В соответствии с требованиями актуализированной редакции СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» — Свод Правил СП 50.13330.2012 [1], 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 Vот3] и к расчётной разности температур внутреннего и наружного воздуха, °C. Предельный уровень этой характеристики в работе [1] ограничивается нормируемой величиной kобтр, в зависимости от значения Vот и градусо-суток отопительного периода в районе строительства ГСОП, °С·сут/г. Впервые данная методика была изложена в работах [2-3].

Проведём расчёт kоб для здания филиала Центрального банка РФ в городе Перми для двух вариантов. В первом варианте возьмём сопротивления теплопередаче Roтр по данным табл. 3 [1] для вычисленного значения ГСОП, во втором — с допустимым снижением в указанных выше пределах, то есть считаем mp = 0,63 для наружной стены и mp = 0,8 — для покрытия.

Перекрытие над подвалом и заполнения светопроёмов в обоих случаях принимаем с mp = 1, то есть сравниваем только базовый и пониженный уровень теплозащиты основных несветопрозрачных конструкций.

Площади ограждающих конструкций принимаем по строительным чертежам: Анс = 1319 м2 (наружная стена), Апт и Апл равны 1092 м2 (покрытие и перекрытие над подвалом), Аок = 222,6 м2 (окна), а соответствующие коэффициенты положения принимаются ni = 1 для всех ограждений, кроме пола над подвалом, где n = 0,6. Отапливаемый объём здания равен Vот = 23 193 м3.

Считаем среднюю температуру внутреннего воздуха в здании для расчёта системы отопления te = 18 °C по требованиям [4], среднюю температуру наружного воздуха за отопительный период tот = -5,5 °C, его продолжительность zот = 225 суток по табл. 1 [5], тогда

ГСОП = (18 + 5,5) х 225 = 5288 °С·сут/год.

Результаты расчётов сводим в табл. 1.

Требуемая теплозащитная характеристика рассчитывается по формуле (5.5) из работы [1]:

для Vот > 960 м3, откуда в данном случае получается

Из расчёта видно, что оба варианта удовлетворяют требованию kоб ? kобтр, поэтому возможно их технико-экономическое сравнение.

Из табл. 1 и 2 следует, что 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

Однако при расчёте объёма теплоизоляции необходимо учесть, что в соответствии с положениями Приложения Е [1] предлагается определять удельные потери теплоты через линейную теплотехническую неоднородность ?j [Вт/(м·К)] и через точечную неоднородность ?k [Вт/К] по результатам расчёта двухмерного температурного поля узла конструкций:

где tв и tн — температуры внутреннего и наружного воздуха, °C; ?QjL — дополнительные потери теплоты [Вт/м] через линейную теплотехническую неоднородность j-го вида, приходящиеся на 1 п.м.; ?QkK — дополнительные потери теплоты [Вт] через точечную теплотехническую неоднородность k-го вида, определяемые по формуле:

где Qk — потери теплоты [Вт] через узел, содержащий точечную теплотехническую неоднородность k-го вида, являющиеся результатом расчёта температурного поля; Q~k — потери теплоты [Вт] через тот же узел, не содержащий точечную теплотехническую неоднородность k-го вида, являющиеся результатом расчёта температурного поля. Аналогичным образом определяется и величина ?QjL.

В этом случае требуемое сопротивление теплопередаче слоя утеплителя можно вычислить по выражению:

где ?в и ?н — это коэффициенты теплоотдачи внутренней и наружной поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м2·К), причём для наружной стены по [1] можно принимать величины ?в = 8,7 и ?н = 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 Rопр2·К/Вт], который вычисляется через значения ?j и ?k, а также количество соответствующих неоднородностей, приходящееся на единицу площади конструкции; величина ?Rк.i — это суммарное термическое сопротивление всех слоёв однородной части фрагмента конструкции [м2·К/Вт], кроме теплоизоляционного, при этом для каждого слоя Ri = ?i/?i, где ?i [м] и ?i [Вт/(м·К)] — толщина и теплопроводность материала i-го слоя, 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.

Легко видеть, что в первом варианте величина r заметно 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 гнс 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 Vти3], определяемого с учётом величины lут и его стоимости Сти, руб/м3. В рассматриваемом примере принимаем ?ут. = 0,064 Вт/(м·К) и Сти = 2600 руб/м3 по среднерыночным ценам 2015-го года. Принимаем также стоимость тепловой энергии по данным ОАО «МОЭК» для нежилых зданий Ст = 1720,9 руб/Гкал.

Коэффициент учёта дополнительных теплопотерь ? = 1,13 для общественного протяжённого здания из Приложения Г [1]. Расчётный срок эксплуатации здания Там = 50 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 (только амортизационные отчисления и тепловая энергия), руб/год.

Все вычисления сводим в табл. 3. Вычисляем совокупные дисконтированные затраты (СДЗ) [6-8]:

где р — норма дисконта, при вычислениях принятая в размере 10 % годовых по рекомендации [8]. По полученным данным строим графики СДЗ для каждого из вариантов (рис. 1). Легко видеть, что графики СДЗ не пересекаются, что свидетельствует об отсутствии окупаемости дополнительных капитальных затрат на доведение теплозащиты наружных стен и покрытия до базового уровня.

В отличие от результатов аналогичной работы [9], выполненной для другого объекта при иных условиях, в данном случае повышение теплозащиты наружных стен и покрытия от минимально допустимого уровня до базового является экономически неоправданным. Это можно объяснить менее удачными объёмно-планировочными решениями здания

Таким образом, в отличие, например, от результатов аналогичной работы [9], выполненной для другого объекта (здания таможенного управления в Санкт-Петербурге) при несколько иных условиях, в данном случае повышение теплозащиты наружных стен и покрытия от минимально допустимого уровня до базового является экономически неоправданным.

По-видимому, это можно объяснить менее удачными объёмно-планировочными решениями здания, что выражается, в частности, в низком коэффициенте остекления (порядка 0,14), что повышает долю несветопрозрачных ограждений в общей теплотеряющей площади, а также увеличением стоимости теплоизоляционного материала.

Поэтому для дальнейшей разработки принимаем второй вариант теплозащиты с уменьшенными значениями Rj.