CC BY
7Энергоэффективное строительство
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
УДК 699.86
О.Д. САМАРИН, канд. техн. наук (samarin1@mtu-net.ru), Д.А. СИРОТКИН, инженер
Московский государственный строительный университет (129337, г. Москва, Ярославское ш., 26)
Возможности снижения теплозащиты несветопрозрачных наружных ограждений в общественных зданиях
Рассмотрена возможность применения пониженного уровня теплозащиты ограждающих конструкций на основе требований СП 50.13330.2012 «Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» в общественных зданиях. Приведены результаты расчетов фактической и нормируемой удельной теплозащитной характеристики для группы из четырнадцати зданий разного назначения и размеров с использованием методики СП, определения коэффициента компактности, отапливаемого объема и других геометрических и энергетических показателей при различных значениях сопротивлений теплопередаче основных несветопрозрачных наружных ограждений. Дан анализ полученных данных и выявлены условия реализации пониженного уровня теплозащиты в зависимости от отапливаемого объема и конструктивных особенностей здания, а также климатических параметров района строительства. Изложение проиллюстрировано графическими, в том числе корреляционными зависимостями между сопоставляемыми факторами, а также необходимыми табличными данными.
Ключевые слова: удельная теплозащитная характеристика, ограждающие конструкции, отапливаемый объем, градусо-сутки, региональный коэффициент.
O.D. SAMARIN, Сandidate of Technical Sciences (samarin1@mtu-net.ru), D.A. SIROTKIN, Engineer Moscow State University of Civil Engineering (Moscow State University of Civil Engineering (26, Yaroslavskoe Highway, Moscow, 129337, Russian Federation)
The Possibilities of Decreasing of Thermal Performance of Non-Transparent External Enclosures in Public Buildings
The possibility of using decreased level of thermal performance of external enclosures in terms of demands of SP 50.13330.2012 in public buildings is considered. The calculation results of design and required specific thermal performance for the series of fourteen buildings with the different sizes and assignment using procedure of SP, determination of the factor of compactness, heated volume and other geometry and energy parameters at the different values of thermal resistance of the main non-transparent external enclosures are presented. The analysis of obtained data is given and conditions of using of decreased level of thermal performance in dependence of the heated volume and constructive peculiarities of the building and also from climatic parameters of the building region are shown. The paper is illustrated graphically including correlation dependences between the compared factors and also with necessary tabulated data..
Keywords: specific thermal performance, enclosures, heated volume, degree-day, regional factor.
В последние годы в нашей стране принято несколько основополагающих документов, регламентирующих вопросы строительства и энергосбережения. В первую очередь это Федеральный закон «Технический регламент «О безопасности зданий и сооружений» № 384-Ф3 от 30 декабря 2009 г., а также Федеральный закон «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» № 261-ФЗ от 23 ноября 2009 г. В соответствии с новыми требованиями, содержащимися в этих законах, в настоящее время производится общий пересмотр действующей нормативной базы в области строительства.
В рамках такого пересмотра в Российской Федерации с 1 июля 2013 г. вступил в силу СП 50.13330.2012 «Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий». Одной из наиболее важных ее особенностей по сравнению с предыдущей версией является введение понятия удельной теплозащитной характеристики здания £об, Вт/(м3К) [1, 2]. По определению она равна отношению суммарных теплопотерь за счет теплопередачи через наружные ограждающие конструкции Сш, Вт, к отапливаемому объему здания Ут, м3, и к расчетной разности средней температуры внутреннего воздуха в зда-
нии и по ГОСТ 30494-2011 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях» и температуры наружного воздуха в районе строительства для наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 (н5, оС, по данным СП 131.13330.2012 «Актуализированная редакция СНиП 23-01-99* «Строительная климатология»:
" (1)
^об "
Кг В ^нб)
Выражая величину через конструктивные характеристики здания и климатические параметры, после некото рых преобразований получаем:
^ и
V
k05 ~
-^комп^общ! (2)
Кгг (^в ^н}) Кгг К,
где А1 и Д- - соответственно площадь, м2, и сопротивление теплопередаче, м2К/Вт, г-го наружного ограждения (наружных стен, окон, покрытий, перекрытий над техподпольем, полов по грунту и т. д.); и,- - коэффициент положения г-го ограждения по отношению к наружному воздуху. Таким образом, разность температур в расчетную формулу для &о6 уже не входит, поскольку сокращается при делении числителя на знаменатель. Из соотношения (2) видно, что при
Научно-технический и производственный журнал
Energy
efficient construction
0,14
3 0,12
¿Т 0,1 £ 0,08 0,06 5 0,04
0
1 0,02
о_
0
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 V м3
тп
Рис. 1. Корреляционная зависимость разности коь—к^^ и величины Voт
использовании величины к0б теплозащитные свойства оболочки можно охарактеризовать более полно, потому что она сочетает сразу два показателя: общий коэффициент теплопередачи оболочки здания -^общ, Вт/(м2К), и коэффициент компактности здания -ЙГК0МП, м-1, являясь их произведением.
