CC BY
7
Влияние энергоэффективных ограждающих конструкций на эксплуатационные расходы высотного жилого дома
С.Е. Манжилевская, М.А. Давыдов Донской государственный технический университет, Ростов-на-Дону
Аннотация: Проблема увеличивающегося потребления тепло- и энергоресурсов высотного жилищного строительства в условиях плотной городской застройки становится актуальнее с каждым годом, как для населения, так и для управляющих компаний. С целью снижения эксплуатационных расходов, уменьшения зависимости инженерных систем высотного жилого здания от городской инфраструктуры предлагается внедрить в проектируемый многоквартирный жилой дом некоторые энергоэффективные организационно-технологические решения. В ходе исследования, на примере высотного 25-ти этажного жилого дома в г. Ростов-на-Дону, проведено сравнение эксплуатационных затрат тепловой энергии на отопление с применением энергосберегающих материалов и конструкций с затратами в типовых условиях строительства такого же объекта. Результаты данной работы позволят, с практической точки зрения, проанализировать целесообразность применения в высотном домостроении таких энергоэффективных ограждающих конструкций и материалов как фольгированный Р1Я-утеплитель, низкоэмиссионный четырехкамерный стеклопакет, «зеленое» кровельное покрытие. Ключевые слова: энергоэффективные ограждающие конструкции, расход тепловой энергии, затраты на отопление, высотный многоквартирный жилой дом, экономический анализ, устойчивое строительство
В связи с увеличением строительного производства, наряду с растущей потребностью в жилой площади и расширением градостроительного сектора в нашей стране необходимо создавать условия, при которых строительный сегмент смог бы отвечать социальным, экономическим и экологическим требованиям [1].
Особенно остро стоит вопрос строительства в условиях плотной городской застройки, где строительные организации стремятся увеличить плотность населения, сократить протяженность коммуникаций и инженерных систем путем возведения высотных многоквартирных жилых домов и комплексов. Однако такие здания, высотой более 75 м, обладают высоким ресурсо- и энергопотреблением и в большей степени зависят от городской инфраструктуры (отопление, водо- и электроснабжение).
Решение проблем с высоким потреблением энергии, материалов и ресурсов, сведение к минимуму воздействия высотного строительства на локальную экологическую обстановку в городской застройке может обеспечить, внедренная в 80-х годах прошлого столетия, концепция устойчивого строительства (от англ. sustainable construction, sustainable building) [2].
Целями устойчивого строительства являются минимизация отходов в процессах строительства, эксплуатации и сноса здания, а также эффективное использование всех видов ресурсов, включая территорию, энергию и материалы, а также уменьшение денежных затрат на техническое обслуживание и эксплуатацию на протяжении всего жизненного цикла.
По данным аналитического сообщества «Seed Scientific» главной первопричиной перехода к устойчивому строительству предполагается сокращение энерго-, тепло- и водопотребления [3].
Существуют определенные категории мероприятий, обеспечивающие понятие устойчивости зданий: оптимальные архитектурно-планировочные решения, оптимальные ограждающие конструкции, автоматизация инженерно-коммуникационных систем и оборудования (вентиляция, освещение, отопление). Эффективность устойчивых мероприятий можно увидеть на рис. 1.
Упрощение и ускорение внедрения
Рис. 1. - Мероприятия по повышению энергоэффективности зданий
и
Перспектива внедрения энергоэффективных технологий в жилом градостроительном комплексе России является острой проблемой. В «Энергетической стратегии России на период до 2030 года» согласно постановлению правительства от 13 ноября 2009 вопросы энергосбережения и энергоэффективности рассматриваются как одни из основных [4].
Большая доля застройщиков не решается увеличивать капитальные вложения и компенсировать дополнительные расходы на внедрение энергоэффективных технологий, занимающие до четверти всей сметной стоимости, что является основным сдерживающим фактором. Однако, рассматривая подобное строительство с экономической точки зрения, можно пронаблюдать, что уменьшенные эксплуатационные затраты жизненного цикла (содержание, обслуживание и потребляемые коммунальные ресурсы) окупают завышенные стартовые вложения в среднем в течение 6-8 лет, создавая при этом комфортную среду для проживания граждан.
В процессе эксплуатации можно проследить сокращение эксплуатационных расходов, составляющих до 80% затрат жизненного цикла [5], что изображено на рис. 2.
