Нормативное обеспечение проектирования теплозащиты зданий при капитальном ремонте и реконструкции

Ю. Матросов НИИСФ/ЦЭНЭФ

Распоряжением Министерства строительства Московской области №350 от 29 декабря 1999 г. утверждены и введены в действие Территориальные строительные нормы теплотехнического проектирования гражданских зданий с учетом энергосбережения (ТСН НТП - 99 МО) [1]. Эти нормы были разработаны по заданию Управления инженерных и научно-технических программ упомянутого министерства следующими организациями: НИИ строительной физики (ведущая организация), ГПК НИИ Сантехниипроект,  Мосгражданпроект, АО “КПД” и ЦЭНЭф. Управление стандартизации, технического нормирования и сертификации Госстроя России зарегистрировало эти ТСН с присвоением шифра ТСН 23-308-00 МО.

         ТСН НТП - 99 МО по энергетической эффективности гражданских (жилых и общественных) зданий разработаны по заданию Министерства строительства Московской области в соответствии с постановлением Правительства Московской области № 91/33 от 8 декабря 1997 г. “Об утверждении основных направлений энергосбережения в жилищно-коммунальном хозяйстве Московской области на период до 2000 года”.

         Эти ТСН должны соблюдаться на территории Московской области при проектировании новых, реконструируемых, капитально ремонтируемых отапливаемых жилых (многоквартирных, одноквартирных, усадебных) зданий постоянного проживания  и  зданий общественного назначения (дошкольных, общеобразовательных, лечебных учреждений и поликлиник, учебных, зрелищных, административно-бытовых и спортивных), а также других зданий общественного назначения с нормируемой температурой и относительной влажностью внутреннего воздуха.

         Требования ТСН преследуют цель проектирования жилых зданий и зданий общественного назначения с эффективным использованием энергии путем выявления суммарного эффекта энергосбережения от использования архитектурных, строительных и инженерных решений, направленных на экономию энергетических ресурсов.

         Нормативы в ТСН по второму этапу повышения теплозащиты из условий энергосбережения согласно СНиП II-3-79*, учитывают особенности базы стройиндустрии Московской области, местной промышленности стройматериалов, систем теплоснабжения и типологии проектных решений для массового жилищно-гражданского строительства.

         При разработке ТСН использованы проект типовых строительных норм по теплозащите зданий для регионов РФ “Энергетическая эффективность в зданиях”, разработанные ЦЭНЭФ, НИИСФ и Обществом по защите природных ресурсов, а также проект СНиП 2.01.03 “Теплозащита зданий”, разработанный  НИИСФ, АВОК и Главным управлением стандартизации, технического нормирования и сертификации Госстроя РФ.

         Уровень теплозащиты здания устанавливается по нормативу удельного расхода тепловой энергии системой теплоснабжения на отопление здания, приведенному в таблице. При этом следует проверять соответствие расчетного уровня удельного расхода тепловой энергии нормативу для данного типа зданий. Если в результате расчета окажется, что удельный расход тепловой энергии окажется меньше нормативного значения, то следует понизить сопротивление теплопередаче отдельных элементов теплозащиты по сравнению с требуемым (но ниже значений, обеспечивающих санитарно-гигиенические условия и требование невыпадения конденсата) до значений, когда расчетный удельный расход энергии достигнет требуемого.

Таблица

Требуемый удельный расход тепловой энергии системой теплоснабжения

на отопление здания q_e^req , кДж/(м².^oC.сут) [кДж/(м³.^oC.сут)]

Расчетный удельный расход тепловой энергии системой теплоснабжения на отопление здания от источника теплоты q_e^des, кДж/(м².^oC.сут) [кДж/(м³.^oC.сут)], определяется по формуле

                                    q_e^des ₌ q_h^des/ h_o^des                             (1)

где    q_h^des - расчетный удельный расход тепловой энергии на отопление здания, кДж/(м².^oC.сут) [кДж/(м³.^oC.сут)], определяемый по формулам

         q_h^des = 10³ Q_h^y / (A_h.D_d)    или    [q_h^des = 10³ Q_h^y / (V_h.D_d)]  (2)

         Q_h^y - потребность в тепловой энергии на отопление здания в течение отопительного периода, МДж;

         A_h  - отапливаемая площадь здания, м²;

         V_h - отапливаемый объем здания, равный объему, ограниченному внутренними поверхностями наружных ограждений здания, м³;

D_d - количество градусосуток отопительного периода, ^oC.сут;

h_o^des - расчетный коэффициент энергетической эффективности системы теплоснабжения здания.