Предельный уровень теплозащитной характеристики в СП 50.13330.2012 ограничивается нормируемой величиной к^ в зависимости от значения ^ и градусо-суток отопительного периода в районе строительства ГСОП, градусо-сут/г. При ^>960 м3 соответствующая зависимость выглядит следующим образом (формула (5.5) СП 50.13330.2012):
о,1б+~р=
1ДР =___(3)
06 0,00013-ГСОП+0,61' где ГСОП = (Гв-/опкоп; ^оп и ¿оп — средняя температура наружного воздуха в районе строительства за отопительный период, оС, и его продолжительность, сут, по СП 131.13330.2012. При этом основным преимуществом методики СП 50.13330.2012 является возможность варьировать значения Д- при сохранении одного и того же значения Атоб, удовлетворяющего соотношению для дости-
жения наиболее рационального сочетания теплозащитных свойств различных ограждений с использованием конструктивных и объемно-планировочных особенностей здания. Можно показать, что одним из наиболее затратных и в то же время не самых энергоэффективных энергосберегающих мероприятий является дополнительная теплоизоляция не-светопрозрачных конструкций (стен, покрытий, перекрытий чердачных и над неотапливаемыми подвалами и т. п.) [3—5]. Поэтому представляется целесообразным рассмотреть вопрос о том, до какого предела возможно снижение величины Д- таких ограждений по сравнению с базовым уровнем Л^, принимаемым также в соответствии с параметром ГСОП по табл. 3 СП 50.13330.2012, при выполнении условия к^к^. Основной акцент в данном случае следует сделать на объектах общественного назначения, поскольку в настоящее время их объемно-планировочные решения отличаются гораздо большим разнообразием, даже несмотря на определенные успехи в разработке новых конструкций жилых зданий.
Следует, однако, учесть, что минимальный уровень регионального коэффициента Шр к величине по требованиям СП 50.13330.2012 составляет 0,63 для наружных стен и 0,8 для всех остальных несветопрозрачных конструкций. Поэтому если при максимально возможной величине эти коэффициенты окажутся меньше, необходимо принимать указанные минимальные значения, тогда неравенство будет выполняться строго.
Для практического расчета возможности снижения теплозащиты несветопрозрачных конструкций были произвольно выбраны 14 общественных зданий различной пло-
0,13 0,12 0,11 0,1 0,09 0,08 0,07 0,06
2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 ГСОП, К.сут
Рис. 2. Зависимость разности к06-&06.2 от величины ГСОП
щади, объема и назначения для строительства в трех населенных пунктах с существенно отличающимися климатическими параметрами: Воркута, Москва и Краснодар.
Для всех зданий вычислены площади ограждающих конструкций, отапливаемый объем, значения ГСОП. С использованием этих значений произведен расчет фактической удельной теплозащитной характеристики £об л и &об2 и ее требуемого уровня по формулам (1-3). Величина к^ л определяется при Wp=1 для всех наружных ограждений, а ^об.2 - при минимально допустимых /Ир=0,63 для наружной стены и /Ир=0,8 для покрытия. Расчет для условий Москвы представлен в таблице.