100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%
75%
15%
6% 4%
™--—,— 1
Рис
Проектирование Строительство Эксплуатация Утилизация
2. - Затраты на всех этапах жизненного цикла здания
Рис.3. - Высотный Многоквартирный 25-ти этажный жилой дом в г.
Ростове-на-Дону
Цель данного исследования предполагает внедрение совокупности рациональных и оптимальных энергоэффективных решений, позволяющих сократить эксплуатационные затраты, что является актуальным вопросом для застройщиков с точки зрения поставок материалов, возможности получения субсидий на импортозамещение, создание привлекательных, коммерческих проектов на рынке недвижимости. Необходимо обосновать увеличение первоначальных капитальных вложений на внедрение энергоэффективых
технологий и доказать их инвестиционную привлекательность и выгоду коммерческой точки зрения, как для застройщиков, так и для покупателей.
Эксплуатационные затраты жизненного цикла высотных многоквартирных жилых зданий в Ростовской области, в связи с большим потреблением электроэнергии, водоснабжения, тепловой энергии, отличаются высоким уровнем цен на жилищно-коммунальные услуги.
В рамках обеспечения снижения расходов на эксплуатацию и внедрения устойчивых технологий в проектируемый высотный многоквартирный 25-ти этажный жилой дом с подземной автостоянкой, располагающийся в г. Ростов-на-Дону, пер. Чаленко, д. 11, требуется разработать ресурсо- и энергосберегающие меры и обосновать их экономическую эффективность в сравнении с типовыми решениями. Проектируемый объект представлен на рис. 3.
Следует отметить, что 25 % всех потерь тепла происходит через ограждающие конструкции здания, 30 % — через окна, 5 % — через пол и потолок. Остальные 40 % тепловой энергии используются для нагрева проникающего наружного воздуха.
В таблице №1 представлены среднестатистические эксплуатационные расходы высотных многоквартирных домов в период за 2023 год и первую половину 2024 года.
Таблица № 1
Затраты жилого дома на отопление за период 2023 - 2024г.
Месяц Расход тепловой энергии по ОДПУ, Гкал Общий расход тепловой энергии, Гкал Тариф, руб./Гкал
Ноябрь 60,76 1236,93 1806,98
Декабрь 202,37
Январь 309,18
Февраль 328,14
Март 336,48
ИТОГО, затраты тепловой энергии на отопление дома, руб. 2 235 107, 77
В качестве мер по повышению экономической эффективности здания рассматривалось применение энергосберегающего остекления в виде низкоэмиссионного стеклопакета с селективным напылением, изоляция наружной стены здания PIR-плитами, а также вариант утепления и озеленения кровельного покрытия жилого дома.
PIR-утеплитель - это современный теплоизоляционный материал на основе жесткого полиуретана (полиизоцианурата). Утеплитель покрыт с двух сторон алюминиевой гидро- и паронепроницаемой фольгой, обладающей низким коэффициентом эмиссии (излучения поверхности е), что позволяет сократить передачу тепла и энергии. Такие конструкции обладают «тепловым эффектом термоса», приводящим к снижению теплопотерь и значительной экономии энергоресурсов. Материал не подвержен горению, гниению и увлажнению. Состав утепленной стены представлен на рис.4.
Рис. 4. - Утепление наружной стены теплоизоляцией из PIR-плит: 1 - кирпичная стена, 2 - PIR плита, 3 - анкер фасадный, 4 - монтажная пена, 5 - скотч алюминиевый, 6 - направляющая, 7 - панели фасадные.
Максимального результата от теплоизоляции из PIR-плит возможно достичь в местах, где отраженное от отопительных приборов тепловое излучение сохраняется внутри утепленного помещения. С этой задачей
успешно справляются энергосберегающие (низкоэмиссионные) стеклопакеты. Благодаря нанесенной на поверхность стекла оптическому покрытию (оксидов металлов), в холодное время потери тепла за счет теплового излучения через стекло сокращаются, а в теплое время -затрудняют доступ солнечной энергии и инфракрасного излучения внутрь помещения. Возможно заполнение межстекольного пространства инертными газами (аргон, криптон, ксенон). Это позволяет уменьшить уровень внешнего шума на 45дБ и снизить вероятность образования конденсата в межстекольном пространстве [6-8]. Принцип работы энергосберегающего стеклопакета изображен на рис. 5.
