В рамках пересмотра действующей нормативной базы в области строительства в Российской Федерации с 01.06.2013 вступила в силу актуализированная редакция СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» — СП 50.13330.2012 (далее — СП) [1]. В соответствии с её требованиями оценка уровня теплозащиты оболочки здания осуществляется с учётом его удельной теплозащитной характеристики kоб [Вт/(м3·К)]. По определению она равна отношению суммарных теплопотерь за счёт теплопередачи через наружные ограждающие конструкции к отапливаемому объёму здания Voт [м3] и к расчётной разности температур [°C] внутреннего и наружного воздуха.
Предельный уровень этой характеристики в работе [1] ограничивается нормируемой величиной kобтр [°С·сут/год] в зависимости от значения Voт и граду- со-суток отопительного периода в районе строительства (ГСОП).
Впервые данная методика была изложена в работах [2-3].
Проведём расчёт kоб для здания таможенного управления в городе Санкт-Петербурге для двух вариантов. В первом варианте возьмём сопротивления теплопередаче Rопр по данным табл. 3 [1] для вычисленного значения ГСОП, во втором — с допустимым снижением в указанных в пункте 5.2 [1] пределах, то есть считаем региональные коэффициенты mр = 0,63 для наружной стены и mр = 0,8 для покрытия. Перекрытие над подвалом и заполнение светопроёмов в обоих случаях принимаем с mр = 1, то есть сравниваем только базовый и пониженный уровень теплозащиты основных несветопрозрачных конструкций.
Площади ограждающих конструкций принимаем по строительным чертежам: Анс = 2097 м2 (наружная стена), Апт и Апл = 1425 м2 (покрытие и перекрытие над подвалом), Аок = 656 м2 (окна), а соответствующие коэффициенты положения ni равными 1 для всех ограждений, кроме пола над подвалом, где n = 0,6. Отапливаемый объём здания равен Vот = 23193 м3.
Считаем среднюю температуру внутреннего воздуха в здании для расчёта системы отопления te = +19 °С по требованиям [4], среднюю температуру наружного воздуха за отопительный период tот = -1,3 °С и его продолжительность zот = 213 суток — по табл. 1 [5], тогда:
ГСОП = (19 + 1,3) х 213 = 4324 °С·сут/год.
Результаты расчётов для наглядности сводим в табл. 1.
Требуемая теплозащитная характеристика рассчитывается по формуле (5.5) из работы [1]:
для Vот > 960 м3, откуда в данном случае получается kобтр = 0,245 Вт/(м3·К).
Из расчёта видно, что оба варианта удовлетворяют требованию kоб ≤ kобтр, поэтому возможно их технико-экономическое сравнение.
В рамках пересмотра действующей нормативной базы в области строительства в Рос- сийии вступила в силу актуализированная редакция СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» — Свод Правил 50.13330.2012. В соответствии с её требованиями оценка уровня теплозащиты оболочки здания осуществляется с учётом его удельной теплозащитной характеристики
Однако при расчёте объёма теплоизоляции необходимо учесть, что в соответствии с положениями Приложения Е [1] предлагается определять удельные потери теплоты через линейную теплотехническую неоднородность Ψj [Вт/(м·К)], а также через точечную неоднородность χk [Вт/К] по результатам расчёта двухмерного температурного поля узла конструкций следующим образом:
где tв и tн — температура внутреннего и наружного воздуха [°C], соответственно; ΔQjL — дополнительные потери теплоты через линейную теплотехническую неоднородность j-го вида, приходящиеся на 1 п.м., Вт/м; ΔQkK — дополнительные потери теплоты через точечную теплотехническую неоднородность k-го вида [Вт], определяемые по формуле:
где Qk — потери теплоты через узел, содержащий точечную теплотехническую неоднородность к-го вида, являющиеся результатом расчёта температурного поля, Вт; Q~k — потери теплоты через тот же узел, не содержащий точечную теплотехническую неоднородность k-го вида, являющиеся результатом расчёта температурного поля, Вт.
