Табл. 1. Результаты расчетов теплоэнергетических показателей для здания средней школы по типовому проекту 221-1-25-387.
Однако после введения Изменений №3 и №4 к [1] значения термических сопротивлений из условий энергосбережения стали значительно больше необходимых по санитарно-гигиеническим соображениям. Казалось бы, в этом случае при выборе соотношения между сопротивлениями различных ограждений целесообразно руководствоваться технико-экономическими соображениями, а именно минимальными капитальными затратами на устройство теплоизоляции здания.
Однако это соотношение, как легко убедиться по табл. 1б [1], осталось прежним: наименьшее значение у наружных стен, наибольшее — у покрытий. Более того, такая ситуация сохранилась и в самой новой версии этого документа [2], хотя с момента появления последней редакции [1] прошло довольно много времени, которого было вполне достаточно для исправления очевидных ошибок, содержащихся в рассматриваемом документе.
Несложно показать, что упомянутое распределение теплозащитных свойств не является оптимальным с точки зрения общего объема, а следовательно, и стоимости теплоизоляции в конструкциях здания. Покажем, как провести такую оптимизацию при условии, что для всех несветопрозрачных ограждений применяется один и тот же теплоизоляционный материал. В этом случае его характеристики исключаются из окончательных формул, и получается очень простое решение, пригодное для введения в справочно-нормативные документы.
Исходными данными для расчета является qот, Вт/(м3•К) — удельная отопительная характеристика здания, которая может быть вычислена независимо, например по технико-экономическим соображениям, т.е. опять-таки по условию минимизации общего объема теплоизоляции в здании [3], либо исходя из конструкции здания и действующих нормативов на термические сопротивления [2], а также Vзд — объем отапливаемой части здания, м3. Кроме того, необходимо знать площади ограждений Аi и коэффициенты положения ni, которые учитывают снижение расчетной разности температур для ограждения, отделяющего отапливаемое помещение от неотапливаемого, и определяются по данным [2].
Они составляют: 1 — для наружной стены и покрытия, 0,9 — для чердачного перекрытия и 0,6 — для перекрытия над неотапливаемым подвалом. В этом случае можно составить систему уравнений, определяющую общие теплозащитные свойства здания и суммарный объем теплоизоляции в его конструкциях при заданных геометрических размерах. Решение этой системы приводит к следующему результату: при оптимальном распределении теплоизоляции в конструкциях светонепрозрачных ограждений их термические сопротивления Ri должны быть пропорциональны величине (ni)0,5. Это означает, что, вопреки сложившейся традиции, максимальным должно быть сопротивление именно у наружной стены, а минимальным — у перекрытия над неотапливаемым подвалом.
Причем это соотношение никак не зависит от площадей ограждений, поскольку при получении данного соотношения площади Аi сокращаются. В табл. 1 приведены результаты расчетов теплоэнергетических показателей для здания средней школы в Москве по типовому проекту 221-1-25-387 [4], которые по результатам анализа серии проектов являются характерными для данной группы зданий. При этом сравнивались два варианта: 1 — нормирование теплозащиты ограждений по [2] (поэлементный подход) и 2 — оптимальное распределение теплоизоляции. В обоих случаях для сопоставимости результатов принималось одно и то же значение qот, которое вычислялось на основе фактических теплопотерь здания по первому варианту.
Для расчета капитальных затрат в качестве материала теплоизоляции были приняты минераловатные плиты П-125 производства ЗАО «Минеральная вата» стоимостью Сти = 850 руб./м3 [5] и теплопроводностью lти = 0,042 Вт/(м•К) [6]. При вычислении объема теплоизоляции считалось, что доля термического сопротивления изоляционного слоя в Ri примерно равна коэффициенту теплотехнической однородности ограждения, поэтому эти параметры из конечной формулы исключаются. Для сравнения заметим, что оптимальная величина qот рассматриваемого здания в условиях г. Москвы по данным [3] при действующем на середину 2003 г. значении ставки рефинансирования ЦБ РФ в 18% годовых и горизонте расчета в 3 года (предельный уровень для малозатратных энергосберегающих мероприятий), для принятых характеристик теплоизоляционного материала составляет 0,255 Вт/(м3•К), т.е. на 26% выше получаемого при выборе теплозащитных свойств ограждений по нормативам [2].
Таким образом, применение оптимального соотношения между термическими сопротивлениями ограждений позволяет сократить капитальные затраты на теплоизоляцию примерно на 5% по сравнению с нормативным вариантом без увеличения общих теплопотерь здания. При этом удается также снизить максимальную величину термического сопротивления (в нашем примере — с 4,71 до 4,30 м2•К/Вт), а следовательно, и наибольшую толщину слоя теплоизоляции в конструкциях ограждений. При использовании экономически оптимального значения qот вместо нормативного снижение Ri и экономия на устройстве теплоизоляции будут еще более значительными.
Наконец, можно убедиться, что получаемые значения Ri оказываются во всех случаях больше, чем указанные в табл. 1а [1], а значит, предлагаемая методика полностью соответствует приведенным в [7] правилам выбора теплозащиты с учетом так называемого потребительского подхода. После принятия документа [2], допускающего потребительский подход при нормировании на федеральном уровне и включающего регламентацию удельного энергопотребления системой отопления (аналог qот, но с размерностью кВт•ч/[м2•год]), для применения такой методики вообще не остается препятствий.
Только в таком случае, т.е. при отказе от жесткого задания определенного уровня Ri и переходе к указанию правил их отыскания для каждого конкретного случая в зависимости от конструкции здания, свойств применяемых материалов и уровня цен и тарифов возможна комплексная оптимизация теплозащитных свойств здания. Кроме того, данная методика имеет простой и инженерный вид и пригодна для принятия принципиальных решений на самых ранних стадиях проектирования, в т.ч. на этапе ТЭО проекта.