Рис. 5. - Принцип работы энергосберегающего стеклопакета
Внедрение технологии «зеленого кровельного покрытия» является одним из возможных решений по сокращению затрат на отопление и энергопотребление жилого дома. В случае высотного многоквартирного дома целесообразно применение интенсивного озеленения для создания рекреационных пространств и зон отдыха. Помимо этого, конструкция зеленой кровли способствует снижению загрязнения воздуха и пылеподавлению [9,10]. Конструкция «зеленой» кровли показана на рис. 6.
М Инженерный вестник Дона, №5 (2024) ¡\с1оп. ru/ru/magazine/arcЫve/n5y2024/9182
Рис. 6. - Состав «зеленой» кровли для жилых зданий: 1 - плита железобетонная пустотная, 2 - защитный слой - ондулин, 3 -теплоизолирующий слой из экструдированного пенополистирола, 4 -фильтрующий слой из керамзитового гравия, 5 - закрепляющий слой грунта,
6 - субстрат с зелеными насаждениями На основании выбора энергоэффетивных технологий, внедряемых в проектно-сметную документацию на строительство рассматриваемого объекта исследования произведен расчет расходов на потребление тепловой энергии в течение отопительного периода.
Расчеты сопротивления теплопередачи проводились исходя из климатических особенностей региона строительства г. Ростов-на-Дону, представленных в таблице №2, а также на основании СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий, СП 23-101-2004 Проектирование тепловой защиты зданий.
Таблица № 2
Климатические характеристики г. Ростов-на-Дону
№ п/п Показатель Обозначение параметра Ед. изм. Расчетное значение
1 Расчетная температура внутреннего воздуха ¿в 0С 20
2 Расчетная температура наружного воздуха в 0С -25
холодный период года
3 Продолжительность отопительного периода ^от сут/год 167
4 Средняя температура наружного воздуха за отопительный период tar 0C 0
5 Градусо-сутки отопительного периода ГСОП 0C • сут/год 3340
Основные теплотехнические характеристики наружных ограждающих конструкций (тип конструкции, толщина слоя, коэффициент теплопроводности) проектируемого 25-ти этажного многоквартирного жилого дома представлены в таблице №3. В расчете принят «сухой» влажностной режим помещения на основе информации о районе строительства.
Таблица № 3
Характеристики ограждающих конструкций здания
№ Тип наружной Материал Толщи Коэффициент
п/п ограждающей конструкции на слоя 5, мм теплопроводности Яа, Вт/(м • 0С)
1 Наружные стены (вентилируемый Керамогранитные плиты 12 0,31
фасад) Воздушная прослойка 60 0,18
Утеплитель PIR-плита 100 0,023
Газосиликат (400 кг/м3) 250 0,11
2 Окна, балконные двери и витражи Четырехкамерный стеклопакет с I-стеклом Veka Proline 70 -
Свето-прозрачный фасад ALUTECH 60-80 0,65
3 Наружные входные двери «Теплая» дверная серия ALT 65 АЛНЕО 65 -
4 Покрытие растительный субстрат 250 1,21
(зеленая кровля) закрепляющий слой грунта 150 0,47
керамзитовый гравий (500 кг/м3) 40 0,15
XPS ТЕХНОНИКОЛЬ CARBON 100 0,032
слой ондулина 36 0,20
монолитная ж/б плита 200 1,92
5 Перекрытие над неотапливаемым кварцвиниловая SPC плитка Floorwood 5 0,14
подвалом подложка под напольное 1,5 0,44
M Инженерный вестник Дона, №5 (2024) ivdon. ru/ru/magazine/archive/n5y2024/9182
покрытие Atrium
ЦПС армированная 50 0,76
XPS ТЕХНОНИКОЛЬ CARBON 50 0,032
рулонная гидроизоляция пола ТЕХНОНИКОЛЬ 4 0,17
ЦПС выравнивающая 20 0,76
монолитная ж/б плита 200 1,92
6 Стены, заглубленные в рулонная гидроизоляция фундамента Технониколь 4 0,17
грунт пароизоляция ROCKWOOL 70 4 -
XPS ТЕХНОНИКОЛЬ CARBON 100 0,032
монолитная ж/б стена 300 1,92
7 Полы по грунту смесь магнезиальная напольная 30 0,96
ЦПС уклонообразующая 50 0,76
рулонная гидроизоляция фундамента Технониколь 4 0,17
монолитная ж/б плита 1500 1,92
Расчет сопротивления теплопередаче, а также площади наружных
поверхностей для каждого типа энергоэффективной ограждающей конструкции представлены в таблице №4.