Аналогичным же образом определяется и величина ΔQjL. В этом случае требуемое сопротивление теплопередаче слоя утеплителя можно вычислить по выражению:
где αв и αн — коэффициенты теплоотдачи внутренней и наружной поверхности ограждающей конструкции [Вт/(м2·К)]. Для наружной стены по работе [1] можно принимать αв = 8,7 и αн = 23 Вт/(м2·К). Параметр Uтр [Вт/(м2·К)] представляет собой требуемое значение удельного теплового потока по глади конструкции без учёта теплопроводных включений, исходя из обеспечения необходимой величины приведённого сопротивления теплопередаче Rопр [м2·К/Вт], который вычисляется через значения Ψj и χk, а также количество соответствующих неоднородностей, приходящееся на единицу площади конструкции. Величина ΣRкi [м2·К/ Вт] — это суммарное термическое сопротивление всех слоёв однородной части фрагмента конструкции, кроме теплоизоляционного. При этом для каждого слоя Ri = δi/λi где δi и λi — толщина и теплопроводность материала i-го слоя, [м] и [Вт/(м·К)], соответственно.
Принимая Rопр отдельно для каждого варианта из табл. 1, а количество теплотехнических неоднородностей — по строительным чертежам здания, расчёт в целом можно оформить в виде табл. 2. Площадь фасада была определена по чертежам и составляет 1171 м2. Легко видеть, что в первом варианте величина rзаметно меньше. Таким образом, повышение уровня теплозащиты приводит к ухудшению эффективности использования теплоизоляции из-за того, что увеличивается относительный вклад дополнительных теплопотерь через точечные и линейные элементы стены, определяемый только её геометрией и конструкцией. Поэтому общий объём теплоизоляции в первом случае будет больше не только вследствие роста Rопр, но и по причине уменьшения параметра r.
Принимаем коэффициенты теплотехнической однородности для стены rнс в каждом варианте по табл. 2, а для покрытия и перекрытия над подвалом возьмём ориентировочно rпт = rпл = 0,95. Капитальные затраты на теплоизоляцию Кти [руб.] в каждом варианте рассчитываются исходя из объёма теплоизоляционного материала в конструкциях Vти [м3], определяемого с учётом величины λут и его стоимости Сти [руб/м3]. В рассматриваемом примере мы считаем λут = 0,064 Вт/(м·К) и Сти = 2100 руб/м3 по среднерыночным ценам 2014-го года. Принимаем также стоимость тепловой энергии по данным ОАО «МОЭК» для нежилых зданий Ст = 1720,9 руб/Гкал. Коэффициент учёта дополнительных теплопотерь β = 1,13 для протяжённого общественного здания из Приложения Г [1]. Расчётный срок эксплуатации здания Tам = 45 лет.
В данном случае разницей в расходе электроэнергии на системы отопления и в заработной плате рабочих можно пренебречь, поэтому годовые эксплуатационные затраты можно считать как Э = Эам + Эт.от [руб. в год], то есть только амортизационные отчисления и тепловая энергия. Вычисления сводим в табл. 3.
Вычисляем совокупные дисконтированные затраты СДЗ [6-8]:
где р — норма дисконта, которая при вычислениях была принята в размере 10 % годовых. По полученным данным строим графики СДЗ для каждого из вариантов, как это представлено на рис. 1.
Легко видеть, что кривые на рис. 1 пересекаются при Т, равном примерно семи годам. Более точно дисконтированный срок окупаемости базового уровня теплозащиты по сравнению с пониженным можно вычислить по формуле [6-8]:
то есть бездисконтный срок окупаемости составляет Т0 = 4,9 лет.
Таким образом, повышение теплозащиты наружных стен и покрытия от минимально допустимого уровня до базового в рассмотренных условиях является экономически оправданным.
В самом деле, получаемое значение Ток, хотя и превышает желательную для малозатратных и быстро окупаемых мероприятий величину пять лет [6], но всё же существенно меньше проектного срока службы здания. По-видимому, это можно объяснить удачными архитектурноконструктивными и объёмно-планировочными решениями здания, что выражается в малом значении коэффициента компактности (всего 0,241 м-1).
Поэтому для дальнейшей разработки принимаем первый вариант теплозащиты с базовыми значениями Ri.
