф. инженерной механики и строительства
Донбасский государственный технический университет, г. Алчевск, Луганская Народная Республика, Россия, e-mail: [email protected]
Строительство
Dolgolaptev V. M., Nikolaeva E. K., Bondarchiik V. V., *Brevnov A. A. (Donbass State Technical University, Alchevsk, Lugansk People's Republic, Russia, *e-mail: [email protected]) THERMOTECHNICAL CHARACTERISTICS OF ARCHITECTURAL AND PLANNING SOLUTIONS FOR RESIDENTIAL BUILDINGS
The study examines energy-efficient design solutions for residential buildings that offer in-creased comfort, the results of main characteristics of various architectural and structural solution are given and the specific heat losses calculations were compared with the specific heat consumption benchmarks.
Key words: compactness indicators, energy-efficient design solutions, heat losses in building, specific heat losses, heat consumption.
References
1. Moskaleva E. G., Chegodaikina Yu. A., Shukshina M. A. Problems and prospects of energy saving development in the Russian construction industry [Problemy i perspektivy razvitiya energosberezheniya v rossijskoj stroitel'noj otrasli]. Young Scientist. 2015. No. 8 (88). Pp. 585-587. URL: https://moluch.ru/archive/88/17125/ (date of treatment: 14.03.2024). EDN TPUGFJ
2. Simonova I. N., Dolgolaptev V. M., Nikolaeva E. K., Simonov S. I. Problems of thermal protection of buildings and tasks of researching energy-efficient design solutions for residential buildings [Problemy teplozashchity zdanij i zadachi issledovaniya energoeffektivnyh proektnyh reshenij zhilyh domov]. Kommunal 'noe khoziaistvo gorodov : nauchno-tekhnicheskii sbornik. Khar'kov. 2008. No. 84. Pp. 159-162. (rus)
3. Simonova I. N., Dolgolaptev V. M., Nikolaeva E. K., Simonov S. I. "Energy-efficient buildings " as a new trend in construction [«Energoeffektivnye zdaniya» kak novoe napravlenie v stroitel'stve]. Scientific works collection of DonSTU. 2008. No. 27. Pp. 367-375. (rus)
4. Simonova I. N., Dolgolaptev V. M., Nikolaeva E. K., Simonov S. I. Ways to reduce energy costs of residential buildings at the design stage [Puti snizheniya energozatrat zhilyh zdanij na stadii proektirovaniya]. Scientific works collection of DonSTU. 2008. No. 27. Pp. 376-383. (rus)
5. Dolgolaptev V. M., Simonova I. N., Simonov S. I., Nikolaeva E. K. Issues of energy saving in the reconstruction of residential buildings : a monograph [Voprosy energosberezheniya pri rekonstrukcii zhilyh domov: monografya]. Donbass State Technical University. Lugansk: SPD Reznikov V. S. 2010. 322p. (rus)
Information about the authors
Dolgolaptev Viktor Mikhailovich, PhD in Engineering, Assistant Professor of the Department of Architectural Design and Engineering Constructions Donbas State Technical University, Alchevsk, Lugansk People's Republic, Russia
Nikolaeva Elena Klimovna, PhD in Engineering, Assistant Professor of the Department of Architectural Design and Engineering Constructions Donbas State Technical University, Alchevsk, Lugansk People's Republic, Russia
Bondarchuk Vladimir Vitalievich, PhD in Engineering, Assistant Professor, Acting Head of the Department of Architectural Design and Engineering Constructions Donbas State Technical University, Alchevsk, Lugansk People's Republic, Russia
Brevnov Aleksandr Arkadievich, PhD in Engineering, Assistant Professor, Acting Head of the
Department of Engineering Mechanics and Building
Donbas State Technical University,
Alchevsk, Lugansk People's Republic, Russia
e-mail: [email protected]