Таблица № 4
Расчетные и требуемые сопротивления теплопередаче
№ Тип наружной Нормируемое Расчетное Площадь
п/п ограждающей сопротивление сопротивление конструкции,
конструкции теплопередаче Roнорм, (м2 • 0С)/Вт теплопередаче R, (м2 • 0С)/Вт А , м2
1 Стены наружные 1,62 6,16 6399,60
2 Четырехкамерный стеклопакет 0,38 0,78 2726,40
Свето-прозрачный фасад 0,38 1 3633,12
3 Наружные входные двери 0,98 0,53 30,24
4 Покрытие (зеленая кровля) 3,096 4,36 747,07
5 Перекрытие над неотапливаемым подвалом 2,72 2,11 783,59
6 Стены, заглубленные в грунт 1,62 2,43 909,33
7 Полы по грунту 3,096 9,66 1134,07
Расчет общего расхода тепловой энергии на отопление за отопительный период, а также расчет сопротивления теплопередаче проводится на основании СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий.
и
(?0Г°Д = 0,024 X ГСОП X
(1)
где - общие тепловые потери здания на отопление за отопительный период, кВт •ч/год; 0,024 - переводной коэффициент потерь тепловой энергии через наружные ограждающие конструкции из Вт •сут в кВт •ч (1 сут = 24 ч, 1Вт = 0,001 кВт, 1 Вт •сут = 0,024 кВт •ч); Ai - площадь соответствующей наружной ограждающей конструкции, м2; ^ - приведенное сопротивление теплопередаче наружной ограждающей конструкции, (м2 • 0С)/Вт; п - коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху, определяемый по формуле 5.3 СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий.
Показатели бытовых тепловыделений, теплопоступлений в здание от солнечной радиации, а также инфильтрационные затраты в рамках расчета остаются неизменными. На основании нормативного документа СП 23-1012004 Проектирование тепловой защиты зданий коэффициент п определяется по формуле (2):
где £е - расчетная температура внутреннего воздуха, С; £от - средняя температура наружного воздуха за отопительный период, °С; £ПС1ДЕ - средняя
температура внутреннего и наружного воздуха для холодного подвала, 0С. Тогда коэффициент п, определяемый по формуле (2) составляет: Ов-^одв) _ Сго-Ю) _
п =
= 0,5.
Он-£н) (20-0)
Общий расход тепловой энергии на отопление 25-ти этажного многоквартирного жилого дома за отопительный период с применением утеплителя из РТЯ-плитам, низкоэмиссионных энергосберегающих
стеклопакетов с формулой остекления и технологии зеленой кровли, составит:
/ü^qqj 5TJi J ЧЙ5111Э 1ППЛ 7Л.7П7 7П11;Ч 5ЛР 11ЦИ7
= 0,024 X гсоп
0,5
)-
6,16
0,73
0,53
4,3 G
2,11
2,43
4,35
725 904,11
(кВт ■V г:д
г:д)
Переведем [кВтч/год] в [Гкал/год], используя коэффициентом пересчета: 1
(кВтч) /год = 86-10-5 Гкал/год
725 904
,11 (кВт —
(Гкал\ - .
год '
На основании постановления Региональной службы по тарифам Ростовской области от 28.11.2022 №69/43, стоимость 1 Гкал для Ростова-на-Дону равна 1806,98 руб. Умножив стоимость 1 Гкал на общий расход тепловой энергии за отопительный период, получим экономические затраты на отопление:
624,28 ^^ X 1306,93 (руб./Гкал ) = 1 123 057,02 руб./год.
Таким образом, сравнивая полученный результат с затратами на отопление тепловой энергии за отопительный период (табл. № 1), можем сделать вывод, что применение эффективного утепления, энергосберегающего стекла и технологии «зеленой» кровли в качестве организационно-технологических решений, не только сокращает расход тепловой энергии за один отопительный период, но и уменьшает экономические расходы на отопление до 49%.