Таким образом, по результатам вычислений для всех выбранных зданий возможно снижение коэффициента Шр до минимально возможного уровня, поскольку разность ^об-^об.2 везде является положительной. Аналогичный характер имеют результаты для других городов. Исключение составляет здание 3 (общеобразовательная школа на 1000 учащихся) в Краснодаре, для него возможно снижение коэффициентов Шр для стен и перекрытий лишь на одну сотую. Заметим, что таблица показывает, что и для Москвы величина АГо6-£о62 является минимальной именно для данного объекта, хотя и остается больше нуля.
Выполнив анализ полученных сведений, можно выявить определенную зависимость между объемом зданий Vm и разностью требуемой и фактической удельных теплозащитных характеристик Атоб и кПо мере роста Vm эта разность снижается. Наглядно для условий Москвы это можно увидеть на рис. 1. Данное обстоятельство связано в первую очередь с существенным уменьшением к^ при росте Vm в соответствии с выражением (3), в то время как параметр к0б при этом меняется менее заметно. Следовательно, должно существовать некоторое предельное значение превышение которого уже не дает возможности применять наружные ограждения с пониженным уровнем теплозащиты. Судя по рис. 1, для Москвы оно лежит в диапазоне примерно от 25000 до 30000 м3.
Зависимость средних разностей к^-к^л и £об-&об.2 для всей рассмотренной группы зданий от среднего уровня ГСОП для каждого региона можно проследить по рис. 2, где верхняя линия показывает вариант с базовыми значениями сопротивлений теплопередаче наружных ограждений, а нижняя - вариант с их снижением. С ростом ГСОП, т. е. в более суровом климате, уменьшение теплозащиты становится возможным с еще большим запасом по отношению к требуемой й^.
Это можно объяснить тем фактом, что в соответствии с формулой (3) величина к^ при этом убывает медленнее, чем падают базовые и пропорциональные им сниженные значения Rj, определяемые с учетом табл. 3 СП 50.13330.2012.
8'2014
17
Энергоэффективное строительство
------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
Научно-технический и производственный журнал
Конструктивные и энергетические показатели общественных зданий
№ здания 'в, оС ^от, м3 ГСОП, К-сут ^КОМП, м 1 об Разность Сб - ^об.2
Вт/(м3-К)
1 20 7531 4551 0,424 0,166 0,18 0,256 0,076
2 20 5386 4551 0,483 0,188 0,208 0,273 0,065
3 19 16968 4527 0,4 0,177 0,191 0,224 0,033
4 20 3642 4750 0,525 0,179 0,196 0,295 0,099
5 20 1944 4750 0,574 0,196 0,217 0,344 0,128
6 21 7905 4973 0,528 0,156 0,17 0,249 0,079
7 20 4272 4551 0,494 0,168 0,188 0,287 0,099
8 20 6561 4750 0,37 0,116 0,13 0,26 0,13
9 21 5571 4973 0,428 0,142 0,156 0,266 0,11
10 17 8280 3936 0,371 0,146 0,163 0,258 0,095
11 19 4536 4346 0,509 0,218 0,238 0,286 0,049
12 20 3492 4551 0,543 0,212 0,235 0,301 0,066
13 20 6360 4551 0,458 0,16 0,176 0,264 0,088
14 20 7780 4551 0,406 0,149 0,165 0,254 0,089
Таким образом, при проектировании и строительстве общественных зданий различного назначения практически всегда имеется возможность снижения теплозащитных свойств несветопрозрачных ограждений до минимально допустимого уровня. Это непосредственно влияет на уменьшение толщины слоя утеплителя в конструкциях, что в условиях современной рыночной экономики в нашей стране имеет наибольшее значение, поскольку утепление ограждений имеет максимальный срок окупаемости среди всех основных энергосберегающих мероприятий [3-9]. Поэтому использование дополнительных возможностей нормирования теплозащиты, предоставляемых СП 50.13330.2012, позволит значительно снизить капитальные затраты на сооружение общественных зданий без существенного ущерба для их энергоэффективности.
