В соответствии с требованиями актуализированной редакции СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» — Свод Правил 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 [1] ограничивается нормируемой величиной kобтр в зависимости от значения Vот и градусо-суток отопительного периода в районе строительства ГСОП, °Осут/г. Впервые данная методика была изложена в работах [2, 3].

Проведём расчёт kоб для здания суда для города Санкт-Петербурга для двух вариантов. В первом варианте возьмём сопротивления теплопередаче Roтр по данным табл. 3 [1] для вычисленного значения ГСОП, во втором — с допустимым снижением по СП 50.13330.2012 (mр = 0,63 для наружной стены и mр = 0,8 для покрытия). Перекрытие над подвалом и заполнения светопроёмов в обоих случаях принимаем с mр = 1, сравнивая только базовый и пониженный уровень теплозащиты основных несветопрозрачных конструкций. Площади ограждающих конструкций принимаем по строительным чертежам: Анс = 1513 м2 (наружная стена), Апт и Апл = 1265 м2 (покрытие и перекрытие над подвалом), Аок = 307,8 м2 (окна), а соответствующие коэффициенты положения ni равными 1 для всех ограждений, кроме пола над подвалом (n = 0,6). Отапливаемый объём здания Vот = 14042 м3. Считаем среднюю температуру внутреннего воздуха в здании для расчёта системы отопления te = 18 °C по [4], среднюю температуру наружного воздуха за отопительный период tот = -1,3 °C и его продолжительность zот = 213 сут. по табл. 1 [5], тогда ГСОП = (18 + 1,3) X 213 = 4110,9 °Ссут/г.

Результаты расчётов сводим в табл. 1.

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

Обоснование уровня теплозащиты неоднородных ограждений. 4/2016. Фото 1

для Vот > 960 м3, откуда в данном случае получается:

Обоснование уровня теплозащиты неоднородных ограждений. 4/2016. Фото 2

Таким образом, в данном случае 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

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

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)] и через точечную неоднородность χk [Вт/К] по результатам расчёта двухмерного температурного поля узла конструкций:

Обоснование уровня теплозащиты неоднородных ограждений. 4/2016. Фото 3

где tв и tн — температуры внутреннего и наружного воздуха, °C; 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:

Обоснование уровня теплозащиты неоднородных ограждений. 4/2016. Фото 4

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

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

Обоснование уровня теплозащиты неоднородных ограждений. 4/2016. Фото 5

где αв и αн — коэффициенты теплоотдачи внутренней и наружной поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м2·К). Для наружной стены по [1] можно принимать αв = 8,7 Вт/(м2·К), 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 Rопр2·К/Вт], который вычисляется через значения Ψj и χk, а также количество соответствующих неоднородностей, приходящееся на единицу площади конструкции. Величина ΣRк.i2·К/ Вт] — это суммарное термическое сопротивление всех слоёв однородной части фрагмента конструкции, кроме теплоизоляционного. При этом для каждого слоя Ri = δii, где δi [м] и λi [Вт/(м·К)] — толщина и теплопроводность материала i-го слоя, соответственно.

Обоснование уровня теплозащиты неоднородных ограждений. 4/2016. Фото 6

Принимая Rопp 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 Rопp, 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. Капзатраты на теплоизоляцию Кти [руб.] в каждом варианте рассчитываются исходя из объёма теплоизоляционного материала в конструкциях Vти3], определяемого с учётом величины λут, и его стоимости Сти, руб/м3. В рассматриваемом примере считаем λут = 0,041 Вт/(м·К) и Сти = 2600 руб/м3 по среднерыночным ценам 2015 года. Принимаем стоимость тепловой энергии для нежилых зданий Ст = 1720,9 руб/Гкал (по данным «МОЭК»). Коэффициент учёта дополнительных теплопотерь β = 1,13 для общественного протяжённого здания из Приложения Г [1]. Расчётный срок эксплуатации здания Там = 50 лет. В этом случае разницей в расходе электроэнергии на системы отопления и в заработной плате рабочих можно пренебречь, поэтому годовые эксплуатационные затраты считаем как Э = Эам + Эт.от (только амортизационные отчисления и тепловая энергия), руб/год. Вычисления сводим в табл. 3.

Вычисляем совокупные дисконтированные затраты (СДЗ) [7, 8]:

Обоснование уровня теплозащиты неоднородных ограждений. 4/2016. Фото 7

где р — норма дисконта, которая при вычислениях была принята в размере 14 % годовых исходя из величины текущей ставки рефинансирования ЦБ РФ.

Обоснование уровня теплозащиты неоднородных ограждений. 4/2016. Фото 8

Обоснование уровня теплозащиты неоднородных ограждений. 4/2016. Фото 9

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. Таким образом, в отличие, например, от результатов аналогичной работы [9], выполненной для другого объекта при несколько иных условиях, в данном случае повышение теплозащиты наружных стен и покрытия от минимально допустимого уровня до базового является экономически не оправданным.

По-видимому, это можно объяснить менее удачными объёмно-планировочными решениями здания, что выражается, в частности, в низком коэффициенте остекления (порядка 0,16), что повышает долю несветопрозрачных ограждений в общей теплотеряющей площади, а также увеличением стоимости теплоизоляционного материала. Также в предлагаемом расчёте определение объёма теплоизоляции в конструкции наружной стены осуществлено более точно, чем в [9], исходя из конкретной толщины теплоизоляционного материала, указанной в табл. 2 для каждого из вариантов, а не по ориентировочной доле термического сопротивления утеплителя и общему сопротивлению теплопередаче, как для прочих несветопрозрачных ограждений.

Полученный результат, видимо, можно объяснить менее удачными объёмно-планировочными решениями здания, что выражается, в частности, в низком коэффициенте остекления

Табл. 2 показывает, что для второго варианта сопротивление утеплителя составляет только 1,2 X 0,68/1,53 = 0,53 от общей величины Rнс, а не 0,8, как принималось ранее, и что в целом соответствует первому варианту, поскольку там, действительно, 3,84 X 0,5/2,43 = 0,79. То есть на самом деле разница в объёме теплоизоляции между вариантами ещё больше, чем при ориентировочных расчётах. Поэтому для дальнейшей разработки принимаем второй вариант теплозащиты с уменьшенными значениями Rj.

Обоснование уровня теплозащиты неоднородных ограждений. 4/2016. Фото 10