Литература
1. И.Ю. Зильберова, Н.Н. Петрова Модернизация зданий с целью повышения энергоэффективности, комфорта и безопасности проживания, а также продления срока эксплуатации жилых зданий // Инженерный вестник Дона, 2012, №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4p1y2012/1120
2. Kibert, C.J. Sustainable Construction: Green Building Design and Delivery, 4th Edition. ISBN: 978-1119055174 изд. University of Florida: John Wiley & Sons, Inc, 2016.
3. Green Building Statistics: Important Step Towards Sustainability // URL: seedscientific.com/environment/green-building-statistics/ (дата обращения: 09.04.2024).
4. Цицин К. Г. Энергоэффективные технологии - будущее жилищного строительства // СРРМ. 2013. №2 (77). URL: cyberleninka.ru/article/n/energoeffektivnye-tehnologii-buduschee-zhilischnogo-stroitelstva (дата обращения: 09.04.2024).
5. Долаева, З. Н., Урусов А.Р. Перспективность внедрения энергоэффективных технологий в строительстве // Молодой ученый. — 2016. — № 26 (130). — С. 32-35. — URL: moluch.ru/archive/130/36039/
6. Семенова Э.Е., Логвинова Е.О. Исследование применения энергосберегающих светопрозрачных конструкций зданий // Строительство: новые технологии - новое оборудование. 2018. № 1. С. 26-29.
7. Eleanor S. Lee. Innovative Glazing Materials // Handbook of energy efficiency in buildings. 2019. Chapter 6.3. Pp. 1-23.
8. Сотникова О.А., Семенова Э.Е., Богай В.А. Исследование энергосберегающих решений при проектировании светопрозрачных конструкций общественных зданий с применением низкоэмиссионного стекла // Сборник научных статей Международной научно-практической конференции. 2019. С. 197-201.
9. Саматова В.М., Гамаюнова О.С. Энергетическая эффективность зданий с применением технологии «зеленая кровля» // Инженерные исследования. 2021. № 4 (4). С. 24-32.
10. Манжилевская С.Е., Грибанов А.В. Устройство зеленой кровли как способ повышения экологической безопасности окружающей среды при
реконструкции и строительстве // Инженерный вестник Дона, 2020, №. 5 URL : ivdon.ru/ru/magazine/archive/N5y2020/6498
References
1. I.Ju. Zil'berova, N.N. Petrova Inzhenernyj vestnik Dona, 2012, №4. URL : ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4p 1y2012/1120
2. Kibert, C.J. Sustainable Construction: Green Building Design and Delivery; John Wiley & Sons: Hoboken, NJ, USA, 2016.
3. Green Building Statistics: Important Step Towards Sustainability URL: seedscientific.com/environment/green-building-statistics/ (date assessed: 09.04.2024).
4. Cicin K. G. Jenergojeffektivnye tehnologii budushhee zhilishhnogo stroitel'stva SRRM. 2013. №2 (77). URL: cyberleninka.ru/article/n/energoeffektivnye-tehnologii-buduschee-zhilischnogo-stroitelstva (date assessed: 09.04.2024).
5. Z. N. Dolaeva, A. R. Urusov Molodoj uchenyj, 2016, № 26 (130). pp. 32-35 URL: moluch.ru/archive/130/36039
6. Semenova Je.E., Logvinova E.O. Issledovanie primenenija jenergosberegajushhih svetoprozrachnyh konstrukcij zdanij Stroitel'stvo: novye tehnologii - novoe oborudovanie. 2018. № 1. pp. 26-29.
7. Eleanor S. Lee. Innovative Glazing Materials Handbook of energy efficiency in buildings. 2019. Chapter 6.3. pp. 1-23.
8. Sotnikova O.A., Semenova Je.E., Bogaj V.A. Issledovanie jenergosberegajushhih reshenij pri proektirovanii svetoprozrachnyh konstrukcij obshhestvennyh zdanij s primeneniem nizkojemissionnogo stekla Sbornik nauchnyh statej Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii. 2019, pp. 197-201.
9. Samatova V.M., Gamajunova O.S. Inzhenernye issledovanija. 2021. № 4 (4). pp. 24-32.
10. Manzhilevskaja S.E., Gribanov A.V. Inzhenernyj vestnik Dona, 2020, № 5. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N5y2020/6498 Дата поступления: 13.03.2024 Дата публикации: 22.04.2024