Список литературы
1. Гагарин В.Г., Козлов В.В. Требования к теплозащите и энергетической эффективности в проекте актуализированного СНиП «Тепловая защита зданий» // Жилищное строительство. 2011. № 8. С. 2-6.
2. Гагарин В.Г., Козлов В.В. О требованиях к теплозащите и энергетической эффективности в проекте актуализированной редакции СНиП «Тепловая защита зданий» // Вестник МГСУ. 2011. № 7. С. 59-66.
3. Самарин О.Д. Теплофизика. Энергосбережение. Энергоэффективность. М.: АСВ, 2014. 296 с.
4. Самарин О.Д., Лушин К.И. Об энергетическом балансе жилых зданий // Новости теплоснабжения. 2007. № 8. С. 44-46.
5. Самарин О.Д. Еще раз о целесообразности повышения теплозащиты несветопрозрачных ограждений зданий // Строительные материалы. 2013. № 9. С. 56-59.
6. Гагарин В.Г. Макроэкономические аспекты обоснования энергосберегающих мероприятий при повышении теплозащиты ограждающих конструкций зданий // Строительные материалы. 2010. № 3. С. 8-16.
7. Горшков А.С. Энергоэффективность в строительстве: вопросы нормирования и меры по снижению энергопотребления зданий // Инженерно-строительный журнал. 2010. № 1. С. 9-13.
8. Robert Dylewski, Janusz Adamczyk. Economic and ecological indicators for thermal insulating building investments // Energy and Buildings. 2012. No. 54. P. 88-95.
9. Vilune Lapinskiene, Sabina Paulauskaite, Violeta Motuziene. The analysis of the efficiency of passive energy saving measures in office buildings. Papers of the 8th International Conference "Environmental Engineering". Vilnius. 2011. P. 769-775.
References
1. Gagarin V.G., Kozlov V.V. The requirements to the thermal performance and energy efficiency in the project of the actualizationed SNiP «Thermal performance of the buildings». Zhilishchnoye stroitel'stvo [Housing Construction]. 2011. № 8, pp. 2-6. (In Russian).
2. Gagarin V.G., Kozlov V.V. On the requirements to the thermal performance and energy efficiency in the project of the actualizationed SNiP «Thermal performance of the buildings». Vestnik MGSU. 2011. № 7, pp. 59-66. (In Russian).
3. Samarin O.D. Teplofizika. Energosberezheniye. Energoeffek-tivnost' [Thermal physics. Energy saving. Energy efficiency]. Moscow: Izdatel'stvo ASV [ASV Publishers]. 2011. 296 p. (In Russian).
4. Samarin O.D., Lushin K.I. On energetic balance of residential buildings]. Novosti teplosnabzheniya. 2007. № 8, pp. 44-46. (In Russian).
5. Samarin O.D. Once more on expedience of increase of thermal performance of non-transparent enclosures. Stroitel'nye materialy [Construction Materials]. 2013. № 9, pp. 56-59. (In Russian).
6. Gagarin V.G. Macroeconomic features of justification of energy saving measures during increase of thermal performance of building enclosures. Stroitel'nye materialy [Construction Materials]. 2010. № 3, pp. 8-16. (In Russian).
7. Gorshkov A.S. Energy efficiency in construction: problems of standardizing and measures to decrease energy consumption of buildings. Inzhenerno-stroitel'ny zhurnal. 2010. No. 1, pp. 9-13. (In Russian).
8. Robert Dylewski, Janusz Adamczyk. Economic and ecological indicators for thermal insulating building investments. Energy and Buildings. 2012. No. 54, pp. 88-95.
9. Vilune Lapinskiene, Sabina Paulauskaite, Violeta Motuziene. The analysis of the efficiency of passive energy saving measures in office buildings. Papers of the 8th International Conference "Environmental Engineering". Vilnius. 2011, pp. 769-775.