При разработке нормативных значений q_e^req, указанных в таблице, коэффициент h_o^des установили по осредненным значениям централизованного теплоснабжения, приняв его равным 0,5. Нормирование на источнике (по потребляемому топливу) имеет смысл в случаях использования более или менее эффективных систем теплоснабжения, чем с h_o^des= 0,5. В случае подключения здания к более эффективной системе теплоснабжения, требуемый уровень теплозащиты может быть ниже, и наоборот выше, если здание подключается к менее эффективной системе теплоснабжения.

Расчетный  удельный расход тепловой энергии на отопление здания в течение отопительного периода Q_h^y, МДж, в этих ТСН определяется:

а) при наличии автоматического регулировании системы отопления по формуле

                          Q_h^y = [Q_h - (Q_int + Q_s) n] b_h ,                                 (2)

б) при отсутствии автоматического регулирования системы отопления по формуле

                                   Q_h^y = Q_h b_h ,                                    (3)

где    Q_h -  общие теплопотери здания через наружные ограждающие конструкции, МДж, определяемые по формуле

                          Q_h = 0,0864 K_m× D_d× A_e^sum ,                                 (4)

         K_m  - общий коэффициент теплопередачи здания, Вт/(м².^оС), определяемый по формуле

                          K_m = K_m^tr + K_m^inf ,                                     (5)

         K_m^tr - приведенный трансмиссионный коэффициент теплопередачи здания, Вт/(м²×^оС);

         K_m^inf - приведенный инфильтрационный (условный) коэффициент теплопередачи здания, Вт/(м².^оС);

         Q_int - бытовые теплопоступления в течение отопительного периода, МДж;

         Q_s - теплопоступления через светопроемы от солнечной радиации в течение отопительного периода, МДж, определяемые для четырех фасадов зданий, ориентированных по четырем направлениям, и для горизонтального остекления, по формуле

         Q_s = t_F  k_F (A_F1I₁ + A_F2I₂ + A_F3I₃ + A_F4I₄) + t_scy k_scy A_scy I_hor    (6)

где    t_F, t_scy - коэффициенты учитывающие затенение светового проема соответственно окон и зенитных фонарей непрозрачными элементами заполнения;

         k_F, k_scy - коэффициенты относительного проникания солнечной радиации соответственно для светопропускающих заполнений окон и зенитных фонарей;

         A_F1, A_F2, A_F3, A_F4 - площадь светопроемов фасадов здания, соответственно ориентированных по четырем направлениям, м²;

         A_scy - площадь светопроемов зенитных фонарей здания, м²;

         I₁, I₂, I₃, I₄ - средняя за отопительный период интенсивность солнечной радиации на вертикальные поверхности при действительных условиях облачности, соответственно ориентированные по четырем фасадам здания, МДж/м²;

         I_hor - средняя за отопительный период интенсивность солнечной радиации на горизонтальную поверхность при действительных условиях облачности, МДж/м²;

         n - коэффициент, учитывающий способность ограждающих конструкций помещений зданий аккумулировать или отдавать тепло; рекомендуемое значение n = 0,8;

         b_h - коэффициент, учитывающий дополнительное теплопотребление системы отопления.

При разработке проекта реконструкции существующего здания по данным проекта или натурным обследованиям следует определить расчетный удельный расход тепловой энергии на отопление, рассматривая влияние отдельных составляющих на тепловой баланс и выделяя основные элементы теплозащиты, где происходят наибольшие потери тепловой энергии. Затем для выбранных элементов теплозащиты и системы отопления и теплоснабжения следует разработать констуктивные и инженерные решения, обеспечивающие требуемое значение удельного расхода тепловой энергии на отопление здания согласно таблице.

Расчетная величина удельного расхода тепловой энергии на отопление здания  может быть снижена за счет:

а) использования эффективных теплоизоляционных материалов и рационального расположения их в ограждающих конструкциях, обеспечивающего более высокую теплотехническую однородность и эксплуатационную надежность наружных ограждений, а также повышения степени уплотнения стыков и притворов открывающихся элементов наружных ограждений;

б) снижения площади световых проемов жилых зданий до минимально необходимой по требованиям естественной освещенности, а также за счет применения энергоэффективных светопрозрачных конструкций;

в) повышения эффективности авторегулирования систем обеспечения микроклимата, применения эффективных видов отопительных приборов и более рационального их расположения;

г) утилизации тепла удаляемого внутреннего воздуха и поступающей в помещение солнечной радиации.

Выбор мероприятий по реконструкции зданий следует начинать с разработки проекта замены светопрозрачных конструкций на энергоэффективные, отдавая предпочтение конструкциям с большим числом притворов. Если заменой светопроозрачных конструкций не удается достигнуть требуемого значения удельного энергопотребления, то следует разработать проект увеличения теплозащиты несветопрозрачных конструкций, начиная с чердачных и цокольных перекрытий, переходя к торцевым стенам и в последнююочеред к стенам фасада здания.

         Огромные резервы в достижении энергосберегающего эффекта в строительном секторе заключены в существующем фонде зданий России, где построено огромное количество многоэтажных и индивидуальных жилых зданий. Уровень теплозащиты этих зданий существенно ниже, чем современные требования, предъявляемые к сопротивлению теплопередаче ограждающих конструкций отапливаемых зданий. В основном в построенных зданиях средней полосы России сопротивление теплопередаче стен равно 0,9 -1,1 м² ×^оС /Вт, окон - 0,39-0,42 м² ×^оС /Вт, покрытий около 1,5 м² ×^оС /Вт. Разработанные новые требования ТСН позволят снизить удельное энергопотребление зданий на 40%.

         Процесс реконструкции жилого фонда диктуется развитием массового многоэтажного строительства в России. Первые массовые застройки наших городов осуществлялись пятиэтажными жилыми домами. Такие дома эксплуатируются уже 30-50 лет. Обследования показали, что большинство зданий первых массовых серий имеют недостаточную теплоизоляцию чердачных перекрытий. Окна также находятся в очень плохом состоянии. Ряд серий оказались недолговечными и в настоящее время многие пятиэтажные дома пришли в критическое состояние и требуют сноса, или существенной реконструкции.

         Наиболее эффективными средствами повышения уровня теплозащиты реконструируемых жилых зданий являются:

         - при реконструкции стен - наружная теплоизоляция с применением эффективных теплоизоляционных материалов. При этом обеспечивается существенное повышение теплотехнической однородности наружных ограждений, простота конструктивных решений дополнительной теплозащиты, возможность утепления зданий без выселения жильцов, сохранение существующей полезной площади, существенное улучшение температурно-влажностного режима существующих наружных ограждений;

         - при реконструкции окон - замена двойного остекления в раздельных или спаренных переплетах на остекление с применением двухкамерных стеклопакетов или однокамерных стеклопакетов с теплоотражающим покрытием и заполнением внутренней полости аргоном  в одинарных деревянных или пластмассовых переплетах. Такие заполнения окон обеспечивают требуемый уровень теплозащиты светопроемов, повышают их светоактивность, шумозащитные качества. Хорошая герметичность всех примыканий новых конструкций окон снижает их воздухопроницаемость, что положительно влияет на энергосбережение, однако при чрезмерной герметизации может приводить к нарушению влажностного режима наружных ограждений, приводящему к выпадению конденсата на внутренней поверхности ограждений с последующим образованием плесени и других неприятных явлений. Кроме того, повышенная герметичность требует решения вопроса вентиляции помещений, которая в существующих зданиях осуществляется за счет поступления наружного воздуха через неплотности оконных заполнений (естественная вентиляция помещений). Эти особенности новых окон требуют при разработке проекта реконструкции зданий предусматривать специальные вентиляционные устройства в наружных ограждениях или разрабатывать систему принудительной вентиляции здания;

         - при реконструкции горизонтальных ограждений (покрытий, чердачных и цокольных перекрытий) - применение эффективных теплоизоляционных материалов (минераловатных и стекловолокнистых изделий), укладываемых на поверхность существующих покрытий и чердачных перекрытий, а в случае цокольных перекрытий - размещаемых в пространстве между полом и несущими конструкциями или закрепляемых на потолке подвальных помещений и подпольных пространств.

         При увеличении теплозащиты стен имеются попытки применения теплоизоляции с внутренней стороны помещений. К такому способу следует относится с большой осторожностью по следующим теплофизическим причинам. Вследствии разности парциальных давлений водяного пара с наружной и внутренней стороны в зимний период года парообразная влага движется через ограждающую конструкцию наружу. Если на своем пути эта влага после прохождения через паропроницаемые слои теплоизоляции наталкивается на более плотные слои, то возможно накопление влаги в теплоизоляционном слое с последующим ухудшением его теплоизоляционных свойств и возможным  появлением на внутренней поверхности стен грибка. Кроме того, основная часть стены после такой реконструкции будет работать в более невыгодных температурных условиях. Чтобы избежать такого явления, необходимо устройство надежного пароизоляционного слоя на внутренней поверхности ограждающей конструкции, что практически очень трудно сделать.

         Для повышения уровня энергосбережения зданий при реконструкции жилых зданий следует предусматривать такие мероприятия как остекление балконов и лоджий, устройства автоматического закрывания входных дверей и дверей выхода на чердак с повышением герметичности их притвора, устройство тамбуров при их отсутствии в реконструируемых домах.

         Создание наряду с энергетическим паспортом здания его электронной версии для компьютера позволяет проектировщику, контролирующим органам эффективно и оперативно осуществлять перебор и проверку различных конструктивных решений оболочки здания на предмет удовлетворения их требованиям норм. Это новое слово в проектировании теплозащиты здания. Алгоритм электронной таблицы позволяет помимо варьирования уровнями теплозащиты отдельных видов наружных ограждений учитывать при назначении теплозащиты бытовые тепловыделения в помещениях, поступление солнечной радиации через светопроемы различной ориентации, встречный тепловой поток через заполнения световых проемов в зависимости от их конструктивного решения, использовать теплозащиту ограждений, контактирующих с грунтом, утилизацию тепла удаляемого из здания воздуха, а также трубопроводов, проходящих в чердачном и подвальном пространствах.

         Главное же в переходе на нормирование удельного энергопотребления здания заключается в том, что проектирование теплозащиты здания в этом случае позволяет проектировщику широко раскрыть свои творческие возможности по выявлению различных резервов снижения энергопотребления в зданиях, которые с одной стороны облегчают проектирование теплозащиты оболочки здания, а с другой направлены на дальнейшее снижение энергопотребления отапливаемых зданий. Уже появляются такие предложения, как использование при теплотехническом проектировании остекления балконов и лоджий, учет тамбуров при входных дверях, устройство теплоотражательных покрытий в зарадиаторных участках стен и внутри стен идругие.

В заключении следует отметить, что разработка и внедрение территориальных норм Московской области дает следующие преимущества региону:

· новый принцип нормирования облегчает проблему внедрения второго этапа повышения уровня теплозащиты зданий федерального СНиП при обеспечении намеченного федеральными федеральными нормами энергосберегающего эффекта;

· создаются условия для внедрения новых энергоэффективных технологий и строительных материалов, а также эффективного отопительно-вентиляционного и теплоснабжающего оборудования и систем его управления;

· создается возможность достичь заданного энергосберегающего эффекта за счет различных комбинаций как отдельных элементов теплозащиты, так и систем обеспечения микроклимата внутри помещений и выбора систем теплоснабжения, т.е. в конечном счете за счет повышения качества проектирования;

· переход на потребительский принцип стимулирует архитекторов на создание архитектурного облика, используя энергоэффективные компановки зданий.

Литература

1. Ю.Матросов. “Проект территориальных строительных норм Московской области по теплотехническому проектированию гражданских зданий”, Минмособлстрой, Научно-практический семинар, “Повышение теплозащитных свойств ограждающих конструкций и инженерных сооружений”, стр.22-25, Москва, 1999.